洁净室：出汗小东西

使用洁净室润滑脂，真空，精心的电缆设计，和适当的涂料，系统设计者可以在洁净室条件下实现运动控制。

成功，俗话说，来自专注于小东西。在洁净室中，他们专注于真正的小东西 - 粒子，确切地说。美国联邦洁净室标准范围从1级到100,000级，基于每立方英尺的空气粒子的数量。ISO洁净室标准14644定义了第1到9的等级，其中3到8，其对应于美国标准。

在洁净室里，任何微粒来源都是一个问题。问题是，几乎所有移动的东西都是粒子的来源，而运动控制就是关于运动的……好吧，你懂的。

当然，并不是所有的洁净室都是平等的。10,000类洁净室比1类洁净室宽容得多。“当你设计这些系统时，你需要知道的第一件事是——需要什么类别，在哪里?SSi机器人生命科学公司(SSi Robotics Life Science)业务发展总监保罗·史密斯(Paul Smith)指出，Par Systems Inc.（Shoreview，Mn）。“产品在哪里？它是否在整个洁净室中加工，或者您只需要在一定的评级内保持机器内的某个区域？知道事先会指导你的设计。“

保持干净
最基本的方法是将粒子保持远离工作区域。这意味着在可能的情况下定位运动系统，在可能下方需要清洁并且使用层流以扫除产生的粒子。“洁净室中的第一个动议规则得到它在你的工作区下方，”Jim Monnich说：Parker Hannifin的Daedal的工程经理(Irwin, PA)。“这并不总是可能的，但这是你试图做的，因为一旦你有层流，你可以有一些相对脏的东西，它不会影响你的过程。”

史密斯最近在一个生物合作实验室的系统上工作，该系统需要一个区域来进行细胞培养物非常清洁。“我们将HEPA过滤的空气指向试剂并位于下游的机器人，”史密斯说。“如果机器人产生粒子或链条和电缆产生颗粒，它们将被吹走远离关键区域。”

实际上，他提到的那些电缆和链条可以是微粒的主要来源 - 和头痛，具体取决于洁净室的类。电缆可配备与基于Teflon的材料一起护套，以及一些供应商特定的特定布线产品。“多次如果它是线性运动，你不想用圆形电缆，你想使用平线，所以没有扭曲，”蒙妮奇说。“你制作特色载体，以便没有摩擦。选择不同的材料是有很多小心，使您没有产生微粒。“

在Asyst Technologies Inc.（弗里蒙特，加利福尼亚州），半导体和相关行业的自动化供应商，设计人员通过使用集中式控制器限制了晶圆发动机系统中的布线的量，但是分布式伺服驱动板表示，副总裁兼首席技术官Anthony Bonora表示。“编码器，电机，驱动器放大器，限位传感器和控制器通常需要许多连接器或电缆。晶片发动机使用直接与电机相邻的伺服驱动器，因此我们将电缆最小化到CPU。“

该晶片分类/装载系统将硅晶片从1级容器传送到过程和测量工具。该系统结合了多达四个Loadports和ASYST晶片发动机的清洁空气系统。它可以包含20多个轴并支持板上的实时监控和诊断功能（Asyst Technologies Inc的图片提供）。

蒙佳建议避免铰链载体与联系。挤出的，由专业洁净室材料制成的成型载体提供了清洁选择。甚至更好，一些制造商已经开发了结构化布线，其中包含嵌入式强度成员，并完全需要有需要电缆运营商。当然，权衡是成本。

提到铰链带来了另一个问题 - 涂料的另一个问题。例如，涂漆表面倾向于颗粒，使硬阳极氧化铝更具吸引力的洁净室。对于更苛刻的医疗应用，316个不锈钢具有高镍和铬含量提供良好的性能。钝化不锈钢 - 蚀刻铁 - 留下不会氧化的表面。“这是一种非常生锈，耐腐蚀的表面处理，”史密斯说。“如果你想得非常干净，无菌和无菌，或者你在环境中有一定的腐蚀性化学品，那么316经常使用316。”某些塑料也提供了良好的选择。

完美的运动
低端洁净室可以使用矢量电机或其他类型的同步电动机和输送系统。然而，在更紧密的洁净室课程中，伺服电机提供了答案，蒙佳表示。“大多数新应用都是某种伺服电机。他们试图将动作限制在一起，即它需要的是什么以及伺服系统或步进系统的最佳方式。“

Bonora说:“为了控制晶圆发动机的高加速度，我们希望有一个能够非常稳定和准确定位，非常快的沉降时间的系统。”“我们通过使用高扭矩无刷电机和高分辨率编码器，并尽可能降低系统的惯性来实现这一目标。”

拉丝电机可能是一个挑战，他警告说。“一个刷式电机每分钟可以很容易地产生一百万个粒子。这些非常细小的石墨和金属颗粒，就像香烟的烟雾。除非电机被仔细密封，否则粒子会从电机中出来，污染它周围的区域。”

蒙内奇说，旋转伺服电机是在洁净室中使用的最容易使用的。“由于旋转电机的设计是一种独立的装置，它很容易使它舒适兼容。”最大的挑战是前轴承。旋转运动可以破坏松散的颗粒并将它们释放到空气中。

高粘度，非颗粒洁净室润滑脂提供一种捕获这些颗粒的方法。此外，制造商通常在电动机中拉出一个灯泡真空，使得任何颗粒松动的颗粒将被拉回到电机中而不是释放到房间里。来自电机的流出要么在洁净室外耗尽，或者移植到洁净室真空线上。

线性思维
在线性运动的情况下，事情变得更加复杂。标准方法是使用诸如滚珠丝杠的致动器将旋转伺服电机的运动转换为线性运动。这些装置中的大多数是金属上的金属，这意味着它们产生颗粒。为了最大限度地减少颗粒，我们返回通常的方法：通过用洁净室润滑脂包装致动器并通过在围绕致动器周围的壳体中拉动真空来拆卸致动器来遏制。但它并不像听起来那么简单。“线性装置更难密封，”蒙佳说。“这是一种来自材料的实际工程努力，如何设计密封件，以尽量减少有多少颗粒将出现在机制中。”

线性执行器还存在速度的真正限制。即使在高粘度下，洁净室油脂也可以在速度过高时熄灭。这不是唯一的约束。“从滚珠丝杠上脱离的微粒的量是你的速度的指数函数，”蒙奇笔记。“只是因为你加倍你的速度并不意味着你加倍你生产的粒子。这可能意味着你是四倍，而且粒子生成真正开始变高的速度很快。“

线性马达
线性电机提供替代方案。磁性线性电动机在移动元件和固定部分之间没有接触，其消除了颗粒生成。“在洁净室中采用线性电机非常迅速，”蒙佳说。“他们是早期的采用者。”当然，总有一个权衡。线性电机需要用于反馈的线性编码器，UPS价格标签。此外，电动机本身更昂贵，因为它们包含由异国情调材料组成的磁铁杆。

Parker Hannifin自动化集团伺服系统工程经理Steve Huard说:“如果你的行程很短，一个直线电机可能不会比滚珠丝杠解决方案贵很多。”“但如果你有一个非常非常长的旅行，你最终会有很多磁铁材料，在这种情况下，你的直线电机变得非常昂贵。”

直线电机的另一个缺点是它们需要更多的电缆。你基本上是用一个会产生污染物的机械设备来换一个有电缆的干净设备——电缆也会产生污染物。直线电机提供的提高吞吐量仍然使它们成为一个吸引人的洁净室解决方案，尽管，只要它们提供足够的肌肉。

展望未来，博诺拉指出，半导体行业面临着降低自动化材料处理成本的压力，这意味着每伺服轴的成本降低。他说:“理想情况下，我们希望在未来几年内能够看到减少数倍。”“它的一部分必须来自于对电缆、传感器、电机驱动器、控制器、电机本身的综合考虑……一整个有机的子系统组构成了对运动的控制。”

他说，制造商已经通过将工厂迁往新加坡和中国等低成本地区来节约成本。现在，他建议，是时候走出困境了。“我认为，许多机会已经通过制造业供应链的变化实现。我认为，通过全面的设计方法，还有一种同样重要的方式来实现效益。”

供应商，手套被抛出。