高精度グラナイトベースの多軸モーションシステムに関しては、メーカーには2つの基本的なオプションがあります。1つは、グラナイトベースが一体部品となり、ベアリングがグラナイトベースに直接取り付けられ、ベースプレートを必要としないモーションシステムの設計です。もう1つは、既製のディスクリートモーション/ポジショニングステージを使用して、グラナイトベースまたはスプリットブリッジのグラナイト構造に取り付ける方法です。
これらの多軸モーションプラットフォームの設計にはどちらも特定の利点と制限があるため、個々のケースの判断は、以下で説明する数多くの要因に左右されます。
上に示したこれらの精密モーションシステムは、それぞれ複数のステージで構成され、多軸モーションを提供します。 >> 左側の4軸システムは基板とウエハの検査用に設計 されており、グラナイトベースにレールが組み込まれています。グラナイトベースにレールを一体化することで、よりコンパクトで熱的に安定したシステムを設計することが可能になります。ベアリング/モータ/エンコーダをデブリから保護する必要があるアプリケーションでは、中央と右の画像に示されているように、下軸には正圧エアパージ付きの内部絶縁二重壁構造の統合ベローズを使用し、上軸には >> ハードカバー、密閉サイドバンド、および正圧エアパージ付きの密閉構造のリニアステージ を使用できます。
Z軸オプション：XYテーブルにZ軸を取り付け、比較的ショートトラベルを必要とする場合、ウェッジ型の垂直移動ステージは、360度のアクセスを可能にし、ブラケットに垂直に取り付けられたリニア軸の場合と同様に、水平軸の運動量負荷をなくすことができる優れたオプションです。スプリットブリッジまたはガントリ多軸ポジショニングシステムでは、多くの場合、Z軸はブリッジに直接、またはブリッジに取り付けられたX軸、ガントリの交差軸のいずれかに取り付けられます。 >> ボールねじ駆動のL-511リニアステージは、その高分解能とペイロードにより、ブレーキとアブソリュートエンコーダで強化され垂直方向に使用されます。より高速の垂直運動が必要な場合は、リニアモータステージを機械的なカウンターバランス、エアスプリング、または磁気による重量補正と共に使用することで、加速や外力への反応が必要でない限り、リニアモータへの電流をゼロに近く保つことが可能です。
サイズとフォームファクタ：レール・オン・グラナイト vs ステージ・オン・グラナイト多軸ポジショニングシステム
これは統合されたグラナイトモーションシステム設計でわずかな利得しか達成できない部分です。ここではボトムプレートからベースプレートをなくすことで高さと重心がわずかに下がっています。ただし、モータからセンサ、ケーブルトラックに至るその他の部品のほとんどはまったく同じです。
重力中心の減少がアッベ誤差、剛性、寿命に及ぼす影響
各ステージのベースプレートをなくすことで、1自由度以上のワークポイントの位置決め性能にプラスの効果をもたらすアッベ誤差の低減とともに、作業高さを下げることが可能になります。同時に、グラナイトベースと移動プラットフォームの間の要素を1つ削除することで剛性を高めることができます。同時に、グラナイトベースと移動プラットフォームの間の要素を1つ削除することで剛性を高めることができます。これにより、共振周波数が高くなり、少なくともナノメートルの範囲での動作に関しては、ノイズを減らしてより良い動作を実現します。 グラナイトにレールを取り付けることで、下軸の軸受にかかる荷重を減らすことで、XY平面度や真直度、荷重、寿命に大きな影響を与えるステージベース幅を大幅に増やすことも簡単にできます。
軸受のサイズ/間隔がダイナミクスとスループットおよび耐荷重に与える影響
どちらの設計にも使用できるメカニカルベアリングとエアベアリングのタイプは似ていますが、>> 真の平面XYモーションが必要な場合はフレクシャガイドや磁気浮上以外では、エアベアリングが唯一の実現可能なソリューションです。メカニカルベアリングを使用する場合、レール・オン・グラナイト設計では、機械加工された金属ベースがなくなるため、ステージ・オン・グラナイト設計に比べて、移動プラットフォームの重心と垂直高さを増やすことなく、より大きなベアリングを使用することが可能です。 下軸の広い間隔で大きなベアリングを使用すると、同等のステージ・オン・グラナイト多軸設計よりも、ロール剛性、ピッチ剛性、ヨー剛性の面で複数の利点があります。多軸モーション精密自動化システムの角度剛性を高めることで、より高いダイナミクスと全体的なスループットの向上が可能になります。また、より大きなベアリングを使用することで、負荷容量を増加させ、同じ負荷容量でより長い耐用年数を得ることができます。
リニアモータ、スクリュードライブ、リニアエンコーダ、ケーブルマネジメント
統合グラナイトモーションシステムと比較して、ステージ・オン・グラナイトの多軸ポジショニングシステムに大きな違いは見られません。モータ出力、加速度、位置分解能は設計の違いの影響を受けることはありません。ケーブルマネジメント、リミットスイッチ、メカニカルハードストップについても同様です。
環境への配慮、デブリからの保護–レーザ加工
>> V-417リニアモータステージのような多くの高性能ディスクリートリニアステージには、デブリの侵入から (IP 50) を保護するためのハードカバー、サイドシール、およびエアパージがすでに付属しています。これは、たとえば、>> レーザ加工アプリケーションやデブリを生成するプロセスがある一般的な産業環境でベアリングとエンコーダを保護するために重要です。そして、通常、標準的なリニアステージが、レール・オン・グラナイトのソリューションと比較してメリットがあるとされる部分です。しかし、次の概念に示すように、ベローズの保護、二重壁構造、およびエアパージなどの進入保護機能をレール・オン・グラナイトのモーションプラットフォームに適用して、露出したベアリングとエンコーダを保護することは可能です。クリーンな環境では問題ありませんが、汚染されている場合、露出したベアリングとエンコーダは問題となる可能性があるのです。
保守/メンテナンス
ディスクリートステージをベースにした多軸モーションシステムでは、メンテナンスの際に個々の軸を交換するのは非常に簡単です。ダイレクトドライブ、リニアモータステージは、アプリケーションの要件に従ってベアリングとモータの寸法が決められている場合、通常、耐用年数が極めて長くなります。それにもかかわらず、外部イベント、たとえば、モーションシステムとの他のアプリケーション関連部品(ロボット、オペレータによるワークピースの不適切な取り付けなど) のハードクラッシュによって、ステージの保守または交換が必要になることがあります。 顧客またはメーカーとのサービス契約によって予備部品を手元に用意することで、停止時間が短縮され、レール・オン・グラナイトのモーションシステムの各コンポーネントを交換して調整するよりも短時間でマシンをオンラインに戻すことが可能です。
統合グラナイトモーションシステムとステージ・オン・グラナイトモーションシステムのコスト比較
ここでの違いは、カスタマイズの種類と、顧客が必要とする同一のシステムの数によります。従来のディスクリートステージを使用して1つのグラナイトモーションシステムを設計および構築する場合は、レール・オン・グラナイトモーションシステムと比較して、ある程度の時間とコストの節約が期待されますが、複数のシステムのオーダーとなると、状況は容易に変化します。もちろん、性能仕様、負荷容量、精度、速度、ダイナミクスのレーティングなど同一条件での比較での話です。
PIの統合グラナイトモーションシステムと多軸ポジショニングシステム
モーションシステムの要件についてPIエンジニアにご相談ください。PIは、半導体、エレクトロニクス、光学、フォトニクス、航空宇宙産業などの複雑なナノ精密運動の需要を満たすために必要な多数の重要な技術、コンポーネント、およびメカトロニクスシステムの設計と自社製造能力を備えたグローバルなリーディングカンパニーです。
- エアベアリング: PIは独自のエアベアリングを製造しており、ハイエンドのエアベアリングモーションシステムの設計と組み立てに数十年もの経験があります。
- ピエゾセラミック: 信頼性の高い動作、振動キャンセル、ナノポジショニング用途に最適化されたピエゾセラミックスを専門とする部門があります。
- ダイレクトドライブモータ:モーションシステム用のカスタム電磁および非磁気セラミックモータを設計しています。
- ハイエンドモーションコントローラ:当社のACS高度産業用モーションコントローラは、その性能と柔軟性で世界的に有名です。
- パラレルキネマティックヘキサポッドモーションシステム:PIは1990年代初頭に精密光学情報用のヘキサポッドの設計と製造を開始しました。
- サブナノメートルの分解能を持つ位置決めセンサ:PIは当社の標準およびカスタムモーションシステム用に複数のデジタルおよびアナログナノポジショニングセンサを設計しています。
当社の経験と継続的なイノベーション (500件以上の特許/特許出願) により、PIは力と位置制御を備えたアクチュエータから、混合技術を備えた多自由度カスタムモーションプラットフォームまで、自動化のための最先端の精密モーションコントロールソリューションを提供することができます。モーションハードウェアとモーションコントロールエレクトロニクスに加えて、例えばレーザやガルボスキャナを制御するソフトウェアや、３Dプリンタ製造用のディスペンサも提供しています。50年以上にわたり、PIは世界で最も革新的な企業にとって信頼できるパートナーであり、最先端を超える境界線を押し広げることを可能にしてきました。
