在科研、高端制造业的精密测量等应用场景,经常会用到一些高精度的转台,通过360°旋转被测物品,配合相应的检测设备,来实现对被测物品的检测或质量控制。
这些应用场景需要用到的高精度转台一般需要具备直驱无刷电机、增量式或绝对式光栅,以及相应的驱动控制器和控制软件。一般有机械轴承转台和气浮轴承转台两种。
衡量转台的精度高低主要有以下几个参数,机械转台和气浮转台的这几个主要参数方面也差别巨大。
▪ 角度精确度(angular error)
▪ 端跳(axial error)
▪ 径跳(radial error)
▪ 摆动(Wobble或tile error)
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角度精确度可以通过配备标准较高的光栅尺来保证,取决于圆光栅的直径大小,角度精确度一般在±1 - ±10 arc sec的范围。如果一些特殊应用场景需要更高的角度精确度,可以通过补偿的方式来实现,例如下图的转台通过Autocollimator(自准直仪)的校准后,角度精确度可以达到< 0.5arc sec。
机械轴承转台和气浮轴承转台在角度精确度方面差别不大。
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端跳是指任何旋转平台转动的时候,转台的转子台面沿着轴心上下方向的跳动。径跳是指转动的时候,转台的转子轴心向四周方向的跳动。这两个误差是任何时候任何转台转动的时候都存在,只是误差大小的区别。
机械轴承的转台,端跳和径跳一般在3到5微米的范围,个别技术领先的厂家能保证在1微米以内,比如比利时LAB公司,下图是LAB公司机械转台的径跳测试结果,实测数据为402纳米。
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越来越多的科研和工业测量场景需要用到端跳和径跳误差更小的转台,比如同步辐射光源的X-Ray CT成像,或者表面形状、圆度和形状计量等非接触式测量等场景。市场上的气浮转台虽然技术原理类似,但精度也差别巨大,大部分在几百纳米到甚至高达3微米,个别技术领先的厂家能够保证在几十纳米甚至20纳米以内。技术原理类似但精度差别大的几个主要原因是:
▪ 气浮轴承的工艺和技术
▪ 转子和定子的加工精度,尤其是圆度roundness
▪ 转子和定子的表面粗糙度roughness
▪ 装配集成工艺
▪ 电机的各种影响
▪ 等等
作为全球领先的气浮技术提供商,LAB公司的气浮转台从直径75mm到直径500mm,端跳可以保证在50纳米以内,径跳保证在100纳米以内。LAB公司为全球各大同步辐射光源和高端测量厂家提供的RT150U气浮转台,端跳和径跳都控制在20纳米以内,是全球唯一的一款端跳和径跳都在20纳米内的气浮转台。下图为实际的测量结果,该转台的径跳实测结果为12.3纳米。
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下表为LAB公司的主要气浮和机械转台的主要参数汇总:
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LAB Motion Systems公司2005年成立于比利时著名的大学城鲁汶,是天主教鲁汶大学孵化出的企业,公司的全称是Leuven Air Bearings NV。LAB是全球领先的气浮运动控制系统供应商,公司为用户提供基于气浮轴承技术的纳米精度运动控制系统,包括气浮转台和多轴运动控制平台。其气浮转台的端跳和径跳可以达到<20nm的精度。
北京拓普光研科技发展有限公司(www.topphotonics.com)是LAB在中国的代理商,致力于LAB产品在半导体检测、量子光学、激光微加工、精密测量、天文、CT等领域的应用市场开发、产品推广等,致力于跟用户共同成长。