納米級旋轉(zhuǎn)： 氣浮轉(zhuǎn)臺如何顛覆半導體與精密制造

　　1 氣浮轉(zhuǎn)臺介紹

　　氣浮轉(zhuǎn)臺是一種集成了直驅(qū)電機、編碼器、采用氣浮 軸承來實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動的產(chǎn)品。它通過向軸承腔體輸入壓縮空 氣，由節(jié)流高壓空氣產(chǎn)生的氣膜將工件支撐起來，氣膜具有 一定剛性及負載能力，從而支撐轉(zhuǎn)臺臺面懸浮及旋轉(zhuǎn)運動， 同時保障軸系的軸向、徑向跳動精度。相比于傳統(tǒng)的機械轉(zhuǎn) 臺，它具有更高的穩(wěn)定性和更精確的定位精度。

　　圖1是某種氣浮軸承的原理示意圖。如圖所示，通過外 部氣源供給壓力，氣體經(jīng)過節(jié)流器進入軸承間隙，然后連續(xù) 地從軸承外緣排入大氣。

　　氣浮轉(zhuǎn)臺的核心組件大致包括以下幾個部分：

　　· 電機：作為動力源，驅(qū)動轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)，通常采用無框力 矩電機;

　　· 氣浮軸承系統(tǒng)：通過高壓氣體在轉(zhuǎn)臺底部形成空氣 墊，實現(xiàn)無接觸支撐，減少摩擦;

　　· 光柵及讀頭：檢測并反饋回轉(zhuǎn)角度，是實現(xiàn)高精度定 位精度、重復定位精度、靜態(tài)抖動的基礎;

　　· 回轉(zhuǎn)臺面或Chuck：實現(xiàn)極小端面跳動&徑向跳動的支 撐安裝面，其平面度&平行度會直接影響最終的跳動值。

　　2 氣浮軸承的結(jié)構(gòu)分類

　　根據(jù)支撐方式，氣浮軸承可分為：“工”字形、“十”字 形、錐形，如圖3所示。

　　其中，“工”字形和“十”字形承載能力大，但結(jié)構(gòu)件數(shù) 量多、整體尺寸更高;錐形結(jié)構(gòu)簡單、高度尺寸小，但相應 的承載能力和氣浮剛度低。

　　3 氣浮轉(zhuǎn)臺的應用優(yōu)勢

　　圖4為氣浮轉(zhuǎn)臺軸線徑向、軸向跳動、擺動示意圖，相 比于機械轉(zhuǎn)臺，氣浮轉(zhuǎn)臺的應用優(yōu)勢如下：

      (1)無摩擦運動

　　氣浮軸承支撐消除機械接觸，減少磨損，延長使用壽命。

　　(2)隨機位置坐標觸發(fā)

　　軸 向 / 徑 向 回 轉(zhuǎn) 精 度 < ± 2 0 n m ， 定 位 精 度 < ±1.1arcsec，雙向重復定位精度<±0.1 arcsec，靜態(tài)抖動< ±0.3arcsec，擺動<0.5arcsec。

　　(*此為特定條件下的樣機測試精度，具體歡迎咨詢雅 科貝思的技術(shù)專家。)

　　(3)低振動與噪聲

　　氣浮技術(shù)顯著降低運動中的振動干擾，適用于超精密 環(huán)境。

　　4 氣浮轉(zhuǎn)臺之應用場景

　　· 半導體工業(yè)：晶圓切割、晶圓檢測、晶圓研磨/減薄 設備;

　　· 光學制造與檢測：工業(yè)CT、激光加工、光纖對準、超 精密車床、五軸加工中心、激光反射鏡等元件的精密加工與 角度標定;

　　· 精密測量：光學輪廓儀、圓柱度儀、結(jié)合多軸運動臺 實現(xiàn)三維空間內(nèi)的高分辨率位移檢測;

　　· 科研實驗：如量子計算設備中的超低溫環(huán)境運動控 制，或材料力學性能測試;

　　· 航空航天：航空發(fā)動機葉片加工與檢測、衛(wèi)星姿態(tài)控 制測試、慣性導航設備測試及校準等;

　　· 醫(yī)療：CT、MRI醫(yī)療影像設備中，氣浮轉(zhuǎn)臺用于承載 和旋轉(zhuǎn)掃描部件。

　　5 雅科貝思AAR系列氣浮轉(zhuǎn)臺

　　(1)雅科貝思AAR系列氣浮轉(zhuǎn)臺的關鍵技術(shù)指標 ① 軸線&徑向回轉(zhuǎn)精度

　　· AAR150、AAR200軸線&徑向回轉(zhuǎn)精度<0.1μm;

　　· AAR250、AAR300軸線回轉(zhuǎn)精度<0.1μm，徑向回轉(zhuǎn) 精度<0.25μm。

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　　· AAR150角擺<2arcsec;

　　· AAR200角擺<0.7arcsec;

　　· AAR250、AAR300角擺<0.5arcsec。

　?、鄱ㄎ痪?amp;重復定位精度

　　AAR系列氣浮轉(zhuǎn)臺具備卓越的定位性能，其最高定位 精度可達1.14arcsec，重復定位精度可達0.61arcsec。該系列提供多種標準型號，包括AAR150、AAR200、AAR250及 AAR300，以滿足不同應用場景的需求。此外，雅科貝思亦可 提供定制化設計服務，根據(jù)客戶的具體要求進行產(chǎn)品優(yōu)化。 (注：上述性能指標基于樣機在特定測試環(huán)境及條件下測得， 具體測試參數(shù)與詳細信息請咨詢雅科貝思的工程師。)

　　(2)雅科貝思氣浮轉(zhuǎn)臺應用優(yōu)勢

　　· 采用氣體靜壓氣浮技術(shù)，和動壓技術(shù)比，它承載力和 剛度更大，穩(wěn)定性更易控制;

　　· 氣浮軸承的氣體粘度低、摩阻低、振動噪音小;

　　· 氣浮軸承無需潤滑油，實現(xiàn)了免維護，并且 清潔無污 染、壽命久;

　　· 氣浮轉(zhuǎn)臺通常采用無鐵芯直驅(qū)旋轉(zhuǎn)電機，因此無齒槽效 應，能實現(xiàn)高定位精度、運行阻尼小、高速度穩(wěn)定性等特點;

　　· 軸系的軸向和徑向回轉(zhuǎn)精度可達到納米級別，同時具 有非常優(yōu)秀的絕對定位精度和重復定位精度。

　　6 小結(jié)

　　高精密氣浮轉(zhuǎn)臺以其高穩(wěn)定性、高精度、低維護等優(yōu) 點，正成為精密測量和精密加工領域的重要選擇。雅科貝思 氣浮轉(zhuǎn)臺更是憑借其卓越的性能和應用廣泛的標準品以及靈 活的定制服務，贏得了客戶的廣泛認可。

圖 4 軸線徑向、軸向跳動、擺動圖示