I. Позиционирование: жесткая рама с гашением вибраций, служащая опорой для высокоскоростных прецизионных автоматизированных механизмов перемещения
Обычные стальные направляющие выполняют лишь направляющую функцию; интегрированная гранитная линейная направляющая объединяет в себе направляющую поверхность, основание оборудования и поперечину. Она является основой для высокоскоростных линейных двигателей, портальной автоматизации, оптического контроля и оборудования для упаковки полупроводников. Одновременно она выполняет четыре основные задачи: обеспечение динамической устойчивости при высоких скоростях, поддержание постоянной температуры с высокой точностью, обеспечение долгосрочной геометрической стабильности и долговечность при высокочастотных возвратно-поступательных движениях, что делает её особенно подходящей для автоматизированных производственных линий, требующих высоких скоростей, больших ускорений и позиционирования на нано- и микроуровне.
II. Пять основных функциональных ролей (уникальные преимущества для сценариев с высокой скоростью)
- Высокоскоростной динамический демпфер вибрации, устраняющий высокочастотный резонанс и колебания (играет наиболее важную роль)
Демпфирующие свойства плотной кристаллической структуры гранита более чем в 10 раз превышают аналогичные показатели чугуна и стали. При высокоскоростном ускорении и замедлении, а также при высокочастотных возвратно-поступательных движениях она способна быстро поглощать ударные колебания, возбуждения от двигателя и микроколебания, возникающие при качении по направляющим.
Проблемы при работе на высоких скоростях: при работе линейных двигателей на скорости 1–2 м/с и высоком ускорении 10–20 м/с² металлические основания станков чрезвычайно подвержены резонансу, что приводит к дрожанию траектории, отклонениям в позиционировании и размытию изображения;
Роль гранита: значительно снижает амплитуду колебаний, обеспечивая отсутствие джиттера на протяжении всего процесса высокоскоростного сканирования, высокоскоростного дозирования и высокоскоростного визуального контроля, что гарантирует стабильность прямолинейности траектории высокоскоростного движения;
Области применения: высокоскоростные оптические контрольные портальные системы, резка пластин, высокоскоростное сверление печатных плат, а также полностью автоматизированные линии прецизионного контроля держателей инструментов. - Стабильный эталон с постоянной температурой, исключающий дрейф точности, вызванный быстрым нагревом
Коэффициент теплового расширения гранита составляет всего 1/10 от коэффициента стали. При непрерывной работе на высоких скоростях постоянное нагревание, возникающее в результате трения линейных двигателей и ползунов, приводит к тепловому расширению и деформации металлических направляющих, что вызывает быструю потерю прямолинейности и параллельности.
Значение роли:
Термическая деформация корпуса направляющей чрезвычайно мала, что позволяет удерживать геометрические погрешности в пределах субмикронного диапазона в течение многих часов непрерывного высокоскоростного производства;
В сочетании с наноразмерными, отшлифованными вручную направляющими поверхностями (Ra 2–8 нм) прямолинейность по всему ходу составляет ≤0,5 мкм/м, что обеспечивает стабильную точность на протяжении всего высокоскоростного перемещения на больших ходах;
При незначительных колебаниях температуры в цехе не требуется частое отключение оборудования для калибровки, что значительно повышает коэффициент использования автоматизированного оборудования. - Встроенная высокоточная направляющая система, обеспечивающая геометрическую точность высокоскоростного перемещения
Гранитные направляющие изготавливаются цельным способом, шлифуются вручную на наноуровне, не имеют стыков и не подвержены монтажным напряжениям, что отличает их от двухслойной конструкции стальных направляющих, закрепленных на чугунных основаниях:
Вся поверхность направляющей представляет собой нанозеркальную поверхность без зон, не подвергшихся механической обработке, и без следов вибрации, что обеспечивает плавное перемещение ползуна/платформы на воздушных подшипниках на высокой скорости;
Высокая жесткость и большой собственный вес подавляют опрокидывающие моменты при высоких скоростях, предотвращая деформацию и отклонение во время перемещений портального крана с большим пролетом на высоких скоростях;
Прямолинейность, параллельность и перпендикулярность остаются стабильными в течение длительного времени, при этом снижение точности после многих лет эксплуатации оборудования минимально. - Износостойкий, немагнитный, чистый носитель, подходящий для беспыльных высокоскоростных автоматизированных производственных линий
Благодаря высокой твёрдости по шкале Мооса наношлифованная поверхность направляющей обладает износостойкостью. Даже после сотен тысяч циклов высокоскоростных возвратно-поступательных движений шероховатость поверхности остаётся практически неизменной, что позволяет в течение длительного времени обеспечивать плавное высокоскоростное движение;
Будучи полностью немагнитным, он не подвержен воздействию магнитных полей двигателей в полупроводниковой и оптической автоматике, что позволяет избежать прилипания металлической пыли, которая может поцарапать направляющую;
Не подвержен ржавчине и не оставляет масляных пятен, подходит для использования в беспыльных цехах, при работе с пластинками и оптическими компонентами в высокоскоростных автоматизированных системах, что позволяет значительно увеличить интервал между смазками и техническим обслуживанием. - Поддержка высокоскоростных решений с прямым приводом для раскрытия максимального динамического потенциала линейных двигателей
Стандартная конфигурация высокопроизводительной высокоскоростной автоматизации: комбинация гранитных направляющих, линейного двигателя и воздушных подшипников:
Гранитное основание высокой жесткости исключает деформацию конструкции, вызванную колебаниями осевой силы линейного двигателя;
Скользящий элемент на воздушной подушке скользит по поверхности направляющей из гранита с наношлифовкой, что исключает контактное трение, ползание и эффект «прилипания-скольжения» при высокоскоростных пусках и остановках;
Она обеспечивает высокоскоростное сканирование с постоянной скоростью и высокочастотные возвратно-поступательные движения с ультракороткими циклами, а также стабильность повторяемости позиционирования на уровне менее микрона, что повышает эффективность автоматизированного производства и выход готовой продукции.
III. Сравнение металлических и гранитных линейных направляющих: незаменимые отличия в условиях высокоскоростной автоматизации
Таблица
Линейные направляющие из высокопрочной стали и чугуна / Линейные направляющие с интегрированным гранитным покрытием Преимущества высокоскоростной автоматизации
Гашение вибраций на высоких скоростях: слабое гашение, склонность к резонансу и вибрациям; высокое гашение, поглощает более 90% вибраций; четкое изображение при высоких скоростях, повышение эффективности обработки и контроля
Термическая деформация. Высокое тепловое расширение, отклонения в точности при длительной работе на высоких скоростях. Чрезвычайно низкое тепловое расширение, постоянная температурная стабильность. Непрерывное производство без необходимости частой калибровки, повышение коэффициента использования оборудования.
Точность направляющей поверхности: при механическом шлифовании остаются следы вибрации, низкая шероховатость; ручная полировка с наношлифовкой Ra 2–8 нм, зеркальная поверхность по всей площади; равномерное сопротивление при высокоскоростном перемещении, минимальная погрешность позиционирования
Долгосрочная стабильность. Снижение точности из-за снятия внутренних напряжений в металле происходит ежегодно. Естественное старение без внутренних напряжений обеспечивает стабильную точность в течение десятилетия. Снижение затрат на техническое обслуживание на протяжении всего срока службы оборудования.
Совместимость с беспыльными условиями; легко намагничивается и подвержен коррозии; немагнитный, не содержит масла, легко очищается; предназначен для беспыльных производственных линий по выпуску полупроводников и оптических компонентов
IV. Типичные сценарии применения высокоскоростной автоматизации и соответствующие роли
Высокоскоростная полностью автоматизированная линия прецизионного контроля (совместимая с вашим оборудованием для контроля держателей инструментов)
Линейные направляющие Granite X/Y, оснащенные высокоскоростными модулями машинного зрения, обеспечивают высокочастотное сканирование концентричности и биения держателя инструмента; система гашения вибраций исключает смазывание изображения при съемке камерой, а базовая линия с постоянной температурой гарантирует стабильность данных серийного контроля.
Оборудование для высокоскоростной резки и монтажа полупроводниковых и фотоэлектрических компонентов
Высокоскоростные линейные двигатели с гранитными направляющими на воздушных подшипниках, высокоускорённая быстрая пересадка пластин / стекла, отсутствие резонанса, отсутствие тепловых деформаций, высокоскоростное позиционирование с точностью до микрона.
Лазерная высокоскоростная обработка и портальная система автоматизации оптического сканирования
Гранитные направляющие с большим ходом, высокоскоростное равномерное перемещение, устраняют отклонение лазерного пятна, вызванное вибрацией, и повышают равномерность обрабатываемых узоров.
Координатно-измерительные машины (КИМ) и крупногабаритное портальное оборудование для автоматизации измерений
Высокоскоростные подвижные щупы используют гранитные направляющие в качестве опоры для обеспечения геометрической точности при высокоскоростных измерениях на больших расстояниях.
V. Популярные вопросы и ответы клиентов, изложенные простым языком
Вопрос: Почему для высокоскоростной автоматизации не используются стальные направляющие? Почему обязательно должен быть гранит?
A: Металлические направляющие резонируют и вибрируют при высоких скоростях и ускорениях, а также нагреваются и расширяются в ходе длительной эксплуатации, что приводит к постоянному снижению точности позиционирования; гранит же естественным образом поглощает вибрации и характеризуется крайне незначительной тепловой деформацией. В сочетании с наношлифованными поверхностями направляющих он обеспечивает стабильную траекторию движения на протяжении всего высокоскоростного режима работы, что делает его пригодным для круглосуточного непрерывного автоматизированного производства.
Вопрос: Как нано-полированная вручную направляющая поверхность способствует работе на высоких скоростях?
A: Поверхность нанонаправляющей с зеркальной полировкой характеризуется равномерным коэффициентом трения, что обеспечивает перемещение ползуна / платформы на воздушном подшипнике на высоких скоростях без заклинивания и колебаний, предотвращая локальные отклонения скорости и значительно повышая повторяемость высокоскоростного позиционирования.
Вопрос: Могут ли гранитные направляющие повысить производительность автоматизированного оборудования?
A: Да. При тех же требованиях к точности гранитное оборудование может работать на более высоких скоростях и с большими ускорениями, сокращая время цикла на отдельной станции; при этом сокращается время простоя, связанное с калибровкой, что позволяет увеличить общую производительность производственной линии на 15%–30%.
