納米級旋轉(zhuǎn)： 氣浮轉(zhuǎn)臺如何顛覆半導(dǎo)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(jī)、編碼器、采用氣浮 軸承來實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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(fù)載能力，從而支撐轉(zhuǎn)臺臺面懸浮及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)， 同時(shí)保障軸系的軸向、徑向跳動(dòng)精度。相比于傳統(tǒng)的機(jī)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(jìn)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(gè)部分：

　　· 電機(jī)：作為動(dòng)力源，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)，通常采用無框力 矩電機(jī);

　　· 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(shí)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(shí)現(xiàn)高精度定 位精度、重復(fù)定位精度、靜態(tài)抖動(dòng)的基礎(chǔ);

　　· 回轉(zhuǎn)臺面或Chuck：實(shí)現(xiàn)極小端面跳動(dòng)&徑向跳動(dòng)的支 撐安裝面，其平面度&平行度會(huì)直接影響最終的跳動(dòng)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(yīng) 的承載能力和氣浮剛度低。

　　3 氣浮轉(zhuǎn)臺的應(yīng)用優(yōu)勢

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

      (1)無摩擦運(yùn)動(dòng)

　　氣浮軸承支撐消除機(jī)械接觸，減少磨損，延長使用壽命。

　　(2)隨機(jī)位置坐標(biāo)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(fù)定位精度<±0.1 arcsec，靜態(tài)抖動(dòng)< ±0.3arcsec，擺動(dòng)<0.5arcsec。

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

　　(3)低振動(dòng)與噪聲

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

　　4 氣浮轉(zhuǎn)臺之應(yīng)用場景

　　· 半導(dǎo)體工業(yè)：晶圓切割、晶圓檢測、晶圓研磨/減薄 設(shè)備;

　　· 光學(xué)制造與檢測：工業(yè)CT、激光加工、光纖對準(zhǔn)、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(biāo)定;

　　· 精密測量：光學(xué)輪廓儀、圓柱度儀、結(jié)合多軸運(yùn)動(dòng)臺 實(shí)現(xiàn)三維空間內(nèi)的高分辨率位移檢測;

　　· 科研實(shí)驗(yàn)：如量子計(jì)算設(shè)備中的超低溫環(huán)境運(yùn)動(dòng)控 制，或材料力學(xué)性能測試;

　　· 航空航天：航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片加工與檢測、衛(wèi)星姿態(tài)控 制測試、慣性導(dǎo)航設(shè)備測試及校準(zhǔn)等;

　　· 醫(yī)療：CT、MRI醫(yī)療影像設(shè)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(guān)鍵技術(shù)指標(biāo) 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。

　　②角擺

　　· AAR150角擺<2arcsec;

　　· AAR200角擺<0.7arcsec;

　　· AAR250、AAR300角擺<0.5arcsec。

　　③定位精度&重復(fù)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(dá)1.14arcsec，重復(fù)定位精度可達(dá)0.61arcsec。該系列提供多種標(biāo)準(zhǔn)型號，包括AAR150、AAR200、AAR250及 AAR300，以滿足不同應(yīng)用場景的需求。此外，雅科貝思亦可 提供定制化設(shè)計(jì)服務(wù)，根據(jù)客戶的具體要求進(jìn)行產(chǎn)品優(yōu)化。 (注：上述性能指標(biāo)基于樣機(jī)在特定測試環(huán)境及條件下測得， 具體測試參數(shù)與詳細(xì)信息請咨詢雅科貝思的工程師。)

　　(2)雅科貝思?xì)飧∞D(zhuǎn)臺應(yīng)用優(yōu)勢

　　· 采用氣體靜壓氣浮技術(shù)，和動(dòng)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(dòng)噪音小;

　　· 氣浮軸承無需潤滑油，實(shí)現(xiàn)了免維護(hù)，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(jī)，因此無齒槽效 應(yīng)，能實(shí)現(xiàn)高定位精度、運(yùn)行阻尼小、高速度穩(wěn)定性等特點(diǎn);

　　· 軸系的軸向和徑向回轉(zhuǎn)精度可達(dá)到納米級別，同時(shí)具 有非常優(yōu)秀的絕對定位精度和重復(fù)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(hù)等優(yōu) 點(diǎn)，正成為精密測量和精密加工領(lǐng)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(yīng)用廣泛的標(biāo)準(zhǔn)品以及靈 活的定制服務(wù)，贏得了客戶的廣泛認(rèn)可。

圖 4 軸線徑向、軸向跳動(dòng)、擺動(dòng)圖示