3차원 측정 기계가 눈에 보이는 접촉도 없고 윤활유도 없고 스틱 슬립도 없이 이동 중에 글라이딩할 때 이는 거의 확실하게 에어 베어링을 타고 있는 것이며 대부분의 정밀 기계에서 그 표면은 화강암입니다. 겹쳐진 화강암과 가압 공기의 결합은 현대 계측 장비, 반도체 스테이지 및 선형 모터 플랫폼의 조용한 기반입니다. 이 가이드에서는 화강암 에어베어링의 작동 방식, 대부분의 응용 분야에서 화강암이 세라믹보다 선호되는 이유, 하중 용량과 강성을 결정하는 방법, 공기 공급에 필요한 사항, 실용적인 선택 체크리스트를 사용하여 베어링을 지정하는 방법을 설명합니다.
에어베어링 가이던스의 작동 원리
에어베어링은 견고한 미끄럼 접촉을 일반적으로 두께가 수 마이크로미터에서 수십 마이크로미터에 이르는 가압 공기의 얇은 막으로 대체합니다. 공기는 베어링 패드의 작은 오리피스나 다공성 영역을 통해 공급되어 패드와 가이드 표면 사이의 틈으로 퍼지고 가장자리에서 빠져나갑니다. 필름 내부의 압력이 하중을 전달하므로 캐리지가 닿지 않고 떠 있습니다. 금속 대 금속 접촉이 없기 때문에 동작 시작 시 극복해야 할 정지 마찰이 없고, 마모 입자가 없으며, 클린룸에서 먼지를 끌어당기거나 증발하는 윤활유가 없습니다.
필름의 두 가지 특성은 필름이 전달하는 하중만큼 중요합니다. 첫 번째는 평균화입니다. 필름은 가이드 표면의 미세한 최고점과 최저점을 연결하여 단파장 오류를 필터링하므로 페이로드가 원시 표면 프로파일보다 훨씬 더 부드러운 궤적을 볼 수 있습니다. 두 번째는 감쇠입니다. 공기막은 진동 에너지를 소멸시켜 화강암 자체의 자연적인 감쇠를 보완합니다. 이러한 효과는 함께 마이크로미터 미만의 직진도와 나노미터 규모의 분해능을 갖춘 모션을 생성하며, 이는 정확히 CMM 에어 베어링 스테이지 및 광학 검사 시스템이 요구하는 것입니다.
강철이나 세라믹 대신 화강암을 사용하는 이유
가이드 표면은 에어베어링 시스템의 절반이며, 그 품질이 전체를 결정합니다. 화강암은 세 가지 장점을 제공합니다. 넓은 면적에 걸쳐 마이크로미터 수준에서 일상적으로 뛰어난 평탄도로 랩핑할 수 있어 공기막에 안정적이고 예측 가능한 간격이 제공됩니다. 내부 감쇠력이 높아 스틸웨이처럼 결합구조가 울리지 않습니다. 그리고 차원적으로 평온합니다. 열팽창은 강철의 작은 부분이고 부식되지 않습니다. 따라서 간격 형상은 재작업 없이 수년간의 온도 순환과 습한 청정실 공기를 견뎌냅니다.
일반적으로 알루미나 또는 실리콘 카바이드인 세라믹 가이드가 일부 기계에 나타나며 진정한 장점을 가지고 있습니다. 화강암보다 단단하고 하이브리드 볼 에어 시스템이 사용되는 경우 더 높은 접촉 하중을 견딜 수 있으며 특정 형상에서는 동일한 강성에 대해 더 가벼워질 수 있습니다. 실제로 선택은 애플리케이션에 따라 결정됩니다. 대부분의 CMM 및 계측 플랫폼의 경우 정확도 단위당 비용, 사용 가능한 크기 범위 및 수리 가능성 측면에서 화강암이 승리합니다. 마모되거나 손상된 화강암 가이드는 제자리에 다시 배치할 수 있는 반면, 세라믹 가이드는 일반적으로 전체 구성 요소를 교체하는 것을 의미하기 때문입니다. 세라믹은 극도의 경도, 공격적인 환경 또는 매우 높은 가속도가 지배적인 곳에서 프리미엄을 얻는 경향이 있습니다.
부하 용량 및 강성
에어 베어링의 부하 용량은 단순히 패드 영역에 대한 필름의 통합 압력이며 공급 장치와 가장자리 사이의 압력 프로파일에 의해 감소됩니다. 대략적인 실제 가이드: 약 4~6bar의 일반적인 공급 압력과 효율적인 패드 설계를 사용하면 패드 영역에 대해 1.5~3bar 범위의 유효 필름 압력이 달성 가능하므로 50 x 100mm의 패드는 여유가 있는 75~150kg 정도를 전달합니다. 멀티 패드 캐리지는 용량을 직접 추가합니다.
강성은 하중 변화 단위당 간격의 변화로, 하중이 이동함에 따라 페이로드가 가이드 쪽으로 처지는 것을 방지하는 역할을 합니다. 필름 강성은 공급 압력과 더 작은 설계 간격으로 증가하지만 간격이 너무 작으면 베어링이 표면 평탄도 오류와 입자에 민감해집니다. 겹쳐진 화강암 위에 잘 설계된 베어링은 실제 표면 품질에 대한 내성과 의미 있는 강성을 결합하여 제품군의 중간에서 작동합니다. 공급업체를 비교할 때 최대 하중 수치뿐만 아니라 하중 대 간격 곡선과 작동 하중에서의 필름 강성 수치를 요청하십시오. 왜냐하면 가벼운 하중에서는 높게 뜨고 무거운 하중에서는 떨어지는 베어링이 직진도 데이터에 표시되기 때문입니다.
공기막 간격 및 공기 공급 요구 사항
가이드의 평탄도와 공기의 청정도에 맞춰 디자인 간격을 선택합니다. 간격이 클수록 표면 오류와 입자가 용서되지만 강성은 감소합니다. 정밀 기계는 일반적으로 겹쳐진 화강암에 5~12마이크로미터 정도의 간격을 둡니다. 이것이 가이드 평탄도가 매우 엄격하게 지정되는 이유입니다. 필름은 자체 두께에 비해 작은 오류만 평균화할 수 있습니다.
공기 공급 장치에도 동일한 관리가 필요합니다. 일반적인 요구 사항은 4~8bar의 깨끗하고 건조한 공기이며, 정밀 작업을 위해 0.1마이크로미터 이상으로 필터링되고, 이슬점이 라인 내 응결을 방지할 만큼 충분히 낮으며, 일반적으로 라인 압력에서 10°C 미만입니다. 오일은 적입니다. 오일 미스트의 흔적도 결국 필름으로 이동하여 가이드에 침전되므로 오일 프리 압축기 또는 유착 및 탄소 필터가 표준입니다. 압력 리플은 스테이지의 모션 리플로 직접 나타나기 때문에 조절기와 저장소의 크기는 소비가 일정하게 유지되도록 조정해야 합니다. 소비량은 패드 크기와 간격에 따라 달라지며 작은 패드의 경우 분당 몇 리터부터 대형 멀티 패드 캐리지의 경우 100리터가 훨씬 넘습니다. 따라서 예상치 못한 종료로 인해 기계가 가이드에 고정될 수 있는 중복성 또는 어큐뮬레이터를 사용하여 전체 공급량을 설계해야 합니다.
화강암 에어베어링이 사용되는 곳
동일한 물리학이 여러 기계군에 적용되며 강조점은 각 기계군마다 다릅니다.
| 애플리케이션 | 에어베어링이 하는 일 | 화강암이 적합한 이유 |
| CMM 및 측정기 | X 및 Y 레일에서 마찰 없이 반복 가능한 동작으로 프로브 캐리지를 운반합니다. | 중첩된 평탄도와 댐핑으로 장거리 이동 시 마이크로미터 미만의 직진도 제공 |
| 계측 시스템 | 광학 및 촉각 센서에 드리프트 없는 기준 동작 제공 | 열 안정성은 재점검 사이에도 교정을 유효하게 유지합니다. |
| XY 스테이지 | 나노미터 해상도 드라이브를 갖춘 평면 멀티 패드 레이아웃의 페이로드 지원 | 대형 플레이트 전반에 걸쳐 탁월한 평탄도와 높은 강성 결합 |
| 리니어 모터 플랫폼 | 접촉으로 인해 잔물결과 입자가 추가되는 기계적 가이드웨이를 대체합니다. | 비자성, 깨끗하고 높은 가속도 프로파일과 호환 가능 |
| 반도체 검사 장비 | 마모 잔해를 생성하지 않고 웨이퍼와 센서 위치 지정 | 윤활유 없음, 입자 없음, 클린룸 조건에서 안정적 |
실용적인 선택 체크리스트
견적을 요청하기 전에 6가지 항목을 검토하세요. 몇 주 동안의 반복을 준비하고 저장하는 데 한 시간이 걸립니다.
부하: 페이로드 질량, 무게 중심 오프셋, 부하가 사이클 중에 일정한지 또는 변경되는지 여부를 명시합니다. 모터와 케이블의 예압 방향과 동적 힘도 여기에 속합니다.
이동 및 엔벨로프: 각 축에 필요한 스트로크, 사용 가능한 공간, 하드 스톱 위치 및 케이블 관리를 제공합니다. 가이드 길이는 베어링 패드의 수와 간격을 설정합니다.
정확도 요구사항: 직진도, 이동 경로의 평탄도, 전체 스트로크에 대한 피치, 롤 및 요, 반복성으로 표현됩니다. 여기에 있는 숫자는 화강암 가이드의 래핑 사양을 결정합니다.
공기 공급: 기계 입구에서 사용 가능한 압력, 이슬점 및 여과를 확인하고 라인이 압력 강하를 일으킬 수 있는 다른 장비와 공유되는지 여부를 확인하십시오.
환경: 온도 범위 및 안정성, 습도, 바닥의 진동 및 해당되는 경우 클린룸 등급. 이를 통해 재료 등급, 간격 크기 및 절연 마운트가 필요한지 여부가 결정됩니다.
장착 인터페이스: 인서트 위치를 포함하여 캐리지에 부착되는 것과 가이드를 지지하는 것에 대한 도면을 제공하여 화강암 구성 요소가 배송 후 현지 드릴링이 필요 없이 바로 조립할 수 있도록 도착합니다.
설치, 청소 및 유지 관리
에어베어링 시스템은 유지보수가 거의 필요하지 않지만 몇 가지 습관으로 보호할 수 있습니다. 잔해물과 우발적인 접촉을 방지하기 위해 유휴 상태일 때 가이드 표면을 덮어두십시오. 순한 세제 또는 이소프로필 알코올과 보푸라기가 없는 천으로 겹쳐진 화강암을 청소하십시오. 수년에 걸쳐 표면을 둔하게 만들 수 있는 공격적인 알칼리성 세척제를 피하십시오. 공기가 꺼진 상태에서 건조한 가이드 위에서 캐리지를 밀지 마십시오. 하중이 가해진 상태에서 한 번의 시작 정지라도 패드에 평평한 지점이 남을 수 있기 때문입니다. 기계에 설계된 리프트 또는 보상 기능을 사용하십시오. 일정에 따라 필터와 조절기를 확인하고 기계에서 제공하는 경우 간격 판독값을 관찰하십시오. 간격이 천천히 좁아지면 결함이 발생하기 오래 전에 필터 노화 또는 표면 오염을 나타내는 경우가 많기 때문입니다. 이러한 습관을 통해 화강암 가이드는 수년간의 서비스 후에 다시 랩핑될 수 있으며 시스템은 새로운 성능으로 복원될 수 있으며 이는 기술의 조용한 경제적 이점 중 하나입니다.
짐과 여행으로 시작하세요
CMM 에어 베어링 스테이지, 계측 플랫폼 또는 맞춤형 선형 모터 기계를 지정하는 경우 위의 체크리스트를 보내거나 간단히 하중, 이동, 정확도 목표 및 인터페이스 도면을 보내주십시오. 우리는 제조화강암 에어베어링구성 요소와 일치하는 랩핑 가이드가 사내에 있으며,측정기 화강암 구성 요소라인은 그들이 달리는 레일, 마차 및 베이스를 덮습니다. 당사의 엔지니어는 귀하의 요구 사항을 검토하고 패드 레이아웃, 간격 등급 및 가이드 평탄도를 권장하고 일반적으로 영업일 기준으로 며칠 이내에 리드 타임이 포함된 견적을 반환합니다. 귀하의 도면에 맞게 맞춤 제작하는 것이 당사의 표준 관행이며, 도면 검토는 무료입니다.