案例分享

行业：精密制造

客户：东佑达纳米系统股份有限公司（中国台湾）

挑战：空气轴承运动平台的性能通常受环境、基材精度及电控组件的影响，而光栅是其中的关键因素之一。厂家往往需要寻找规格合适的光栅，以满足不同应用要求。

解决方案：雷尼绍多款光栅系统为不同精度要求的运动平台，提供精准位置反馈方案。

中国台湾省东佑达纳米系统股份有限公司（以下简称“东佑达”）开发的空气轴承运动平台，采用共面式专利机构设计，以雷尼绍高精度光栅作为位置反馈系统。东佑达在确保成本效益最大化的前提下，为业界提供微米级和纳米级的运动平台解决方案。

节流器是一个十分关键的组件。当负载增加时，气膜就会被压缩，从而影响刚性，这时节流器会根据负载的变化控制压缩空气进入间隙的流量和流速，以维持气膜厚度（刚性）的一致性。空气轴承的承载能力、规格、性能与其采用的节流器技术密切相关。各厂商都会自主开发节流器技术来优化性能。

TOYO空气轴承运动平台结构

东佑达副总经理邓贵敦先生说：“有别于业界一般将空气轴承运动平台的节流器组件设计在外部，东佑达所设计的节流器组件直接嵌入花岗岩机构式内部，结构简单、组装容易、刚性高且承载能力强。”

目前，东佑达的空气轴承运动平台（比如XY平台）的重复精度可达0.3 μm（每300 mm行程），提供超高的6个自由度精度。XY平台采用共面式结构设计，共享同一基准面，解决了线性X轴和Y轴在平面、正交垂直面上采用上下堆栈设计时，容易累积误差的问题。   

空气轴承XY轴线性运动平台

此外，某些平台型号的加速度高达10 G，足以满足大多数高端应用要求，包括半导体、显示面板、PCB、激光曝光机等制程设备以及AOI自动光学检测设备等，其中以AOI应用所占的比例最大。由于AOI需要对被测对象进行扫描成像，因此在运动控制层面上需要非常稳定的速度纹波。

得益于空气轴承几近于零的摩擦力，运动平台可以进行很微小的位移；而且空气轴承运动平台中的空气气膜对平台底座、滑座等组件表面的精度误差具有平均效应，这意味着更好的平面度和直线度，因此更容易确保出色的速度稳定性。但是，必须依靠光栅来提供精确的位置反馈。 

以东佑达的一款高性能空气轴承龙门双驱平台为例。该平台采用RESOLUTE系列光栅，配用RELA系列因钢栅尺。平台的重复精度达1 μm；横梁的扭摆角小于3角秒；最高速度达1 m/s；X轴和Y轴行程分别为350 mm和1200 mm；光栅读数头分辨率为50 nm，通过BiSS® C通信协议连接到控制器上。

该平台具有极低的速度纹波，因此适合用于PCB印刷电路板或DI直接成像曝光机等需要高速稳定移动的应用。 

RESOLUTE系列光栅在TOYO空气轴承运动平台上的应用

邓副总说道：“雷尼绍的光栅产品种类繁多，无论是RESOLUTE绝对式光栅，还是QUANTiC、VIONiC、ATOM等增量式光栅，都在东佑达不同规格的空气轴承运动平台上发挥着重要作用。事实上，不同产业对运动平台定位系统的规格要求不同。在绝大部分情况下，雷尼绍都能提供相应规格的光栅产品；采用雷尼绍光栅系统以来，至今没有收到客户反映光栅出现故障的情况，因此雷尼绍光栅的性能非常值得信赖。”

空气轴承优点很多，包括不发尘、不发热、零噪音、无跳动、非接触式特性等，轻松帮助运动平台实现更高加速度。不过，也需要配合高精度光栅才能打造高性能的运动平台。在选择光栅时，需要考虑实际应用及工作环境等因素的影响： 

温度 — 温度变化会造成光栅热胀冷缩，从而影响精度，尤其是要求达到微米甚至纳米级的定位精度时。因此，空气轴承运动平台大都采用对温度变化不敏感的材料，如花岗岩基材和RELA因钢栅尺等热膨胀系数接近零的组件。 

细分误差 (SDE) — 细分误差的高低直接影响读数头移动的流畅性，SDE数值越低表示移动的流畅性越高。AOI检测和印刷等这些需要进行高速扫描的应用都要求低SDE。雷尼绍RESOLUTE系列和VIONiC系列的SDE分别小于30 nm和10 nm，绝对能满足大部分应用要求。

抖动 — 抖动决定读数头停顿时的稳定性，抖动值越大表示读数头在停顿时抖动的幅度越大。VIONiC系列的抖动仅为1.6 nm RMS，适用于需要读数头高速移动和停顿的应用。

东佑达的空气轴承运动平台针对量产高端市场，主要销往中国大陆、中国台湾、韩国、日本、美国及东南亚等国家和地区。东佑达的产品线还包括电动缸、直线电机模块和伺服驱动等其他产品。其中超过95%的直线电机产品都采用雷尼绍QUANTiC系列光栅，分别提供1、0.1、0.5 μm分辨率型号， 行程范围从80 mm到8 m，推力从30到1000 N。 

有别于其他厂商以抽检的方式进行质量控制，东佑达采取全检方式，即每一台运动平台在出厂前都必须使用雷尼绍XL-80激光干涉仪进行检测和校准，然后生成报告交给客户。一些大型平台到达客户现场后会使用XL-80再次进行校准，以确保精度无误。 

东佑达当初认识雷尼绍是从标志性的坐标测量机测头产品开始的，后来更成为光栅以及激光干涉仪的客户。选择雷尼绍光栅是因为雷尼绍的业界口碑良好，在安装便捷性和产品稳定性方面都符合他们的要求，而且技术支持非常出色。 

邓副总总结道：“雷尼绍的激光干涉仪在业界被高度认可，测试报告对客户而言十分具有说服力。由于运动平台产量大，我们目前已购买了5台XL-80激光干涉仪，而且每天都在使用。 

此外，我们也看过雷尼绍XM-60多光束激光干涉仪的演示，的确能大幅提升运动平台的检测效率，尤其是对于6个自由度都需要校准的精密平台，我们后续会与雷尼绍相关专家进一步了解该产品。东佑达未来会将更多的资源投放在新产品开发上，包括标准型号的空气轴承模块以及采用空气轴承的直驱旋转电机，以满足像MICRO LED等新兴产业的发展要求。”