El modelo mental de rodamiento de la mayoría de las personas implica bolas o rodillos de metal que reducen la fricción entre dos partes móviles. Ese modelo se descompone por completo gracias a los cojinetes de aire, que eliminan por completo el contacto físico. Suena casi demasiado sencillo hacer flotar una superficie sobre una fina película de aire presurizado en lugar de dejar que toque algo -, pero esa simplicidad es exactamente la razón por la que la tecnología se ha convertido en estándar en los sistemas de movimiento de más alta-precisión construidos en la actualidad.
El mecanismo básico
Un cojinete de aire funciona forzando el aire comprimido a través de una serie de pequeños orificios o un material restrictivo poroso en la superficie del cojinete, creando una película delgada y continua de aire - generalmente de unas pocas micras de espesor - entre el cojinete y la superficie sobre la que se desplaza. Esa película soporta la carga y evita que las dos superficies entren en contacto físico. Debido a que no hay contacto de metal-con-metal (o de metal-con-piedra), esencialmente no hay fricción, desgaste ni comportamiento de deslizamiento-{9}} la pequeña vacilación entrecortada que los rodamientos mecánicos pueden exhibir a velocidades muy bajas o durante cambios de dirección.
Hay tres cosas que hacen que esto sea realmente útil y no simplemente elegante:
La ausencia de fricción significa que no se genera calor por el contacto, lo cual es de gran importancia en sistemas donde la estabilidad térmica determina la precisión de la medición.
Ningún desgaste significa que no habrá degradación con el tiempo. Un rodamiento de aire bien-puede funcionar durante años sin que la precisión del posicionamiento se vea afectada por el desgaste mecánico, a diferencia de los rodamientos de bolas o de rodillos, que pierden precisión lentamente a medida que las pistas y los elementos se desgastan.
Las películas de aire naturalmente tienen un promedio pequeñoimperfecciones superficiales, proporcionando un movimiento más suave que el que pueden lograr la mayoría de las alternativas mecánicas.
Por qué los cojinetes neumáticos y el granito aparecen juntos
Los cojinetes de aire necesitan una superficie extremadamente plana, estable y compatible con-baja fricción-sobre la que desplazarse, y aquí es donde el granito gana su lugar en el sistema en lugar del acero o el hierro fundido. El granito no se corroe, no desarrolla rebabas microscópicas ni cambios superficiales que el metal puede desarrollar con el tiempo, y su planitud se mantiene porque no está sujeto a las tensiones residuales que las estructuras metálicas mecanizadas y soldadas conllevan desde la fabricación. Una plataforma de granito combinada con una plataforma con soporte de aire ofrece una combinación en la que ninguno de los componentes es el eslabón débil de la precisión o la estabilidad-a largo plazo.
Dónde encontrarás realmente esta combinación
Máquinas de medición de coordenadas (MMC) y sistemas de medición de perfiles, donde la sonda o el carro del sensor deben moverse sin introducir ningún ruido de posicionamiento propio.
Etapas de inspección y litografía de semiconductores, donde las tolerancias de posicionamiento de las obleas se miden en nanómetros.
Sistemas láser de precisión, incluidas plataformas láser de femtosegundos y picosegundos, donde la estabilidad de la trayectoria del haz-depende de que la etapa mecánica que se encuentra debajo permanezca perfectamente quieta y se mueva suavemente cuando se mueve.
Mesas XY con motores lineales utilizadas en todo, desde equipos de perforación de PCB hasta líneas de inspección de celdas de baterías.
La compensación-que vale la pena conocer
Los cojinetes de aire no son gratis - necesitan un suministro de aire comprimido limpio, seco y regulado, y si ese suministro se interrumpe, las superficies de los cojinetes pueden entrar en contacto directo, lo cual generalmente es algo que el sistema está diseñado para tolerar brevemente pero en lo que no depende. También tienden a costar más por adelantado que los rodamientos mecánicos para una capacidad de carga equivalente. Sin embargo, para aplicaciones donde el requisito de precisión realmente lo exige, no hay mucho sustituto -, que es exactamente la razón por la que los cojinetes de aire se han convertido en una opción casi predeterminada en los sistemas de movimiento de ultra-precisión en las últimas dos décadas.