Оптические шпиндели и воздушные подшипники

        GMN Paul Muller Industrie GmbH & Co. KG производит моторные сканеры более 10 лет. Это электроподшипники с оптической системой (многогранная призма) – преломляют или отражают лазерный луч. Хотя первоначально эти устройства были разработаны для допечатной установки, сейчас их используют для всех методов проецирования графических образов.
    Первоначально в оптических шпинделях использовались шариковые подшипники производства GMN, теперь, отвечая последним требованиям рынка, GMN предлагает воздушные подшипники со скоростью до 160 об/мин. В соответствии с требованиями заказчиков сконструированы аэростатистические и воздушные подшипники. Необходимая для управления этими подшипниками электронная система, тоже разработанная GMN, позволяет достичь высоких скоростей вращения и высоких показателей стабильности на частотах вращения порядка 5 об/мин. По сравнению с шариковыми подшипниками, воздушные подшипники имеют существенные преимущества: у них нет промежуточных собственных частот и, следовательно, разницы между отдельными участками проецирования.


Дополнительные характеристики воздушных подшипников:
-Высокая скорость даже при большой массе; призма, 2.6 кг, до 30,000 об/мин
-Устойчивость при больших скоростях без кодирующего диска < 5 ppm
-С низким коэффициентом трения и, в связи с этим, низким температурным ростом
-Долгий срок службы
-Аэродинамические подшипники возможно использовать там, где ранее использовались аэростатистические подшипники
-Низкий расход воздуха такой же, как и в больших подшипниковых систем (max. 100 литров/час давление в 5 Бар)


     С другой стороны шариковые подшипники – это заманчивое соотношение цены и технических характеристик, не говоря уже об их выносливости при работе в неблагоприятной среде, что, несомненно, является их достоинством. Все это является результатом исключительного качества, соотносящего в себе небольшой размер и низкие скорости.
    Благодаря дальнейшей оптимизации подшипников, GMN преуспел в том, что разработал так называемые гибридные воздушные подшипники для серийного производства во всем мире, являясь при этом единственным производителем . Небольшой компрессор создает воздушную подушку для ротора при наборе скорости и замедлении. После достижения определенной скорости, компрессор выключается, и ротор держится на поверхности благодаря динамически произведенной подушке давления.

    При помощи гибридного воздушного подшипника динамическая операция этих роторов теперь становится возможной. Кроме того, гибридный воздушный подшипник объединяет преимущества простого динамического и статического воздушного подшипника в идеальной манере; низкие эксплуатационные расходы и долгая служба.

    Призмы, которые GMN производит на фрезерном станке, разработанном для определенных для производственных требований, достигают ранее неосуществимой угловой точности.

Достоинства призмы:
-угол между гранями <= 0.3 угл.сек.
-угол между вершинами <= 0.5 угл.сек.
-наклон призмы <= 0.3 угл.сек.
-гладкость <= Lambda/10
-частота обработки <= Ra 2.0 nm








    Эти достоинства достигаются благодаря призме и воздушным подшипникам, изготовленным из одной детали, т.е. призма выровнена точно по оси вращения.














                                    Оборудование

Двигатель	Подшипники	Оптика
Электродвигатель постоянного тока	Высокопрецизионные шариковые подшипники	Подобные грузы
Электродвигатель Переменного тока	Статистические воздушные подшипники	Пятиугольная призма (одноугольник)
	Аэродинамические подшипники	Призма

                    Области применения различных типов подшипников

Масса оптического прибора	Скорость [об/мин]	Шариковые подшипники 1	Статические воздушные подшипники	Аэродинамические подшипники 2
Максимальный вес (4 kg)	1,800	+	+	-
V	V	+	+	-
V	20,000	+	+	-
V	V	-	+	+
V	V	-	+	+
V	V	-	+	+
V	V	-	+	+
Минимальный вес (25 g)	160,000	-	+	+

  1.Типичная лазерная частота для шариковых подшипников 20,000 об/мин что неприемлемо для фото экспонирования.
  2.Аэродинамические подшипники лучше всего подходят для оптических приборов с небольшой массой и большей частотой вращения,     чем другие типы подшипников.


         Скорости и области применения

Масса оптического прибора	Скорость [об/мин]	Тип подшипников	Область применения
3 kg	1,800	Шариковые подшипники	Барабанные сканеры
200 g	5,000	Шариковые подшипники	Системы фотоэкспонирования
4 kg	18,000	Статические воздушные подшипники	Измерительная техника
2.5 kg	30,000	Статические воздушные подшипники	Лазерная печать
2 kg	30,000	Статические воздушные подшипники	Измерительная техника
100 g	33,000	Гибридные аэроподшипники1	Системы фотоэкспонирования
50 g	60,000	Гибридные а эроподшипники	Архивация
20 g	> 120,000	Гибридные аэроподшипники2	Перепись фильмов
25 g	> 160,000	Аэродинамические подшипники3	Сверхрасширенная графическая матрица

1.Ротор, выровненный вертикально.
2.Ротор, выровненный горизонтально. Двигатель сканера работает на 3 скоростях вращения, которые переключаются сигналами циклов (1 / 1.5 / 2 кГц).
3. Двигатель сканера скоро будет доступен в переключаемой версии.


Области применения технических устройств для сканеров GMN с шариковыми или воздушными подшипниками, с призмой или пятиугольной призмой:

-Цифровое фотоэкспонирование
-Проекторы, тренажеры для вождения, планетарии
-Измерительные технологии, FPD (плоскопанельный дисплей)
-AOI (автоматизированный оптический осмотр)
-Производство печатных плат
-Копировальные устройства для фильмов (фильмы в кинотеатрах)
-Обработка тонких металлических пленок и поверхностей
-Высокоскоростные лазерные принтеры
-Допечатная подготовка
-Архивирование
-Колеблющиеся измерительные системы
-Высокоскоростная лазерная маркировка
-Медицинский графопостроитель с инфракрасной пленкой
-Медицинские технологии (очистка крови)
-Лазерная прошивка (форсунки электродвигателей)


Краткое изложение преимуществ технических устройств для сканеров GMN:

-Развивает скорость до 160,000 об/мин Это возможно только благодаря запатентованной системе GMN выдерживающей наивысшие нагрузки.
-GMN снабжает воздушные подшипники прецизионными призмами их собственного производства. Многоугольники и воздушные подшипники произведены от одной части; прекрасное положение призмы к вращающейся оси.
-Погрешность углов между гранями призмы <= 0.3 arcsec.
-Чтобы достигнуть оптимума в конечном результате, ошибка призмы принята во внимание при балансировании. Призмы весом до 2.5 кг и диаметром 180 мл достигают скорость до 35,000 об/мин





Сканеры с зеркальной призмой

    Цифровое изображение проецируется на экран при помощи быстро вращающейся зеркальной призмы, которая поддерживается прецизионными, аэродинамическими воздушными подшипниками. Эта технология используется в симуляторах автомобилей и самолетов, а так же в планетариях.

Технические характеристики:
Частота вращения 2 кГц, 2.6 кГц
Горизонтальная частота 48.4 кГц
Стабильность скорости вращения10 об/мин
Вес призмы 20 г (до 50 г )



Сканер барабанного типа

    Прозрачный цилиндр, диаметром 150 мм и длиной 550 мм ,барабанного сканера вращает мотор-шпиндель GMN высокопрецизионными, нагруженными подшипниками GMN. Несмотря на отсутствие усилий, изображения могут быть отсканированы с очень высоким разрешением.

Технические характеристики:
Частота вращения 30 кГц,
Стабильность скорости вращения 10 об/мин
Разрешение 11,000 точек на дюйм



Сканер с одним зеркалом

    Вращающаяся призма заставляет лазерный луч двигаться поперек кинопленки. Мотор-шпиндель на аэродинамических подшипниках и воздушных подшипниках, используемый в этом случае, обладает высокой плавностью вращения и стабильностью частоты вращения. Такая технология используется при производстве копий для кинотеатров с цифровых оригиналов.

Технические характеристики:
Частота вращения 1 кГц
Стабильность скорости вращения 5 об/мин
Вес призмы 17 г (максимально допустимый вес 50 г)
Стабильность фазы 25 об/мин



Другие области применения сканеров GMN включают в себя экспонировании е печатных форм в полиграфии, сканирование фотографий, сканирование поверхности уровня при проведении различных измерений. GMN так же предлагает медленно вращающийся мотор сканера на воздушных или обычных шариковых подшипниках с частотой вращения до 50 Гц, которые могут нести призмы весом 4000 г.