Una etapa lineal o etapa de traslación es un componente de un sistema de movimiento preciso que se utiliza para restringir un objeto a un solo eje de movimiento. El término deslizamiento lineal se usa a menudo indistintamente con "etapa lineal", aunque técnicamente "deslizamiento lineal" se refiere a un rodamiento de movimiento lineal , que es solo un componente de una etapa lineal. Todos los escenarios lineales constan de una plataforma y una base, unidas por algún tipo de guía o cojinete lineal de tal manera que la plataforma está restringida al movimiento lineal con respecto a la base. En el uso común, el término escenario lineal puede incluir o no también el mecanismo mediante el cual se controla la posición de la plataforma con respecto a la base.
En el espacio tridimensional, un objeto puede girar o trasladarse a lo largo de cualquiera de los tres ejes. Por tanto, se dice que el objeto tiene seis grados de libertad (3 rotacionales y 3 traslacionales). Una etapa lineal exhibe solo un grado de libertad (traslación a lo largo de un eje). En otras palabras, las etapas lineales funcionan restringiendo físicamente 3 ejes de rotación y 2 ejes de traslación, permitiendo así el movimiento en un solo eje de traslación.
Los escenarios lineales constan de una plataforma que se mueve con respecto a una base. La plataforma y la base están unidas por alguna forma de guía que restringe el movimiento de la plataforma a una sola dimensión. Se utiliza una variedad de estilos diferentes de guías, cada uno con ventajas e inconvenientes que hacen que cada tipo de guía sea más apropiado para algunas aplicaciones que para otras.
La posición de la plataforma móvil con respecto a la base fija normalmente se controla mediante un actuador lineal de alguna forma, ya sea manual, motorizado o hidráulico/neumático. El método más común es incorporar un tornillo de avance que pasa a través de una tuerca de avance en la plataforma. La rotación de dicho tornillo de avance puede controlarse manualmente o mediante un motor.
En las etapas lineales manuales, normalmente se utiliza una perilla de control unida a un tornillo de avance. La perilla puede estar indexada para indicar su posición angular. El desplazamiento lineal del escenario está relacionado con el desplazamiento angular de la perilla por el paso del tornillo de avance. Por ejemplo, si el paso del tornillo de avance es de 0,5 mm, una revolución completa de la perilla moverá la plataforma del escenario 0,5 mm con respecto a la base del escenario. Si la perilla tiene 50 marcas de índice alrededor de su circunferencia, entonces cada división de índice equivale a 0,01 mm de movimiento lineal de la plataforma del escenario.
Las platinas de precisión, como las que se utilizan para la óptica, no utilizan un tornillo de avance, sino que utilizan un tornillo de paso fino o un micrómetro que presiona una almohadilla de metal endurecido en la plataforma del escenario. Al girar el tornillo o el micrómetro, la plataforma se empuja hacia adelante. Un resorte proporciona fuerza de recuperación para mantener la plataforma en contacto con el actuador. Esto proporciona un movimiento más preciso del escenario. Las etapas diseñadas para montarse verticalmente utilizan una disposición ligeramente diferente, donde el actuador está unido a la plataforma móvil y su punta descansa sobre una almohadilla metálica en la base fija. Esto permite que el peso de la plataforma y su carga sean soportados por el actuador en lugar del resorte.
En algunas etapas automatizadas se puede utilizar un motor paso a paso en lugar de una perilla manual o además de ella. Un motor paso a paso se mueve en incrementos fijos llamados pasos. En este sentido, se comporta de forma muy parecida a un mando indexado. Si el paso del tornillo de avance es de 0,5 mm y el motor paso a paso tiene 200 pasos por revolución (como es común), entonces cada revolución del motor dará como resultado 0,5 mm de movimiento lineal de la plataforma del escenario, y cada paso dará como resultado 0,0025 mm. del movimiento lineal.
En otras etapas automatizadas se puede utilizar un motor de CC en lugar de una perilla de control manual. Un motor de CC no se mueve en incrementos fijos. Por lo tanto, se requiere un medio alternativo para determinar la posición del escenario. Se puede conectar una escala a las partes internas del escenario y se puede usar un codificador para medir la posición del escenario con respecto a la escala e informar esto al controlador del motor, permitiendo que un controlador de movimiento mueva el escenario de manera confiable y repetible para establecer posiciones.
Para el control de posición en más de una dirección, se pueden usar múltiples etapas lineales juntas. Una etapa de "dos ejes" o "XY" se puede ensamblar a partir de dos etapas lineales, una montada en la plataforma de la otra de manera que el eje de movimiento de la segunda etapa sea perpendicular al de la primera. Una platina de dos ejes con la que mucha gente está familiarizada es la platina de microscopio, que se utiliza para colocar un portaobjetos debajo de una lente. Una etapa de "tres ejes" o "XYZ" se compone de tres etapas lineales montadas entre sí (a menudo con el uso de un soporte en ángulo adicional) de manera que los ejes de movimiento de todas las etapas sean ortogonales. Algunas etapas de dos y tres ejes son diseños integrados en lugar de ensamblarse a partir de etapas separadas de un solo eje. Algunas platinas de múltiples ejes también incluyen elementos giratorios o basculantes como platinas giratorias o goniómetros de posicionamiento . Combinando elementos lineales y giratorios de diversas formas, también son posibles etapas de cuatro, cinco y seis ejes. Las etapas lineales adoptan una forma avanzada de sistemas de posicionamiento de alto rendimiento en aplicaciones que requieren una combinación de alta velocidad, alta precisión y gran fuerza.
Las etapas lineales se utilizan en el proceso de fabricación de dispositivos semiconductores para el posicionamiento lineal preciso de obleas con fines de mapeo dieléctrico, caracterización y monitoreo de capas epitaxiales , donde la velocidad y precisión del posicionamiento son críticas. [1]