ভূমিকা
আল্ট্রা-প্রিসিশন মোশন সিস্টেমের পিছনে সক্রিয় প্রযুক্তিগুলির মধ্যে, কয়েকটি নীতিগতভাবে মার্জিত বা বায়ু ভারবহনের মতো বাস্তবায়নে দাবিদার। এর হৃদয়ে পাওয়া যায়অর্ধপরিবাহী পরিদর্শন সরঞ্জাম, নির্ভুল স্থানাঙ্ক পরিমাপ মেশিন, উচ্চ-নির্ভুলতা পরিমাপ যন্ত্র, এবং উন্নত উত্পাদন সরঞ্জাম, এয়ার বিয়ারিংগুলি গতির মসৃণতা এবং অবস্থান নির্ভুলতার সম্ভাব্য স্তর তৈরি করে যা প্রচলিত রোলিং-এলিমেন্ট বিয়ারিংগুলির সাথে মেলে না।
এই নিবন্ধটি ব্যাখ্যা করে যে এয়ার বিয়ারিংগুলি কী, সেগুলি কীভাবে কাজ করে, কী ধরণের অস্তিত্ব রয়েছে এবং কেন তারা যে পৃষ্ঠে চড়ে তা বিয়ারিংয়ের মতোই গুরুত্বপূর্ণ।
মৌলিক নীতি
একটি এয়ার বিয়ারিং, তার সবচেয়ে মৌলিক আকারে, এমন একটি ডিভাইস যা চাপযুক্ত গ্যাসের একটি পাতলা ফিল্মের উপর একটি লোড সমর্থন করে - প্রায় সবসময় বায়ু, যদিও অন্যান্য গ্যাসগুলি বিশেষ অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে ব্যবহার করা যেতে পারে। এই গ্যাস ফিল্ম, সাধারণত অপারেশন চলাকালীন 5 থেকে 20 মাইক্রোমিটার পুরু, শারীরিকভাবে চলমান এবং স্থির পৃষ্ঠগুলিকে আলাদা করে। যেহেতু কোন কঠিন যোগাযোগ নেই, ঐতিহ্যগত অর্থে কোন যান্ত্রিক ঘর্ষণ নেই।
ঘর্ষণ এই অনুপস্থিতি গভীর ব্যবহারিক পরিণতি আছে. প্রচলিত রোলিং-এলিমেন্ট বিয়ারিং - বল বিয়ারিং, রোলার বিয়ারিং, সুই বিয়ারিং - সমস্ত ঘর্ষণ প্রভাব প্রদর্শন করে যা স্টিক-স্লিপ আচরণ, তাপ তৈরি, পরিধান, এবং ছোট কিন্তু বাস্তব অবস্থানগত ত্রুটির সূচনা করে। এই প্রভাবগুলি, যদিও বেশিরভাগ ইঞ্জিনিয়ারিং অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে পরিচালনা করা যায়, এমন সিস্টেমগুলিতে অগ্রহণযোগ্য যেখানে অবস্থানগত পুনরাবৃত্তিযোগ্যতা অবশ্যই ন্যানোমিটার স্তরে নিয়ন্ত্রণ করতে হবে।
একটি এয়ার বিয়ারিং স্টেজ উপযুক্ত অবস্থার অধীনে 10 nm এর চেয়ে ভাল পুনরাবৃত্তিযোগ্যতা অর্জন করতে পারে, এবং এর গতির মসৃণতা সংবেদনশীল যন্ত্রগুলিকে মাইক্রো-কম্পন ছাড়াই কাজ করতে দেয় যা রোলিং বিয়ারিংগুলি সর্বদা প্রবর্তন করে।
এয়ার বিয়ারিং এর প্রকারভেদ
কিভাবে চাপযুক্ত বায়ু ফিল্ম তৈরি হয় তার উপর ভিত্তি করে এয়ার বিয়ারিং দুটি প্রধান বিভাগে বিভক্ত: অ্যারোস্ট্যাটিক এবং অ্যারোডাইনামিক।
অ্যারোস্ট্যাটিক বিয়ারিং (নির্ভুল যন্ত্র এবং সেমিকন্ডাক্টর অ্যাপ্লিকেশনে ব্যবহৃত প্রকার) বাহ্যিকভাবে সরবরাহ করা চাপযুক্ত বাতাসের উপর নির্ভর করে। বায়ু ভারবহন পৃষ্ঠের মধ্যে ছোট orifices বা ছিদ্রযুক্ত মিডিয়ার মাধ্যমে জোর করে, ভারবহন এবং এর রেফারেন্স পৃষ্ঠের মধ্যে একটি চাপযুক্ত অঞ্চল তৈরি করে। ক্লিয়ারেন্স ব্যবধান, এবং সেইজন্য লোড ক্ষমতা এবং দৃঢ়তা, সরবরাহ চাপ, ছিদ্র জ্যামিতি এবং ব্যবধান নিজেই দ্বারা নির্ধারিত হয়। অ্যারোস্ট্যাটিক বিয়ারিংগুলি শূন্য বেগেও লোড সমর্থন করতে পারে, এগুলিকে নির্ভুল পর্যায়ের জন্য উপযুক্ত করে তোলে যা অবশ্যই সঠিকভাবে অবস্থান ধরে রাখতে হবে এবং মসৃণভাবে চলতে হবে।
এয়ারোডাইনামিক বিয়ারিংগুলি মূলত হাইড্রোডাইনামিক অয়েল বিয়ারিংয়ের মতো একই নীতিতে বায়ু ফিল্ম - তৈরি করতে পৃষ্ঠতলের মধ্যে আপেক্ষিক গতির উপর নির্ভর করে। যেহেতু ফিল্ম তৈরি করতে তাদের গতির প্রয়োজন হয়, তারা নির্ভুল অবস্থানের অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য কম উপযোগী যেখানে স্ট্যাটিক লোড সমর্থন প্রয়োজন।
এয়ারোস্ট্যাটিক বিয়ারিং-এর মধ্যে, এয়ার ইনলেট ডিজাইনের উপর ভিত্তি করে আরও পার্থক্য রয়েছে: অরিফিস-টাইপ (যেখানে বাতাস এক বা কয়েকটি সূক্ষ্ম ছিদ্র দিয়ে প্রবেশ করে), ছিদ্রযুক্ত-টাইপ (যেখানে অনেকগুলি বিতরণ করা মাইক্রো-প্যাসেজ সহ একটি সিন্টারযুক্ত বা ছিদ্রযুক্ত মিডিয়ার মাধ্যমে বায়ু প্রবেশ করে), এবং খাঁজযুক্ত বায়ু ({3}} চাপযুক্ত চ্যানেল)। ছিদ্রযুক্ত এয়ার বিয়ারিংগুলি সাধারণত সর্বোচ্চ দৃঢ়তা এবং মসৃণ চাপ বিতরণ সরবরাহ করে।
রেফারেন্স সারফেস: কেন গ্রানাইট
একটি বায়ু ভারবহন এটি যে পৃষ্ঠের উপর চড়েছে ততই ভাল। ভারবহনটি 5-20 µm ব্যবধানে ভাসছে; রেফারেন্স সারফেসে যেকোন তরঙ্গ বা বিচ্যুতি যা এই মাত্রার কাছে আসে তা ব্যবধানকে বিরক্ত করবে, স্থানীয়ভাবে ভারবহন দৃঢ়তা পরিবর্তন করবে এবং গতি ত্রুটির প্রবর্তন করবে।
500 মিমি ভ্রমণ পরিসীমা সহ একটি রৈখিক বায়ু বহনকারী পর্যায়ে, রেফারেন্স পৃষ্ঠের সমতলতা স্পেসিফিকেশন সম্পূর্ণ দৈর্ঘ্যের 1-3 µm হতে পারে। এটি অর্জনের জন্য নির্ভুলতা গ্রাইন্ডিং, সূক্ষ্ম ল্যাপিং এবং সনাক্তযোগ্য পরিমাপ যন্ত্রগুলির সাথে যাচাইকরণের সংমিশ্রণ প্রয়োজন।
বিভিন্ন সুপ্রতিষ্ঠিত কারণে গ্রানাইট হল বায়ু বহনকারী রেফারেন্স সারফেসগুলির জন্য প্রধান পছন্দ-। এর কঠোরতা (Mohs 6-7) মাঝে মাঝে অনিচ্ছাকৃত যোগাযোগ থেকে পরিধান প্রতিরোধ করে। এর নন-চৌম্বকীয়, অ-প্রতিক্রিয়াশীল অক্ষর স্পষ্টতা পর্যায়ে ব্যবহৃত সেন্সরগুলির সাথে হস্তক্ষেপ এড়ায়। এর তাপীয় বৈশিষ্ট্য - কম প্রসারণ গুণাঙ্ক, ভাল তাপ পরিবাহিতা - অপারেশন চলাকালীন মাত্রিক স্থিতিশীলতা বজায় রাখতে সাহায্য করে। এবং সমালোচনামূলকভাবে, গ্রানাইটকে সমতলতা স্তরে ল্যাপ করা যেতে পারে যা বায়ু বহনকারী অ্যাপ্লিকেশনগুলির চাহিদা।
একটি নির্ভুল বায়ু বহনকারী গাইডওয়ে পৃষ্ঠের পৃষ্ঠের রুক্ষতা স্পেসিফিকেশন সাধারণত রা 0.1 µm (100 nm) এর চেয়ে কম বা সমান এবং কিছু অ্যাপ্লিকেশনে Ra 0.05 µm এর চেয়ে কম বা সমান। এগুলি হল আয়না-মসৃণ সারফেস যেগুলির জন্য শুধু সূক্ষ্ম যন্ত্রপাতি নয়, দক্ষ প্রক্রিয়াকরণের প্রয়োজন হয়৷
দৃঢ়তা, স্যাঁতসেঁতে, এবং লোড ক্ষমতা
একটি এয়ার বিয়ারিং এর ইঞ্জিনিয়ারিং কর্মক্ষমতা তিনটি মূল পরামিতি দ্বারা চিহ্নিত করা হয়: দৃঢ়তা, স্যাঁতসেঁতে এবং লোড ক্ষমতা।
কঠোরতা, N/µm-এ প্রকাশ করা হয়, বর্ণনা করে যে একটি মাইক্রোমিটার দ্বারা বিয়ারিংকে ডিফ্লেক্ট করতে কতটা বল প্রয়োজন। অবস্থান নির্ভুলতার জন্য উচ্চ দৃঢ়তা বাঞ্ছনীয়, কারণ ব্যাঘাত শক্তি (পেলোড পরিবর্তন, মোটর শক্তি বা কম্পন থেকে) ছোট অবস্থানগত ত্রুটি তৈরি করে। অ্যারোস্ট্যাটিক বিয়ারিংগুলি আকার এবং সরবরাহের চাপের উপর নির্ভর করে দশ থেকে শত শত N/µm এর কঠোরতা মান অর্জন করতে পারে।
তেল হাইড্রোস্ট্যাটিক বিয়ারিংয়ের তুলনায় এয়ার বিয়ারিং-এ স্যাঁতসেঁতে হওয়া স্বাভাবিকভাবেই কম, কারণ বাতাসের সান্দ্রতা অনেক কম। এটি বাহ্যিক কম্পন বা দ্রুত গতির দ্বারা উত্তেজিত হলে বায়ু বহনকারী পর্যায়গুলিকে অনুরণনের জন্য সংবেদনশীল করে তুলতে পারে। সিস্টেম ডিজাইনাররা সতর্ক যান্ত্রিক নকশা এবং সক্রিয় কম্পন বিচ্ছিন্নতা প্ল্যাটফর্মের মাধ্যমে এটির সমাধান করে।
লোড ক্ষমতা ভারবহন এলাকা এবং সরবরাহ চাপ দ্বারা সেট করা হয়. এয়ার বিয়ারিংগুলি সাধারণত তেল বা চৌম্বকীয় বিয়ারিংয়ের তুলনায় প্রতি ইউনিট এলাকায় লোড ক্ষমতার মধ্যে বেশি সীমিত, যার মানে হল যেগুলি ভারী মেশিন টুল অ্যাপ্লিকেশনের পরিবর্তে যন্ত্রের পর্যায়ে - হিসাবে পেলোড ভালভাবে-সংজ্ঞায়িত এবং পরিচালনাযোগ্য - অ্যাপ্লিকেশনের জন্য সবচেয়ে উপযুক্ত।
স্পষ্টতা শিল্প জুড়ে অ্যাপ্লিকেশন
এয়ার বিয়ারিংয়ের জন্য অ্যাপ্লিকেশন ল্যান্ডস্কেপ মসৃণ, নির্ভুল এবং পুনরাবৃত্তিযোগ্য গতির প্রয়োজন এমন যেকোনো শিল্পকে বিস্তৃত করে।
সেমিকন্ডাক্টর সরঞ্জামগুলিতে, বায়ু বহনকারী পর্যায়গুলি ওয়েফার পরিদর্শন, ফটোমাস্ক পজিশনিং, লেজার ডাইরেক্ট-রাইট সিস্টেম এবং ইলেক্ট্রন বিম মেট্রোলজিতে ব্যবহৃত হয়। গ্রানাইট গাইডওয়ে পৃষ্ঠের সমতলতা যার উপর এই ধাপগুলি কাজ করে তা সিস্টেমের দ্বারা অর্জনযোগ্য অবস্থান নির্ভুলতাকে সরাসরি প্রভাবিত করে।
কোঅর্ডিনেট মেজারিং মেশিনে (সিএমএম), এয়ার বিয়ারিংগুলি পরিমাপ প্রোবকে পরিমাপ ভলিউমকে মসৃণভাবে অতিক্রম করতে দেয়, কম্পন প্রবর্তন না করে যা সংবেদনশীল স্পর্শ অনুসন্ধান বা স্ক্যানিং সেন্সরগুলিকে বিরক্ত করবে। উচ্চ-নির্ভুলতা CMMগুলি গ্রানাইট টেবিলগুলিকে ডেটাম রেফারেন্স হিসাবে এবং তাদের বায়ু সমর্থিত অক্ষগুলির জন্য ভারবহন পৃষ্ঠ হিসাবে ব্যবহার করে-।
নির্ভুল অপটিক্যাল ইন্সট্রুমেন্টে - ইন্টারফেরোমিটার, টেলিস্কোপ, স্পেকট্রোমিটার - বায়ু বহনকারী ঘূর্ণমান টেবিলগুলি 50 এনএম-এর নিচে রান আউট ত্রুটির সাথে ঘূর্ণন করতে দেয়, কৌণিক অবস্থান এবং পৃষ্ঠ পরিমাপ সক্ষম করে যা যান্ত্রিক বিয়ারিংয়ের সাথে অসম্ভব।
গবেষণা এবং উন্নত উত্পাদনের জন্য ন্যানো-পজিশনিং পর্যায়ে, এয়ার বিয়ারিংগুলি মসৃণ, ঘর্ষণ-মুক্ত গতির প্ল্যাটফর্ম প্রদান করে যা পাইজোইলেকট্রিক ফাইন-পজিশনিং উপাদানগুলিকে কার্যকরভাবে কাজ করতে দেয়, যান্ত্রিক বিয়ারিংয়ের স্লিপ প্রভাব ছাড়াই-যান্ত্রিক বিয়ারিংগুলি ছোট গতিতে আধিপত্য বিস্তার করে।
ইন্টিগ্রেশন বিবেচনা
এয়ার বিয়ারিং সফলভাবে প্রয়োগ করার জন্য বিভিন্ন সিস্টেম-স্তরের বিষয়গুলিতে মনোযোগ দেওয়া প্রয়োজন। বায়ু সরবরাহকে অবশ্যই ফিল্টার করতে হবে এমন কণা অপসারণ করতে যা বিয়ারিং গ্যাপকে ক্ষতিগ্রস্ত করতে পারে, স্থিতিশীল চাপ বজায় রাখার জন্য নিয়ন্ত্রিত, এবং আর্দ্রতা অপসারণের জন্য শুকিয়ে যেতে হবে যা নির্ভুল পৃষ্ঠগুলিতে ক্ষয় হতে পারে। সাধারণ পরিস্রাবণ প্রয়োজনীয়তাগুলি হল উপ-মাইক্রোন কণা অপসারণ এবং অপারেটিং তাপমাত্রার নীচে শিশির বিন্দু।
এয়ার বিয়ারিংকে সমর্থনকারী কাঠামোগত ব্যবস্থা অবশ্যই যথেষ্ট কঠোর হতে হবে যাতে বাহ্যিক শক্তি রেফারেন্স পৃষ্ঠ বা বিয়ারিং হাউজিংকে বিকৃত না করে। এই কারণেই সূক্ষ্ম সরঞ্জামগুলিতে বায়ু বহন করার পর্যায়গুলি প্রায় সবসময়ই বিশাল, ভাল-স্যাঁতসেঁতে গ্রানাইট বা খনিজ ঢালাই কাঠামোতে মাউন্ট করা হয়।
ক্লিনরুম পরিবেশ যেখানে নির্ভুল বায়ু বহনকারী সিস্টেমগুলি প্রায়শই কাজ করে তা ডিজাইন পছন্দগুলিকে প্রভাবিত করে। আউটগ্যাসিং প্রয়োজনীয়তা, দূষণ নিয়ন্ত্রণ, এবং ক্লিনরুম সামগ্রীর সাথে সামঞ্জস্যতা এবং পরিষ্কারের পদ্ধতিগুলি সবই সেমিকন্ডাক্টর এবং অপটিক্যাল উত্পাদন অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য এয়ার বিয়ারিং সিস্টেম ডিজাইনে ভূমিকা পালন করে।
উপসংহার
এয়ার বিয়ারিংগুলি নির্ভুল প্রকৌশলের সবচেয়ে পরিমার্জিত প্রযুক্তিগুলির মধ্যে একটিকে উপস্থাপন করে - নীতিগতভাবে প্রতারণামূলকভাবে সহজ, কার্যকর করার দাবি। ঘর্ষণ-মুক্ত গতি, ন্যানোমিটার-স্তরের পুনরাবৃত্তিযোগ্যতা এবং ব্যতিক্রমী মসৃণতা অর্জন করার ক্ষমতা তাদের সেমিকন্ডাক্টর উত্পাদন, নির্ভুলতা পরিমাপবিদ্যা এবং বৈজ্ঞানিক যন্ত্রের সবচেয়ে চাহিদাপূর্ণ অবস্থানের অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে অপরিহার্য করে তোলে।
গ্রানাইট সারফেস যেগুলির উপর তারা কাজ করে সেগুলি প্যাসিভ সাবস্ট্রেট নয় - এগুলি তাদের নিজস্বভাবে সঠিক-ইঞ্জিনিয়ার করা উপাদান, সমতলতা, রুক্ষতা এবং স্থিতিশীলতার বৈশিষ্ট্যগুলি যা অবশ্যই সিস্টেমের অপারেশনাল লাইফ জুড়ে মেটানো এবং বজায় রাখা উচিত৷ বিয়ারিং এবং এর রেফারেন্স সারফেস উভয়কেই ইন্টিগ্রেটেড ইঞ্জিনিয়ারিং উপাদান হিসেবে বোঝা যে কেউ অতি-নির্ভুল গতি সিস্টেম ডিজাইন বা নির্দিষ্ট করার জন্য অপরিহার্য।