De flesta människors mentala modell av ett lager involverar metallkulor eller rullar som minskar friktionen mellan två rörliga delar. Den modellen går sönder helt med luftlager, som gör sig av med fysisk kontakt helt och hållet. Det låter nästan för enkelt för att arbeta - flyta en yta på en tunn film av tryckluft istället för att låta den vidröra någonting - men den enkelheten är exakt varför tekniken har blivit standard i de högsta-precisionsrörelsesystem som byggts idag.
Den grundläggande mekanismen
Ett luftlager fungerar genom att trycka luft genom en serie små öppningar eller ett poröst begränsande material i lagerytan, vilket skapar en tunn, kontinuerlig film av luft - vanligtvis några mikrometer tjock - mellan lagret och ytan det åker på. Den filmen stöder belastningen och hindrar de två ytorna från att någonsin komma i fysisk kontakt. Eftersom det inte finns någon kontakt mellan metall-till-metall (eller metall-till-sten), finns det i princip ingen friktion, inget slitage och inget stickbeteende-slir - den lilla, ryckiga tvekan som mekaniska lager kan uppvisa vid mycket låga hastigheter eller under riktningsändringar.
Tre saker gör detta verkligt användbart snarare än bara elegant:
Ingen friktion innebär ingen värmegenerering från kontakt, vilket är oerhört viktigt i system där termisk stabilitet avgör mätnoggrannheten.
Inget slitage betyder ingen försämring över tid. Ett väl-designat luftlager kan köras i åratal utan att positioneringsnoggrannheten försvinner från mekaniskt slitage, till skillnad från kul- eller rullager, som sakta tappar precision när löpbanor och element slits.
Luftfilmer är naturligtvis småytdefekter, vilket ger mjukare rörelse än de flesta mekaniska alternativ kan uppnå.
Varför luftlager och granit dyker upp tillsammans
Luftlager behöver en extremt platt, stabil, låg-friktion-kompatibel yta att åka på, och det är här granit tjänar sin plats i systemet snarare än stål eller gjutjärn. Granit korroderar inte, utvecklar inte de mikroskopiska grader och ytförändringar som metall kan över tid, och dess planhet håller i sig eftersom den inte utsätts för de restspänningar som bearbetade och svetsade metallstrukturer bär från tillverkningen. En granitplattform i kombination med ett luftlagersteg ger dig en kombination där ingen av komponenterna är den svaga länken för precision eller långsiktig stabilitet.
Där du faktiskt hittar den här kombinationen
Koordinera mätmaskiner (CMM) och profilmätsystem, där sonden eller sensorvagnen behöver röra sig utan att införa något eget positioneringsljud.
Halvledarinspektion och litografisteg, där toleranser för waferpositionering mäts i nanometer.
Precisionslasersystem, inklusive femtosekunds- och pikosekundlaserplattformar, där strålens-vägstabilitet beror på att det mekaniska steget under förblir helt stilla och rör sig smidigt när det rör sig.
Linjärmotor XY-tabeller som används i allt från PCB-borrutrustning till battericellinspektionslinjer.
Avvägningen-värd att veta
Luftlager är inte gratis lunch - de behöver en ren, torr, reglerad tryckluftsförsörjning, och om den tillförseln avbryts kan lagerytorna komma i direkt kontakt, vilket i allmänhet är något som systemet är utformat för att tåla en kort stund men inte förlita sig på. De tenderar också att kosta mer i förväg än mekaniska lager för motsvarande lastkapacitet. För applikationer där noggrannhetskravet verkligen kräver det, finns det dock inte mycket som ersätter -, vilket är exakt varför luftlager har blivit nära ett standardval i system för ultra-precisionsrörelse under de senaste två decennierna.