线性运动系统 - 由底座或外壳、导向系统和驱动机构组成 - 可提供多种设计和配置,以适应几乎所有应用。由于它们的设计千差万别,它们通常根据关键结构和操作原则进行分类。举个例子:术语“执行器”通常是指带有铝制外壳的线性运动系统,外壳包围着导向和驱动机构;被称为“工作台”或“XY工作台”的系统通常设计有一个平坦的底板,导轨和驱动部件安装在该底板上;“线性平台”或“线性平移平台”通常是指结构与线性平台相似但旨在最大限度减少定位和移动误差的系统。


线性运动系统可以表现出三种类型的误差:线性误差、角度误差和平面误差。

线性误差是定位精度和重复性方面的误差,会影响系统到达所需位置的能力。

角度误差(通常称为横滚、俯仰和偏航)分别涉及绕 X、Y 和 Z 轴的旋转。角度误差会导致阿贝误差,这是被距离放大的角度误差,例如线性导轨(角度误差的来源)和测量设备的工具点之间的距离。重要的是要注意,即使载物台不运动,也会存在角度误差,因此它们会对静态操作(例如测量或聚焦)产生负面影响。

平面误差 发生在两个方向 - 水平面中的行程偏差,称为直线度,以及垂直平面中的行程偏差,称为平面度。

阿贝错误
角度误差包括横滚(绕 X 轴旋转)、俯仰(绕 Y 轴旋转)和偏航(绕 Z 轴旋转)。

尽管对于线性平台的构成没有规则或严格的指导方针,但它们被广泛认为是最精确的线性运动系统类别。当系统被称为线性平台时,通常认为该系统不仅提供高定位精度和可重复性,而且还提供低角度和平面误差。为了达到这种性能水平,制造商通常在舞台设计中使用的结构和组件类型方面遵循几个原则。

线性阶段
该线性平台使用带线性电机驱动的异型导轨循环轴承。

首先,与通常使用铝挤压件或铝板作为底座的其他线性运动系统不同,线性平台从精密研磨的底座开始。为最高水平的平整度、直线度和刚度设计的平台通常使用钢或花岗岩制成的底座,尽管在某些设计中使用铝。钢和花岗岩的热膨胀系数也低于铝,因此它们在极端或变化温度的环境中表现出更好的尺寸稳定性。

直线导轨系统也有助于行程的直线度和平面度,因此直线平台的导向机构选择是高精度异型导轨、交叉滚柱滑轨空气轴承这些导向系统还提供非常坚固的支撑以减少角度误差,当误差的原点(导向)和感兴趣的点(工具点或负载位置)之间存在偏移时,这会导致阿贝误差。

虽然许多类型的线性运动系统使用高精度驱动机构,但线性平台绝大多数使用两种技术之一:高精度滚珠丝杠或线性电机。直线电机通常提供最高水平的定位精度和可重复性,因为它们消除了机械传动系统和驱动器与电机之间的耦合中固有的顺应性和背隙。对于亚微米定位任务的特殊情况,压电执行器音圈电机通常是首选的驱动机制,因为它们具有高精度、可重复的运动。


虽然术语“线性平台”意味着单轴运动系统,但平台可以组合形成多轴系统,如 XY 平台、平面平台和龙门平台。

线性阶段
这种两轴龙门平台在陶瓷底座上使用空气轴承和线性电机。