기계가 마이크론이 아닌 나노미터 단위로 움직이는 정밀 엔지니어링의 최고 수준에서는 일반적인 기계적 접촉이 적이 됩니다. 롤링 베어링은 볼에 나노 크기의 흔적을 남기고 슬라이딩 방식은 스틱-슬립을 겪으며 모든 접촉 인터페이스는 결국 마모됩니다. 에어 베어링은 표면이 전혀 닿지 않도록 하여 문제를 해결하며 화강암은 이 기술의 이상적인 파트너 재료임이 입증되었습니다. 이들은 함께 현대 계측 및 반도체 모션 시스템의 기초를 형성합니다. 이 기사에서는 화강암 에어베어링의 작동 방식, 기존 유도 기술과 비교하는 방법, 그 아래 화강암에서 요구되는 사항 및 이러한 시스템이 유지되는 위치에 대해 설명합니다.
작동 원리: 공기막 위의 비행
에어베어링은 일반적으로 두께가 3~10마이크로미터인 얇고 가압된 공기막에서 움직이는 부품을 지지합니다. 단단한 접촉이 없기 때문에 고전적인 의미의 마찰이 없고 마모 입자가 없으며 스틱-미끄러짐이 없습니다. 하중 용량은 제한 장치를 통해 틈새로 주입된 가압 공기에서 비롯됩니다. 베어링이 표면에 접근하면 필름 내부의 압력이 상승하고 뒤로 밀려나며, 하중이 변화하는 경우에도 간격을 안정적으로 유지하는 자체 조절 강성을 생성합니다.
두 가지 디자인이 지배적입니다. 오리피스 보상형 베어링에서는 공기가 정밀하게 뚫린 구멍을 통해 유입되고 가공된 홈을 통해 틈새로 퍼집니다. 다공성-보상 베어링에서 공기는 다공성 플러그 또는 다공성 표면층을 통과하여 베어링 면 전체에 압력을 훨씬 더 균일하게 분산시킵니다. 이는 보다 까다로운 제조 비용으로 인해 더 높은 감쇠와 국부적 압력 피크에 대한 더 나은 저항을 제공합니다. 어떤 방식을 사용하든 카운터{5}}표면의 기하학적 특성에 따라 필름이 전체 이동 범위에 걸쳐 얼마나 균일하게 동작하는지가 결정됩니다.
이것이 바로 화강암이 등장하는 곳입니다. 베어링 패드는 강철, 세라믹 또는 화강암으로 만들 수 있지만 가이드 레일, 베이스 플레이트, 무대 데크 등 베어링 패드가 날아다니는 표면은 평평하고 매끄러우며 안정적이어야 하며 비자성-이어야 합니다. 정밀도화강암 에어베어링시스템은 중첩된 화강암 레일과 일치하는 베어링 패드를 쌍으로 하여 에어 갭이 수백 밀리미터 이동에 걸쳐 미크론 이내로 유지되도록 합니다. 이는 일반 기계 가공 표면이 견딜 수 없는 수준입니다.
화강암이 자연적인 반대 표면인 이유-
세밀한-결의 검은색 화강암은 에어 베어링 응용 분야에 보기 드문 특성 조합을 제공합니다.- 낮은 열 팽창으로 인해 실내 온도가 변동할 때 에어 갭 형상이 안정적으로 유지됩니다. 내부 댐핑은 진동을 빠르게 흡수하는데, 이는 공기막이 단단하기는 하지만 자극되어서는 안 되는 공명을 갖고 있기 때문에 중요합니다. 화강암은 기존 가공을 훨씬 뛰어넘는 평탄도 등급(넓은 영역에 대해 서브{5}}미크론)으로 래핑할 수 있으므로 베어링 패드는 필름을 꽉 쥐어 닫는 언덕이나 계곡을 만나지 않습니다. 또한 비자성체이고 부식이 없으며-반도체 클린룸과 계측 연구실에서 매우 중요하게 여기는 부분입니다. 그리고 화강암은 녹슬지 않기 때문에 노출된 가이드 표면은 최소한의 유지 관리만으로 수십 년 동안 정확한 치수를 유지합니다.
재료 페어링은 다른 방식으로 중요합니다. 베어링 패드 슬라이딩 표면도 화강암인 경우가 많거나 접착 마모나 흠집 없이 화강암에 맞닿도록 선택된 세라믹입니다. 따라서 화강암-대-화강암 시스템은 온도 변화에 따라 서로 싸우는 서로 다른 재료의 스택이 아니라 열적 및 기계적으로 일관된 하나의 구조로 작동합니다.
기계식 가이드웨이와 비교
기존 재순환-볼 또는 롤러 가이드웨이는 저렴하고 견고하며 통합이 쉽기 때문에 일반 공작 기계의 기본값으로 남아 있습니다. 그러나 에어베어링이 빛을 발하기 시작하는 바로 그 지점에서 그 한계가 나타납니다.
- 표면 서명. 볼과 롤러는 자체 몸체의 미세한 결함을 이동 축으로 전달하여 나노미터 범위의 주기적인 오류를 생성합니다. 에어필름 내부에는 움직이는 부품이 없으므로 움직임에 아무 것도 새겨지지 않습니다.
- 스틱-슬립. 매우 낮은 속도에서는 롤링 및 슬라이딩 요소가 마이크로-점프 방식으로 움직입니다. 에어 베어링은 0 속도에서 위쪽으로 부드럽게 이동합니다. 이는 계측에서 일정한-속도 스캐닝에 필수적입니다.
- 마모 및 오염. 접촉 베어링은 입자를 생성하므로 윤활이 필요합니다. 둘 다 광학 제조 및 반도체 공정에서는 허용되지 않습니다. 에어베어링은 본질적으로 깨끗하고 오일-이 없습니다.
- 댐핑 및 직진도. 잘 설계된-공기막은 전동체보다 진동을 훨씬 더 잘 감쇠시키며, 이동의 직진성은 베어링 자체보다는 화강암 레일 형상에 의해 결정됩니다.
절충안은 실제적입니다. 에어 베어링은 깨끗하고 건조한 압축 공기 공급이 필요하며, 구름 접촉보다 단위 면적당 하중이 낮고 강성이 유한합니다. 중절삭기의 경우 이는 이에 대한 결정적인 주장입니다. 측정 또는 검사 기계의 경우 이는 정확하게 엔지니어링 절충안입니다.
기계식 방식의 리니어 모터 스테이지와 비교
선형 모터는 벨트, 나사 및 회전 부품을 제거하여 빠르고 부드러우며 비접촉식 작동을 제공합니다. 그러나 리니어 모터 스테이지는 에어 베어링과 결합되지 않는 한 여전히 기계적 안내가 필요합니다. 선형 모터가 볼 가이드웨이를 주행할 때 가이드웨이의 표면 특성과 스틱{2}}슬립으로 인해 모터의 부드러운 힘 출력이 손상되어 액추에이터의 모션 품질이 마지막 센티미터까지 낭비됩니다.
리니어 모터와에어베어링 스테이지화강암 위에 세워지면 그 루프가 닫힙니다. 모터는 비접촉 힘을 제공하고, 공기막은 비접촉 안내를 제공하며, 화강암 구조는 두 가지 모두에 대해 열적으로 안정적이고 잘 감쇠되는 플랫폼을 제공합니다.- 그 결과, 서브-마이크론 직진도, 나노미터- 수준의 속도 안정성, 입자 생성이 없는 스테이지가 탄생했습니다. 이는 엔코더의 품질에 관계없이 볼{5}}가이드 스테이지가 도달할 수 없는 조합입니다.
화강암이 제공해야 하는 것: 정밀성 요구 사항
에어베어링 성능은 궁극적으로 기하학적인 문제입니다. 필름 두께는 몇 마이크로미터에 불과하므로 화강암 가이드 표면은 까다로운 사양을 충족해야 합니다.
- 평탄함과 직진성. 에어 베어링 스테이지용 대형 화강암 베이스 플레이트는 일반적으로 한 자릿수 미크론 평탄도로 랩핑되는 반면, 긴 가이드 레일은 전체 길이에 걸쳐 미크론{2}} 수준의 직진성을 유지해야 합니다. 왜냐하면 레일 곡률이 움직이는 캐리지의 피치, 롤 및 요 오류로 직접 변환되기 때문입니다.
- 표면 마감 및 질감. 겹쳐진 표면은 안정적인 필름 거동을 위해 충분히 매끄러워야 하며, 마이크로-질감이 틈에서 압력을 빼내는 누출 경로 역할을 해서는 안 됩니다. 화강암의 미세하고 폐쇄된 입자 구조는 자연스럽게 이러한 요구 사항에 적합합니다.
- 반대 레일 사이의 평행도. 2개의-레일 구성에는 일치하는 높이와 평행도가 필요합니다. 그렇지 않으면 캐리지가 뒤틀리고 필름 간격이 패드마다 다릅니다.
- 데이텀 관계. 모터, 엔코더 및 베어링의 장착 기준점은 엄격한 공차 내에서 서로 정렬되어야 하며 이러한 기준점은 화강암 자체에 가공되거나 랩핑되어 전체 스테이지가 하나의 일관된 참조로 통합됩니다.
- 시간이 지나도 안정성. 화강암은 스트레스를 완화하고-내부 무결성을 위해 선택해야 합니다. 숨겨진 잔류 응력이 있는 블록은 몇 달에 걸쳐 미세하게 표류하고 공극 형상을 조용히 변경합니다.
이것이 바로 에어 베어링 시스템이 별도의 공급업체로부터 화강암 부품을 조립하는 대신 블록 선택, 톱질, 기계 가공, 랩핑 및 도량형 검사 등 전체 화강암 공정을 제어하는 제조업체로부터 공급되어야 하는 이유입니다.
화강암 에어베어링이 사용되는 곳
3차원 측정기는 가장 초기에 대규모로 채택된 장치 중 하나입니다. 브리지 또는 갠트리는 중첩된 화강암 베이스 위의 에어 베어링에서 글라이딩하여 기준 표면과 베어링 카운터 표면을 하나의 구조로 결합합니다.- 반도체 장비는 기술을 더욱 발전시켰다. 리소그래피 단계, 웨이퍼 검사 시스템 및 계측 도구는 모두 화강암 기반에 대한 에어 베어링 가이드를 사용하여 제품 근처에 입자를 생성하지 않고 나노미터 반복성으로 웨이퍼와 광학 장치를 배치합니다.
다른 응용 프로그램도 동일한 논리를 따릅니다. 좁은 위치를 유지해야 하는 레이저 가공 헤드는 화강암- 기반 에어 베어링 시스템에서 이동합니다. 다이아몬드 터닝 기계는 느리고 완벽하게 안정적인 이송 속도로 페이싱 작업을 수행하는 데 이를 사용합니다. 평면 패널 디스플레이 검사, 광학 스캐닝 장치 및 실험실{4}}급 모션 시뮬레이터는 모두 힘을 위한 선형 모터, 안내를 위한 에어 베어링, 안정성을 위한 화강암이라는 동일한 세 가지 요소를 활용합니다. 엔지니어가 고유한 흔적을 남기지 않는 모션이 필요한 곳이면 어디든 이 아키텍처가 나타납니다.
공급업체 선택 및 진행
에어 베어링 시스템은 그 아래의 화강암만큼 우수하므로 조달 대화는 화강암 기능, 즉 사용 가능한 블록 크기,-내부 래핑 용량, 평탄도 및 직진도를 인증하는 데 사용되는 검사 장비, 베어링 패드, 모터 및 인코더 레이아웃 주변의 기본 형상을 공동 엔지니어링하려는-의지부터 시작해야 합니다. 유능한 화강암 파트너는 통합을 간단하게 만드는 기준 구성표, 인서트 배치 및 표면 마감 클래스를 제안하고 측정 보고서와 함께 베이스를 제공하므로 어셈블리가 알려진 형상에서 시작됩니다.
새로운 계측 기계, 반도체 모션 모듈 또는 접촉 없이 이동해야 하는 스테이지를 개발하는 경우 구조 레이아웃이 아직 열려 있는 동안 초기에 화강암 제조업체에 참여하십시오. 하중, 이동 및 베어링 패드 레이아웃에 대한 짧은 교환으로 일반적으로 통합 시간을 단축하고 비용을 지불한 나노미터{1}} 수준 성능을 보호하는 기본 설계가 생성됩니다. 개요 도면 및 요구 사항을 보내고 공장에 제안을 요청하세요. 화강암은 에어 베어링이 이론적으로 비행하는지 여부를 결정하는 조용한 구성 요소입니다. 최고.