五十多年来，荷兰直线运动公司PM开发和生产精密直线和旋转轴承和滑道。它专注于要求直线轴承的平滑性和刚度的应用，并继续扩大其线性组件的标准范围。但定制正在成为常态——现在，目录产品只占销售额的30%左右。定制通常开始于机器制造商要求对某些标准组件进行轻微的更改——例如，为了更高的精度或更小的占地面积或额外的安装选项。PM 30%的业务都在这里。gydF4y2Ba
维嘉半导体后端检测机的高精度归功于所有的重心和驱动力都通过一个平面。PM工程师利用他们的线性轴承专业知识和生产车间的知识来完善运动系统。gydF4y2Ba
PM业务的最后三分之一是提供超精密定位解决方案。这在一定程度上是因为很少有终端用户将这种设计视为他们的核心竞争力。在这里，PM与客户合作建立运动系统……并不断努力，以预测未来五年工业可能需要的设计功能。后者的一个设计被称为Vega运动阶段，这是制造商XY2Z-theta运动系统中的一个关键子系统，用于后端晶圆检测应用。gydF4y2Ba
“半导体行业的要求非常高，”PM研发和工程经理Jan Willem Ridderinkhof说。“所以我们的逻辑是，如果我们能在这个行业表现出色，我们也应该能够满足医疗市场。”gydF4y2Ba
高半导体吞吐量产生大量热量gydF4y2Ba
在超过300毫米的行程中，X和Y方向的机械精度必须在加速度为2时优于1 μ mgydF4y2BaggydF4y2Ba速度达到2米/秒。那个平面的振动必须保持在25nm以下。Z轴的振动(用于晶圆进入光学焦点)必须保持在10纳米以下。更复杂的是晶圆片必须以闪电般的速度来回发射，这一运动在过程中会产生大量热量。但这样的运动是必要的，以保持有效的芯片生产所需的高吞吐量。gydF4y2Ba
“我们最初的设计理念是，所有的重心和驱动力都应该通过一个平面，”PM首席工程师Mathys te Wierik说。为了说明原因，回想一下高速公路上的摩托车对沥青施加的力——自行车的重心和骑者的重心是堆叠的。但打开摩托车的油门会导致前轮倾斜，“这将把重心从共同平面移开。”gydF4y2Ba
设计是一个非常迭代的过程，因为每一个删除或添加的部分都会直接影响到重心。gydF4y2Ba
在像织女星这样的系统中，这样的物理现象会严重降低设计精度。“我们的电机不能产生角动量，所以我们调整了总成的重心和电机的力。一个额外的好处是轴承上的负载更小，这反过来又延长了系统寿命。”gydF4y2Ba
这比听起来要复杂得多。仅对于X方向，还是比较容易让电机通过重心驱动。te Wierik解释道:“通常情况下，我们会在顶部放置第二个模块来实现另一个方向的运动……第三个模块用于Z轴。”“但像这样堆叠会改变运动部件的重心——这是一个不必要的影响……因为这样一来，质量实际上得到了一个杠杆臂，进而降低了整个系统的刚度。”gydF4y2Ba
几个工程迭代产生了一个水平框架的结构，运行在两个轴承-很像轨道上的火车。在那个正方形的框架里，有一个垂直地来回滑动的平台。PM在这个滑动结构中集成了Z-theta模块，它负责旋转和上下运动，所以所有的质量都保持在一个共同的平面上。gydF4y2Ba
Z-theta模块确保晶圆片在光学器件下正确定位。gydF4y2Ba
运动阶段发展的迭代过程gydF4y2Ba
下一个设计元素是确定一个合适的框架形状，以最大化刚度，同时最小化弯曲和质量，使用PM自己的拓扑优化软件在MATLAB中编写。保持可制造性意味着保持轮廓的长度恒定，以更容易铣削。最终设计采用了c型轮廓，让Y运动面板在通道中滑动。gydF4y2Ba
接下来是驱动关键轴的各种设计。最终，工程师们选择了无铁直线电机。te Wierik说:“这使得结构更加复杂，但我们可以将电机、轴承和编码器安装在C型线的下面。”由于该部件受到最严格的设计要求，机器的其余部分是带，精度更低，成本更有效。gydF4y2Ba
“每一块被加工或添加到机器上的材料都直接影响着重心……所有放在舞台上的物体也有质量，我们必须考虑到质量。”这就是为什么我们选择关注后端检查。毕竟，晶圆片具有确定的质量，”Ridderinkhof补充道。gydF4y2Ba
另一个挑战是热管理——尤其是因为机器的框架是铝制的。gydF4y2Ba
“铝很轻，相对坚硬，所以非常适合快速移动的系统……但铝有很高的热膨胀系数，”te Wierik解释道。“我们广泛的计算和模拟揭示了充分散热和控制膨胀的方法。冷却翼的解决方案需要增加质量，但这是最好的解决方案。”gydF4y2Ba
本文的信息由PM的Techwatch编辑Alexander Pil提供。欲了解更多信息，请访问gydF4y2Bawww.PM.nlgydF4y2Ba．gydF4y2Ba
了下:gydF4y2Ba线性运动技巧gydF4y2Ba
