Линейный этап или трансляционный этап — это компонент точной системы движения , используемый для ограничения объекта одной осью движения. Термин «линейный слайд» часто используется взаимозаменяемо с «линейным этапом», хотя технически «линейный слайд» относится к подшипнику линейного движения , который является только компонентом линейного этапа. Все линейные этапы состоят из платформы и основания, соединенных некоторой формой направляющей или линейного подшипника таким образом, что платформа ограничена линейным движением относительно основания. В общем использовании термин «линейный этап» может также включать или не включать механизм, с помощью которого положение платформы контролируется относительно основания.
В трехмерном пространстве объект может вращаться вокруг или перемещаться вдоль любой из трех осей. Таким образом, говорят, что объект имеет шесть степеней свободы (3 вращательных и 3 поступательных). Линейная стадия демонстрирует только одну степень свободы (перемещение вдоль одной оси). Другими словами, линейные стадии работают, физически ограничивая 3 оси вращения и 2 оси перемещения, таким образом допуская движение только по одной поступательной оси.
Линейные этапы состоят из платформы, которая движется относительно основания. Платформа и основание соединены некоторой формой направляющей, которая ограничивает движение платформы только одним измерением. Используется множество различных стилей направляющих, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки, что делает каждый тип направляющей более подходящим для одних приложений, чем для других.
Положение подвижной платформы относительно неподвижного основания обычно контролируется линейным приводом той или иной формы, будь то ручной, моторизованный или гидравлический/пневматический. Наиболее распространенный метод — это включение ходового винта, проходящего через ходовую гайку в платформе. Вращение такого ходового винта может контролироваться либо вручную, либо двигателем.
В ручных линейных этапах обычно используется ручка управления, прикрепленная к ходовому винту. Ручка может быть проиндексирована для указания ее углового положения. Линейное смещение этапа связано с угловым смещением ручки на шаг ходового винта. Например, если шаг ходового винта составляет 0,5 мм, то один полный оборот ручки переместит платформу этапа на 0,5 мм относительно основания этапа. Если ручка имеет 50 индексных отметок по своей окружности, то каждое деление индекса эквивалентно 0,01 мм линейного перемещения платформы этапа.
Прецизионные столики, такие как те, что используются для оптики, не используют ходовой винт, а вместо этого используют винт с мелким шагом или микрометр , который давит на закаленную металлическую накладку на платформе столика. Вращение винта или микрометра толкает платформу вперед. Пружина обеспечивает восстанавливающую силу, чтобы удерживать платформу в контакте с приводом. Это обеспечивает более точное движение столика. В столиках, предназначенных для вертикальной установки, используется немного иное расположение, где привод прикреплен к подвижной платформе, а его наконечник опирается на металлическую накладку на неподвижном основании. Это позволяет весу платформы и ее нагрузке поддерживаться приводом, а не пружиной.
В некоторых автоматизированных сценах шаговый двигатель может использоваться вместо или в дополнение к ручной ручке. Шаговый двигатель движется фиксированными шагами, называемыми шагами. В этом смысле он ведет себя очень похоже на индексированную ручку. Если шаг ходового винта составляет 0,5 мм, а шаговый двигатель имеет 200 шагов на оборот (как это обычно бывает), то каждый оборот двигателя приведет к 0,5 мм линейного перемещения платформы сцены, а каждый шаг приведет к 0,0025 мм линейного перемещения.
В других автоматизированных этапах вместо ручки ручного управления может использоваться двигатель постоянного тока. Двигатель постоянного тока не движется с фиксированным шагом. Поэтому для определения положения этапа требуются альтернативные средства. К внутренним частям этапа может быть прикреплена шкала, а энкодер может использоваться для измерения положения этапа относительно шкалы и передачи данных контроллеру двигателя, что позволяет контроллеру движения надежно и многократно перемещать этап в заданные положения.
Для управления положением в более чем одном направлении можно использовать несколько линейных стадий вместе. «Двухосный» или «XY»-стадию можно собрать из двух линейных стадий, одна из которых установлена на платформе другой таким образом, что ось движения второй стадии перпендикулярна оси первой. Двухосный стадию, с которой многие знакомы, — это столик микроскопа, используемый для позиционирования слайда под линзой. «Трехосный» или «XYZ»-стадию состоит из трех линейных стадий, установленных друг на друга (часто с использованием дополнительного углового кронштейна) таким образом, что оси движения всех стадий ортогональны. Некоторые двухосные и трехосные стадий представляют собой интегрированные конструкции, а не собираются из отдельных одноосных стадий. Некоторые многоосные стадий также включают поворотные или наклонные элементы, такие как поворотные стадий или позиционные гониометры . Комбинируя линейные и поворотные элементы различными способами, также возможны четырехосные, пятиосные и шестиосные стадии. Линейные стадии принимают передовую форму высокопроизводительных систем позиционирования в приложениях, где требуется сочетание высокой скорости, высокой точности и большой силы.
Линейные каскады используются в процессе изготовления полупроводниковых приборов для точного линейного позиционирования пластин с целью картирования диэлектрика пластины, характеризации и мониторинга эпитаксиального слоя , где скорость и точность позиционирования имеют решающее значение. [1]