એર બેરિંગ ગ્રેનાઈટ સ્ટેજ - આધુનિક લેસર પ્રિસિઝન સિસ્ટમ્સનો પાયો

આધુનિક લેસર સિસ્ટમો - આંખની શસ્ત્રક્રિયા અને મટિરિયલ માઇક્રો-પ્રોસેસિંગમાં ઉપયોગમાં લેવાતા ફેમટોસેકન્ડ પલ્સ લેસરોથી લઈને સેમિકન્ડક્ટર સ્ક્રિબિંગ અને અલ્ટ્રાફાસ્ટ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપીમાં પિકોસેકન્ડ લેસરો સુધી - તેમના બીમ અને વર્કપીસને માઇક્રોમીટર, ક્યારેક નેનોમીટરમાં માપવામાં આવતી અવકાશી ચોકસાઈ સાથે સ્થાન આપવું આવશ્યક છે. પ્રકાશનું ભૌતિકશાસ્ત્ર ઉત્કૃષ્ટ હોઈ શકે છે, પરંતુ ઓપ્ટિકલ અને વર્કપીસ તબક્કાઓને સ્થાન આપતી મિકેનિક્સ સમાન રીતે ચોક્કસ હોવી જોઈએ.

લેસર ચોકસાઇ એપ્લિકેશનોના આ સ્પેક્ટ્રમમાં, એક ઘટક વારંવાર દેખાય છે: એર બેરિંગ ગ્રેનાઇટ સ્ટેજ. એક દેખીતી રીતે વિરોધાભાસી સંયોજન - અત્યાધુનિક ન્યુમેટિક બેરિંગ ટેકનોલોજી સાથે જોડાયેલ પ્રાચીન ખડક - એર બેરિંગ ગ્રેનાઇટ સ્ટેજ ચોકસાઇ લેસર સિસ્ટમ્સમાં વાસ્તવિક ધોરણ બની ગયું છે કારણ કે તે ઘર્ષણ રહિત ગતિ, કંપન અલગતા અને પરિમાણીય સ્થિરતાના મૂળભૂત ઇજનેરી પડકારોને કોઈપણ વિકલ્પ કરતાં વધુ સારી રીતે ઉકેલે છે.

આ લેખ એર બેરિંગ ગ્રેનાઈટ સ્ટેજ પાછળના એન્જિનિયરિંગ સિદ્ધાંતોની તપાસ કરે છે, ગ્રેનાઈટ અને એર બેરિંગ્સ શા માટે આટલી ઉત્પાદક ભાગીદારી બનાવે છે તે સમજાવે છે, અને આધુનિક ચોકસાઇ લેસર સિસ્ટમ્સના લેન્ડસ્કેપમાં તેમના ઉપયોગોને ટ્રેસ કરે છે.

એર બેરિંગ્સ: નેનોમીટર સ્કેલ પર ઘર્ષણ રહિત ગતિ

પરંપરાગત રોલિંગ એલિમેન્ટ બેરિંગ્સ - રેસવેમાં ફરતા બોલ અથવા રોલર્સ - યાંત્રિક ગતિ પ્રણાલીઓના વર્કહોર્સ છે. તે વિશ્વસનીય, કોમ્પેક્ટ અને ઉચ્ચ ભાર ક્ષમતા માટે સક્ષમ છે. પરંતુ તેમની એક મૂળભૂત મર્યાદા છે: તેઓ સ્ટીક-સ્લિપ વર્તણૂક દર્શાવે છે, અનિયમિત સૂક્ષ્મ ગતિ જે સ્થિર ઘર્ષણ તરીકે થાય છે જે પ્રારંભિક ગતિના ક્ષણે ગતિ ઘર્ષણને માર્ગ આપે છે, અને રોલિંગ સપાટીઓમાં એસ્પિરિટીઝ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે.

મેક્રોસ્કોપિક સ્કેલ પર, સ્ટીક-સ્લિપ એક નાની તકલીફ છે. નેનોમીટર સ્કેલ પર, તે સરળ, પુનરાવર્તિત ગતિ માટે એક મૂળભૂત અવરોધ છે. 10-નેનોમીટર પુનરાવર્તિતતા પ્રાપ્ત કરતી પોઝિશનિંગ સિસ્ટમ ગતિની શરૂઆત દરમિયાન 100-નેનોમીટર સ્ટીક-સ્લિપ પ્રદર્શિત કરતી બેરિંગને સહન કરી શકતી નથી.

એર બેરિંગ્સ યાંત્રિક સંપર્કને પાતળા દબાણયુક્ત એર ફિલ્મ - સામાન્ય રીતે 5-15 માઇક્રોમીટર જાડા - સાથે બદલીને સ્ટીક-સ્લિપને સંપૂર્ણપણે દૂર કરે છે જે ગતિશીલ તબક્કાને સંદર્ભ સપાટીથી સંપૂર્ણપણે અલગ કરે છે. યાંત્રિક સંપર્ક વિના, પરંપરાગત અર્થમાં કોઈ ઘર્ષણ, કોઈ સ્ટીક-સ્લિપ અને કોઈ ઘસારો થતો નથી. સ્ટેજ હવા પર સરકે છે, અને ગતિ સંદર્ભ સપાટીની સીધીતા જેટલી સરળ અને પુનરાવર્તિત થઈ શકે છે તેટલી સરળ હોઈ શકે છે.

ચોકસાઇ ગતિ માટે તેના પરિણામો ખૂબ જ ઊંડા છે. હવા બેરિંગ સ્ટેજ નેનોમીટરના વધારામાં આગળ વધી શકે છે જેમાં પુનરાવર્તિતતા પડકારે છેમાપન સાધનોતેને ચકાસવા માટે વપરાય છે. માઇક્રોમીટર પ્રતિ સેકન્ડથી મીટર પ્રતિ સેકન્ડ સુધીની ઝડપે વેગને 0.01% કરતા વધુ એકરૂપતા સુધી નિયંત્રિત કરી શકાય છે. બેરિંગ પોતે જ તેના સમગ્ર પ્રવાસમાં શૂન્ય બળ ભિન્નતાનું યોગદાન આપે છે - એક ગુણધર્મ જે લેસર સિસ્ટમ્સ માટે મહત્વપૂર્ણ છે જ્યાં બળ વિક્ષેપ યાંત્રિક રેઝોનન્સને ઉત્તેજિત કરશે અને બીમ સ્થિતિને દૂષિત કરશે.

ગ્રેનાઈટ આદર્શ એર બેરિંગ સંદર્ભ સપાટી કેમ છે?

એર બેરિંગ સ્ટેજ ફક્ત તે સપાટી જેટલું જ સારું છે જેના પર તે સવારી કરે છે. સંદર્ભ સપાટીએ એકસાથે ઘણી માંગણીઓ પૂર્ણ કરવી આવશ્યક છે.

પ્રથમ, સપાટતા. એર બેરિંગ્સ સપાટીના આકારની ભૂલો પ્રત્યે સંવેદનશીલ હોય છે કારણ કે એર ફિલ્મ જાડાઈ (સામાન્ય રીતે 5-15 μm) સપાટીના સપાટતા સહિષ્ણુતા સાથે તુલનાત્મક હોય છે જે ચોકસાઇ ગ્રાઇન્ડીંગ અને લેપિંગમાં પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. 1 μm ની સપાટીની અનડ્યુલેશન હવાના અંતરમાં 1 μm ભિન્નતાનું કારણ બને છે - જે સીધા તબક્કામાં 1 μm ઊભી સ્થિતિ ભૂલમાં અનુવાદ કરે છે. 100-નેનોમીટર ઊભી ચોકસાઈને લક્ષ્ય બનાવતી સિસ્ટમ માટે, સંદર્ભ સપાટી સંપૂર્ણ મુસાફરી શ્રેણીમાં 100 નેનોમીટર કરતાં નોંધપાત્ર રીતે વધુ સારી સપાટ હોવી જોઈએ.

બીજું, સપાટીની ખરબચડી. એર બેરિંગમાં એર ફિલ્મ બેરિંગ પેડ અને સંદર્ભ સપાટી વચ્ચે વહેતી હવાના ચીકણા ગુણધર્મો દ્વારા સ્થિર થાય છે. વધુ પડતી સપાટીની ખરબચડી હવા ફિલ્મને વિક્ષેપિત કરે છે, દબાણમાં ફેરફાર બનાવે છે અને સ્ટેજની ગતિમાં અવાજ લાવે છે. શ્રેષ્ઠ એર બેરિંગ એપ્લિકેશનો માટે Ra 0.05 μm (50 નેનોમીટર) થી નીચેના સપાટીની ખરબચડી કિંમતો સામાન્ય રીતે જરૂરી છે.

ત્રીજું, કઠિનતા અને ઘસારો પ્રતિકાર. જ્યારે એર બેરિંગ્સ સંપર્ક ટાળવા માટે રચાયેલ છે, ત્યારે સ્ટાર્ટઅપ, કટોકટી બંધ થવા અથવા હવા પુરવઠા નિષ્ફળતાની ઘટનાઓ દરમિયાન ક્યારેક સંપર્ક થઈ શકે છે. સંદર્ભ સપાટી આ ઘટનાઓથી થતા નુકસાન અથવા નુકસાનનો પ્રતિકાર કરવા માટે પૂરતી કઠણ હોવી જોઈએ. ગ્રેનાઈટ, 6-7 ની મોહ્સ કઠિનતા સાથે (મોટાભાગે તેના ક્વાર્ટઝ સામગ્રી દ્વારા ફાળો આપે છે), એલ્યુમિનિયમ અથવા મોટાભાગના પ્લાસ્ટિક કરતાં નોંધપાત્ર રીતે વધુ સારી ઘસારો પ્રતિકાર પ્રદાન કરે છે, અને આ હેતુ માટે કઠણ સ્ટીલ સાથે તુલનાત્મક અથવા તેના કરતાં વધુ સારી છે.

ચોથું, થર્મલ સ્થિરતા. એર બેરિંગમાં એર ગેપ એ ચોક્કસ રીતે નિયંત્રિત ભૌમિતિક પરિમાણ છે. ગેપમાં ફેરફાર કરતું થર્મલ વિસ્તરણ બેરિંગની જડતા અને લોડ ક્ષમતામાં ફેરફાર કરે છે - અને સ્ટેજની સંદર્ભ સ્થિતિને બદલે છે. ગ્રેનાઈટનો પ્રમાણમાં ઓછો અને સુસંગત થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંક, તેના ઉચ્ચ થર્મલ માસ (તાપમાનમાં ફેરફાર પ્રત્યે ધીમો પ્રતિભાવ) સાથે જોડાયેલો, ચોકસાઇ લેસર સિસ્ટમ્સ દ્વારા માંગવામાં આવતી સ્થિરતા પ્રદાન કરે છે.

પાંચમું, બિન-ચુંબકીય અને બિન-વાહક ગુણધર્મો. ઘણી લેસર પોઝિશનિંગ સિસ્ટમ્સ રેખીય મોટર ડ્રાઇવનો ઉપયોગ કરે છે, જે ચુંબકીય ક્ષેત્રો ઉત્પન્ન કરે છે. ફેરોમેગ્નેટિક મશીન બેઝ આ ક્ષેત્રો સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરશે, બળ વિક્ષેપ પેદા કરશે અને સામગ્રીના ચુંબકીય ઇતિહાસમાં ફેરફાર થતાં કેલિબ્રેશન ડ્રિફ્ટનું સંભવિત કારણ બનશે. ગ્રેનાઈટનો બિન-ચુંબકીય, બિન-વાહક સ્વભાવ આ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓને સંપૂર્ણપણે દૂર કરે છે.

ફેમટોસેકન્ડ લેસર સિસ્ટમ્સ: ચોકસાઇ પોઝિશનિંગ પર ભારે માંગ

ફેમટોસેકન્ડ લેસરો 1 પિકોસેકન્ડ કરતા ઓછા પલ્સ ઉત્પન્ન કરે છે - એક સેકન્ડના દસ લાખમા ભાગના અબજમા ભાગ. આ સમયમર્યાદા પર, લેસર-દ્રવ્યની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પરંપરાગત લેસર પ્રક્રિયા કરતા મૂળભૂત રીતે અલગ છે: સામગ્રી એટલી ઝડપથી ઓછી થાય છે કે ગરમીને આસપાસના સામગ્રીમાં ફેલાવવાનો સમય મળતો નથી, જેનાથી મિલીમીટરને બદલે નેનોમીટરમાં માપવામાં આવતા ગરમી-અસરગ્રસ્ત ઝોન સાથે ચોકસાઇ કટીંગ શક્ય બને છે.

આ ક્ષમતાનો ઉપયોગ કોર્નિયલ સર્જરી (LASIK), ઇલેક્ટ્રોનિક ઘટકોની ચોકસાઇ માઇક્રોમશીનિંગ, ફોટોનિક્સ એપ્લિકેશનો માટે સામગ્રીની રચના અને આગામી પેઢીના લિથોગ્રાફી માટે એક્સ્ટ્રીમ અલ્ટ્રાવાયોલેટ (EUV) રેડિયેશનના ઉત્પાદનમાં થાય છે. દરેક એપ્લિકેશનમાં, વર્કપીસની તુલનામાં લેસર ફોકસની સ્થિતિ લેસરના સ્પોટ કદ - ઘણીવાર 1-10 માઇક્રોમીટર - ની તુલનામાં સહિષ્ણુતા પર નિયંત્રિત હોવી જોઈએ.

તેથી, ફેમટોસેકન્ડ લેસર વર્કપીસ સ્ટેજ માટે પોઝિશનિંગ સિસ્ટમ 300 મીમી કે તેથી વધુ સુધીની મુસાફરી રેન્જ પર 1-10 μm ચોકસાઈ પ્રાપ્ત કરવી જોઈએ - 1:30,000 કે તેથી વધુની ગતિશીલ શ્રેણી. તે વર્કપીસમાં એકસમાન ફીચર ઊંડાઈ ઉત્પન્ન કરવા માટે પૂરતી ચુસ્ત વેગ સ્થિરતા સાથે આવું કરવું જોઈએ. અને તેણે આ કોમ્પેક્ટ, ક્લીનરૂમ-સુસંગત પેકેજમાં પ્રાપ્ત કરવું જોઈએ જે લેસરની ઓપ્ટિકલ ડિલિવરી સિસ્ટમ સાથે સંકલિત થાય છે.

એર બેરિંગ ગ્રેનાઈટ સ્ટેજ આ બધી જરૂરિયાતોને ઉકેલે છે. એર બેરિંગ એકસમાન વેગ માટે જરૂરી સરળ, ઘર્ષણ રહિત ગતિ પૂરી પાડે છે. ગ્રેનાઈટ બેઝ ચોકસાઈ માટે જરૂરી સપાટતા અને કઠોરતા પૂરી પાડે છે. સંયુક્ત સિસ્ટમની થર્મલ સ્થિરતા લેસર-ટુ-વર્કપીસ ભૂમિતિ જાળવી રાખે છે કારણ કે સાધનો ગરમ થાય છે અને સંતુલન સુધી પહોંચે છે.

ઇલેક્ટ્રોનિક્સ ઉત્પાદનમાં પીકોસેકન્ડ લેસર સિસ્ટમ્સ

પલ્સ અવધિ અને પ્રક્રિયા લાક્ષણિકતાઓના સંદર્ભમાં પીકોસેકન્ડ લેસરો નેનોસેકન્ડ (પરંપરાગત પલ્સ્ડ) અને ફેમટોસેકન્ડ લેસરો વચ્ચે મધ્યમ સ્થાન ધરાવે છે. ડ્રિલિંગ દ્વારા PCB, પાતળા-ફિલ્મ સૌર કોષોનું લેસર સ્ક્રિબિંગ, ગ્રાહક ઇલેક્ટ્રોનિક્સ માટે કાચ અને નીલમ કટીંગ અને ઇલેક્ટ્રોનિક ઘટકો માટે માર્કિંગ અને ટ્રેસેબિલિટી કોડિંગ સહિત એપ્લિકેશનો માટે ઇલેક્ટ્રોનિક્સ ઉત્પાદનમાં તેનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે.

આ ઔદ્યોગિક એપ્લિકેશનોમાં, થ્રુપુટ મહત્વપૂર્ણ છે - પોઝિશનિંગ સિસ્ટમે યોગ્ય સ્થાને લક્ષ્યોને ફટકારવા માટે જરૂરી ચોકસાઈ જાળવી રાખીને સુવિધાઓ વચ્ચે ઝડપથી આગળ વધવું જોઈએ. હાઇ સ્પીડ અને ઉચ્ચ ચોકસાઈનું સંયોજન એ જ છે જેના માટે એર બેરિંગ ગ્રેનાઈટ સ્ટેજ ઑપ્ટિમાઇઝ કરવામાં આવે છે: એર બેરિંગ્સ ઘર્ષણ-પ્રેરિત વેગ ભૂલ વિના ઉચ્ચ ગતિને સક્ષમ કરે છે, જ્યારે ગ્રેનાઈટની કઠોરતા અને ભીનાશ યાંત્રિક રેઝોનન્સને અટકાવે છે જે ઉચ્ચ ગતિ પર ચોકસાઈને મર્યાદિત કરશે.

ઇલેક્ટ્રોનિક્સ ઉત્પાદન વાતાવરણમાં એક વધારાનો ફાયદો એ છે કે અબજો ગતિ ચક્રો પર એર બેરિંગ સિસ્ટમની પુનરાવર્તિતતા. દરરોજ હજારો બોર્ડ પર પ્રક્રિયા કરતી PCB ડ્રિલિંગ મશીન તેના કાર્યકારી જીવનકાળ દરમિયાન એક વિશાળ ચક્ર ગણતરી એકઠી કરે છે. એર બેરિંગ્સની શૂન્ય-વસ્ત્ર લાક્ષણિકતાનો અર્થ એ છે કે પાંચમા વર્ષે સિસ્ટમની ચોકસાઈ પહેલા દિવસ જેટલી જ છે - એક એવી મિલકત જે રોલિંગ એલિમેન્ટ બેરિંગ્સ દ્વારા મેળ ખાતી નથી, જે સમય જતાં પ્રગતિશીલ ઘસારો અને બગડતી ચોકસાઈ દર્શાવે છે.

એકીકરણ પડકારો અને ઉકેલો

લેસર ચોકસાઇ સિસ્ટમમાં એર બેરિંગ ગ્રેનાઈટ સ્ટેજને એકીકૃત કરવા માટે સ્ટેજ ઉપરાંત અનેક એન્જિનિયરિંગ વિચારણાઓનો સમાવેશ થાય છે. નિયંત્રિત દબાણ પર સ્વચ્છ, સૂકી હવા પુરવઠો જરૂરી છે - સામાન્ય રીતે વર્ગ 0 સ્વચ્છતા સુધી ફિલ્ટર કરવામાં આવે છે અને દબાણ-નિયંત્રિત ±0.1% અથવા તેથી વધુ હોય છે. એર સપ્લાય સિસ્ટમમાં સ્પંદનો અથવા દબાણ પલ્સ રજૂ ન કરવા જોઈએ જે સ્ટેજમાં ફેલાય છે. એર સપ્લાયનું તાપમાન નિયંત્રણ સિસ્ટમમાંથી પસાર થતી વખતે થર્મલ વિસ્તરણ અસરોને અટકાવે છે.

ગ્રેનાઈટ બેઝ એવી રીતે માઉન્ટ અને સપોર્ટેડ હોવો જોઈએ કે જેથી ભાર હેઠળ તેની સપાટતા જળવાઈ રહે. કાઇનેમેટિક માઉન્ટિંગ - કોઈપણ અતિશય-સંકુચિત વિચલનને રોકવા માટે ગોઠવાયેલા બરાબર ત્રણ સપોર્ટ પોઈન્ટનો ઉપયોગ કરીને - પ્રમાણભૂત પ્રથા છે. સપોર્ટ સ્ટ્રક્ચર્સ પોતે થર્મલી સ્થિર અને બિલ્ડિંગ ફ્લોરથી કંપન-અલગ હોવા જોઈએ.

ગતિ અક્ષો માટે કેબલ મેનેજમેન્ટ - પાવર કેબલ્સ, એન્કોડર સિગ્નલો, ન્યુમેટિક લાઇન્સ અને વેક્યુમ લાઇન્સને સ્ટેજની સ્થિતિને ખલેલ પહોંચાડતા બળો દાખલ કર્યા વિના ગતિશીલ સ્ટેજ પર રૂટ કરવા - માટે કાળજીપૂર્વક ડિઝાઇનની જરૂર છે. આધુનિક ડાયરેક્ટ-ડ્રાઇવ રેખીય મોટર્સ ગિયરબોક્સ અને ડ્રાઇવ સ્ક્રૂને દૂર કરે છે, જે પુનરાવર્તિત ન થઈ શકે તેવા બળ વિક્ષેપોને વધુ ઘટાડે છે જે સ્થિતિની ચોકસાઈને ઘટાડે છે.

નિષ્કર્ષ

એર બેરિંગ ગ્રેનાઈટ સ્ટેજ ડિઝાઇન ફિલોસોફીનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે: દરેક એન્જિનિયરિંગ જરૂરિયાત માટે શ્રેષ્ઠ ઉપલબ્ધ ઉકેલ પસંદ કરો, ભલે તે ઉકેલ અણધારી દિશામાંથી આવે. એર બેરિંગ્સ નેનોમીટર સ્કેલ પર ઘર્ષણ અને ઘસારાને એવી રીતે ઉકેલે છે જે રીતે યાંત્રિક બેરિંગ્સ કરી શકતા નથી. ગ્રેનાઈટ પરિમાણીય સ્થિરતા, કંપન ભીનાશ અને સપાટીની ગુણવત્તાને એવી રીતે ઉકેલે છે જે રીતે ધાતુઓ કરી શકતા નથી - ઓછામાં ઓછું નોંધપાત્ર રીતે ઊંચી કિંમત અને જટિલતા વિના નહીં.

આ સંયોજને વિશ્વની સૌથી વધુ માંગણી કરતી ચોકસાઇ લેસર સિસ્ટમ્સમાં દાયકાઓના ઉપયોગમાં પોતાને સાબિત કર્યું છે. જેમ જેમ લેસર ટેકનોલોજી આગળ વધી રહી છે - ટૂંકા પલ્સ, નાના સ્પોટ કદ અને કડક પ્રક્રિયા સહિષ્ણુતા તરફ - તે સિસ્ટમોને ટેકો આપતા ગ્રેનાઈટ સ્ટેજને તેમની સાથે આગળ વધવાની જરૂર પડશે. જરૂરી ચોકસાઇ, ચકાસાયેલ અને ગેરંટીકૃત પહોંચાડવા માટે સક્ષમ ઉત્પાદકો, લેસર ટેકનોલોજીના વિકાસમાં આવશ્યક ભાગીદાર રહેશે.