Luftlagermodule basieren auf einem dünnen Luftfilm im Mikrometerbereich, um eine berührungslose Levitation zu ermöglichen. Der Luftfilm ist extrem dünn und winzige Wellen auf der Grundfläche des Granit-Arbeitstisches verändern direkt die Luftspaltverteilung, was zu Schwankungen des Luftfilmdrucks und einer instabilen Schwebesteifigkeit führt. Viele Geräteintegratoren geraten beim Zusammenbau von Luftlagermodulen leicht in ein Missverständnis: Sie konzentrieren sich nur auf die Ebenheitsmessung des Arbeitstisches zum Zeitpunkt der Lieferung und ignorieren die Gleichmäßigkeit und Langzeitstabilität der Ebenheit. Selbst wenn die Einzelpunktgenauigkeit dem Standard entspricht, führen unebene Oberflächenwellen zu Haltungsschwankungen und Positionierungssprüngen, wenn sich der Luftlagerschlitten mit hoher Geschwindigkeit bewegt, was die Leistung des gesamten Bewegungssystems auf Nanoebene direkt beeinträchtigt. Daher kann die Ebenheit der Grundfläche des luftgelagerten Arbeitstisches nicht nur anhand eines einzigen numerischen Index beurteilt werden. Vielmehr handelt es sich um einen umfassenden Standard, der Materialien, Verarbeitungstechnologie und vollflächige Inspektion vereint. Die UNPARALLELED Group hat ein spezielles Ebenheitskontrollsystem für Arbeitsbedingungen entwickelt, die auf Luftlagermodule abgestimmt sind.
Der Kern des Luftlagerbetriebs besteht darin, einen stabilen und gleichmäßigen Luftfilm im Mikrometerbereich aufrechtzuerhalten. Normalerweise beträgt die Dicke des Luftfilms nur wenige Mikrometer. Jeder lokale Vorsprung oder jede Vertiefung auf der Grundfläche verändert die Spaltgröße. Die Ebenheitsindikatoren gewöhnlicher Granitplattformen erfüllen meist nur die Anforderungen der statischen Messung und sind nicht für die dynamischen Bewegungsarbeitsbedingungen von Luftlagern geeignet. Das Arbeitstischsubstrat aus schwarzem UNPARALLELED®-Granit hat eine Dichte von 3100 kg/m³, eine geringe Ausdehnung und eine hohe Dämpfung. Das Rohmaterial wird im Vorfeld einer Rohstein-Massenalterung unterzogen, um natürliche innere Spannungen abzubauen und eine langsame Verformung der Referenzoberfläche des Arbeitstisches unter langfristiger Belastung und Temperaturschwankungen zu verhindern. Dadurch wird sichergestellt, dass der Flachheitsindex grundsätzlich über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden kann, anstatt den Standard kurzfristig vorübergehend zu erfüllen.
Bei Granit-Arbeitstischen, die mit Luftlagermodulen ausgestattet sind, besteht der Kernebenheitsstandard darin, dass die Ebenheit der vollflächigen Referenzoberfläche den Nanometerbereich erreicht, während die lokale Welligkeit kontrolliert wird und die Ebenenabweichung innerhalb jedes Meters streng innerhalb des Mikrometerbereichs kontrolliert wird. Neben der Gesamtebenheit ist die lokale kurzwellige Oberflächenwelligkeit ein wichtiger Beurteilungspunkt für Luftlageranwendungen. Lange und sanfte Wellen können vom Luftfilm mäßig gemittelt werden, aber winzige Wellen über kurze Entfernungen stören direkt das Druckfeld des Luftfilms und verursachen Höhenschwankungen während der Bewegung des Schlittens. Wir führen das Ultrapräzisionsschleifen in einer Werkstatt mit konstanter Temperatur, konstanter Luftfeuchtigkeit und Vibrationsschutz durch. Der Werkstattboden ist dicker als 1000 mm und mit stoßfesten Gräben ausgestattet, um äußere Vibrationsstörungen zu isolieren und Oberflächenwelligkeitsfehler zu verhindern, die durch Bodenvibrationen beim Schleifen entstehen. Bei der Verarbeitung wird auf eine stufenweise Reifung geachtet. Das Werkstück wird nach jedem Schleifvorgang statisch gehalten, um Bearbeitungsspannungen abzubauen und Oberflächenverformungen durch Spannungsakkumulation zu vermeiden.
Auch die Methode der Ebenheitsprüfung unterscheidet sich von herkömmlichen Stichproben. Anstatt nur mehrere diagonale Punkte auf der Tischplatte zu messen, wird eine gitterförmige Mehrpunkt-Vollflächenerfassung eingesetzt. Für die kontinuierliche Abtastmessung werden Laserinterferometer, Mahr-Messuhren und elektronische Wasserwaagen von Swiss WYLER verwendet, um vollständige Topographiedaten der gesamten Arbeitsfläche zu erhalten und den Ebenenfehler des gesamten Bereichs auszuwerten. Die gesamte Messkette kann bis zum nationalen Metrologieinstitut zurückverfolgt werden und es wird ein Prüfbericht mit vollständigen Rückverfolgbarkeitszertifikaten ausgestellt. Je nach Anwendung der Kundenausrüstung können verschiedene Präzisionsgrade unterschieden werden: Der grundlegende Standard für ultrahohe Ebenheit wird für gewöhnliche luftgelagerte Arbeitstische zur optischen Inspektion übernommen; Für luftgelagerte High-End-Plattformen, die mit Halbleitern und Lithografie kombiniert sind, werden die lokalen Welligkeits- und Ebenentoleranzen weiter verschärft, um Nanopositionierungsszenarien zu erfüllen.
Auch Struktur- und Oberflächentechnik tragen dazu bei, die Betriebswirkung von Luftlagern zu gewährleisten. Wenn Kunden es in sauberen Werkstätten anwenden müssen, kann die Oberfläche des Arbeitstisches durch Versiegeln, Passivieren und Hochglanzpolieren bearbeitet werden, um die Mikroporen des Steins zu schließen, die Partikelausfällung zu reduzieren und die Oberflächenrauheit zu verringern, wodurch verhindert wird, dass das Luftlagerpolster durch raue Oberflächen zerkratzt wird, und eine Beeinträchtigung der Luftfilmbildung vermieden wird. Wir können auch die Tragstruktur der Tischplatte entsprechend der Anordnung der Luftlagermodule optimieren, um Lasten zu verteilen und die Verschlechterung der Ebenheit der Basis durch ungleichmäßige Belastung nach dem Zusammenbau der Luftlagermodule zu verhindern. Wenn eine Gewichtsreduzierung erforderlich ist, kann eine topologische, leichte Lochbearbeitung durchgeführt werden, um das Eigengewicht unter der Voraussetzung zu reduzieren, dass die Gesamtsteifigkeit sichergestellt wird, ohne die Ebenheit der Referenzfläche zu beeinträchtigen.
Die Stabilität des Luftlagersystems wird maßgeblich durch die Ebenheit der Granitgrundfläche bestimmt. Es ist leicht, eine hohe Einzelpunktgenauigkeit zu erreichen, aber um ein langzeitstabiles Schweben ohne Haltungsschwankungen für Luftlagermodule zu realisieren, ist die gemeinsame Unterstützung einer stabilen Materialspannung, Präzisionsschleiftechnologie und eine vollflächige Topographieprüfung erforderlich. UNPARALLELED führt während des gesamten Prozesses eine Ebenheitskontrolle durch, einschließlich der Alterung des Rohsteins, der Schleifbearbeitung und der Inspektion vor der Auslieferung, sodass die Oberflächentopographie von Granit-Arbeitstischen stabil kontrolliert werden kann. Es gewährleistet einen gleichmäßigen und stabilen Luftfilm von Luftlagermodulen unter Arbeitsbedingungen mit Hochgeschwindigkeits-Hin- und Herbewegungen und bietet zuverlässige Benchmarks für alle Arten von hochpräzisen, reibungsfreien Bewegungsplattformen.