DD146525B1 - Zweikoordinatenschrittmotor - Google Patents

Description

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Zweikoordinatcnschrittnotor Anwendungsgebiet der Erfindung,

Die Erfindung betrifft einen Zweikoordinatenschrittmotor, insbesondere für die schnelle und genaue Positionierung räumlicher und flächenhafter Objekte in der Gerätetechnik für die Ortsstrukturerkennung bzw, -veränderung. Derartige Antriebe sind besonders für den Anschluß an digitale Signale erzeugende elektronische Systeme geeignet,

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß Zweikoordinatenbowegungsoinrichtungon existieren, bei denen Kreuztische durch rotatorisch arbeitende Schrittmotor über eine Hutter-Spindel-Paarung mittels längsbeweglicher Kardanwellen, über Seilzüge speziell in xy-Schroibern odor direkt über eine federgekoppolte spielfreie und querverschiebborc Anlenkung angetrieben werden. Als Antrieb werden auch kontinuierlich arbeitende Rotationsmotore mit Kupplungen und Bremseinrichtungen in Verbindung mit inkremontellon Gebern und Regeleinrichtungen verwendet. Auch Linearmotore werden für den Antrieb von Kreuztischen vorwendet. Kreuztische besitzen jedoch eine große Masse für die Dewegungseinrichtung in der zweiten Koordinate, wenn eine hohe Positioniergenauigkeit notwendig ist, und sie haben deshalb ein ungünstiges dynamisches; Vorhalten.

Außerdeu existieren nach dom Reluktan^prinzip aufgebaute Zwoikoordinotonschrittmotore und polarisierte Zweikoordinatenschrittnotore z. D. in SU-PatcntsclTi?t Hr. 40374! mit durch

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die Herstellbarkeit der Zahnstrukturen und Polo begrenzter Auflösung.

In der DD-PS 129 940 ist eine Anordnung beschrieben, box der sich zwischen einen ersten und einem zweiten Teil, zwischen denen sich ein magnetischer Fluß schließt, ein drittes Teil befindet, das so angeordnet ist, daß zwischen ihm und mindestens einem der ersten beiden Teile eine Relativbewegung möglich ist. Für eine Schrittbewegung in mehreren Koordinatenrichtungen sind Leiterbahnen und Zähne für die Bewegung entlang der einzelnen Koordinaten so angeordnet, daß sich immer eine ausreichende Leiterlenge jeder ineinander kreuzungsfrei verschachtelten Leiterbahn im zugehörigen Magnetfeld befindet.

Die in den Figuren 3a bis 3d dargestellten Prinzipien zeigen die Anordnung von Zähnen und Leitern zueinander und machon drei wesentliche Nachteile deutlich, die in einer sehr geringen erzeugten Kraft bei kleinen Schrittgrößen infolge der geringen zulässigen Strombelastung dünner Leiterzüge, der nur möglichen relativ großen Schrittweite infolge der technologisch begrenzten Herstellbarkeit kleinster Zahnbreiten und der bei feinen Zahnteilungen und Leiterbahnen infolge geringer Intensitätsunterschiode bedingten geringen Schrittgenauigkeit, insbesondere bei wirkenden Gegenkräften.

In der US-Patentschrift Nr. 3745433 wird eine lineare und eine rotatorische Bewegung einer gelagerten V/alze durch spezielle Spulen- und Magnetanordnungen realisiert.

Ziel der Erfindung

Ziol der Erfindung ist es, einen Zweikoordinatenschrittmotor zu schaffen, mit dem sich quasidrehnotnentcnfreio Kräfte an einer Tischplatte auch für kleinste Gchrittwoiten unter l,um realisieren lassen und bei dom eine Arrotiorung des Tisches durch die Abschaltung des fluidcn Führungsncdiums gewährleistet wird.

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Darlegung des Wesens dor Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zweikoordinatenschrittmotor zu schaffen, der ein günstiges dynamisches Verhalten besitzt und auch kleinste Schrittweiten bis unter l.um sowie die Arretierung des Läufers in jeder Lage ermöglicht.

Zur Vermeidung von nichtzentrisch am Tisch wirkenden Kräften wird eine Spulenanordnung von mindestens einer rechteckigen Spule für je eine Koordinate x, у auf einer ferromagnetischen Grundplatte angepaßter Form befestigt. Mit der Grundplatte ist ein RückschluSdeckel so verbunden, daß über den Spulen ein Luftspalt bleibt. In diesem Luftspalt ist eine nichtmagnetische bewegliche Tischplatte angeordnet, in der mindestens ein, vorzugsweise mehrere Dauermagnetpaare mit Magneten entgegengesetzter Polarität über den festen Spulen für jede Koordinatenrichtung x, у angeordnet sind. Die Rückschlußplatte hat über der Tischplatte Druckluftzuführungen für eine fluide Führung der Tischplatte. Bei vorzugsweise kreuzförmiger Tischplattenform ist die minimale Breite b^ .,. der Kreuzstege des Tisches durch die Druckluftzuführungsflächenbreite b_DF bestimmt nach der Seziehung b_s_ ... ^ 2 b_DF, damit der Tisch nicht aus dem 'wirkungsbereich des Luftpolsters der fluiden Führung kommt. Die Magnetpollänge l_vp wird durch den vorgesehenen Verfahrweg 3 und die Spulenstrangbreite b nach der Beziehung

¹MP ^{a S}v ^{+ b}s

festgelegt. Die Spulenlängo wird zur Vermeidung von Kräften senkrecht zur Antriebsrichtung durch die Spulenkopfquerstränge und den von den Magneten ausgehenden Streuflüssen größer als die Summe von Magnetpolbreite b_f,_o, dem Verfahrweg der zur Kraftwirkungsrichtung der betreffenden Spule senkrechten Koordinate S ., der doppelten Spulenstrangbreite 2 b und der doppelten Hagnethöhe 2 h nach der Beziehung

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¹S min> ^bMP ^{+ S}v ^{+ 2 b}s ^{+ 2 h}M

festgelegt. Die den Magneten zugewandte Seite des Rückschlußdeckels besitzt eine Kunststoffbeschichtung, vorzugsweise PTFE, zur Verringerung der Anziehungskräfte und des Verschleißes bei Abschaltung der Druckluft. Die Abschaltung der Druckluft ermöglicht gleichzeitig die magnetische Klemmung der Tischplatte als Arretierung gegen von außen auf die Tischplatte wirkende Kräfte während der Stillstandsphasen. Der Rückschlußdeckel besitzt außer seinen vier Cefestigungsstegen an den Seiten noch zwei Flußführungsstrecken für die nahe der iiitte des Tisches liegenden Magnete, damit durch die entgegengesetzte Polung der Magnete in gleichen Flußpfaden keine entgegengesetzt gerichteten magnetischen Flüsse auftreten. Die Rasterplatten für die optoelektronische Signalgewinnung sind symmetrisch zu diesen zusätzlichen Flußführungsstrecken angeordnet. In der iiitte des Rückflußdeckels, des Tisches und der Grundplatte befinden sich strahlungsdurchlässige öffnungen, wobei in der Tischnitta die Objektträgerplatte, z. B. aus Glas, angeordnet ist.

Mit Hilfe der Rasterplatton, die durch Lichtquellen beleuchtet und mit optoelektronischen Empfängern abgetastet werden, werden bei Bewegung inkre-aentale Ortssignale für einen angeschlossenen Lageregler erzeugt, der die Ortssignale mit den zugeführten Steuersignalen vergleicht und entsprechend den notwendigen Bewegungen zur Erreichung der Sollposition die entsprechenden Spulen an vorhandene Gleichspannungsquellen entsprechender Polarität äquivalent der auftretenden Regelabweichung mit verschieden langer Impulszeit anschließt. Die Lageinformation kann aber auch über ein an sich bekanntes Laserwegmeßsystem oder andere inkromentelle Geber gewonnen werden, wobei dann auf der Tischplatte nur die Laserinterferometerspiegel oder andere inkrementell Geberplatten angeordnet werden und die Meßwertverarbeitung außerhalb des Tisches erfolgt und keine Massebelastung ergibt.

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Au s f ü'n run gsbeispiel

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der beiliegenden Zeichnung wird gezeigt :

Fig. 1 Zneikoordinatenschrittmotor im Schnitt AA mit vier Permanentmagneten in jeder Koordinatenrichtung x, у in einer fluid geführten Tischplatte übor festen Spulen

Fig. 2 Schnitt B3 zu Fig. 1

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen einen Zvvoikoordinatenschrittmotor, bei dem zur Erzeugung von drehmomentenfreion Antriebskräftan an der kreuzförmigen Tischplatte 3 eine Spulenonordnung von je zv/ei Rechte.ckspulen 5 für jede Koordinatenrichtung x, у auf einer ferromagnetischen Grundplatte 1 angepaßter achteckiger Form,befestigt ist. Mit der Grundplatte 1 ist ein Rückschlußdeckel 7 verbunden, der über den Spulen 5 einen Luftspalt frei läßt, in dem eine kreuzförmige Tischplatte 3 angeordnet ist, die in jedem Kreuzsteg über den Rechteckspulen 5 ein entgegengesetzt polarisiertes Paar von Dauermagnoten 6 besitzt und in deren Tischmitte sich die Objektträgerplatte 9 befindet. Der Rückochlußdeckel 7 besitzt außer seinen vier Defestigungsstegen zur Grundplatte 1 noch zwei besondere Flußführungsstrecken ID für dio nahe der Tischmitte liegenden Dauermagnete 6, Die Unterseite des Rückschlußdockeis ist mit einer Kunststoffschicht 4, z. D. PTFc, beschichtet, und an der Oberseite sind Druckluftzuführungen 3 vorhanden, die die Druckluft zu den Verteilungskanälen 15 im Rückschlußdeckel 7 leiten. Zwischen den Spulen 5 auf der ferromagnotischen Grundplatte 1 befinden sich nichtmagnetisiorbare Ausfüllteile 2, In zwoi ecken dor Tischplatte 3 sind die Rasterplatten 11, 12 befestigt, die von den Lichtquellen 13 beleuchtet und mit den Fotoompfängern 14 n'onotootot werden.

Claims (1)

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   Erfindunnsonspruch

   1. Zweikoordinatonschrittnotor, bei dem Dauermagnete in einen beweglichen Teil angeordnet sind, das fluid in einer Ebene geführt ist, das seinerseits über feston Spulen angeordnet ist und an dem Rasterplatten, Interferometerspiegel oder andere inkrementell Geberplatten zur inkrementellen Signalgewinnung und Lageregelung befestigt sind, dadurch nokennzeichnot, daß in einer kreuzförmigen Tischplatte (3) der minimalen Stegbroito b~i 2 Ό_ηΓ mindestens zwei entoeoengesetzt polarisierte Dauermagnete (6) in jeder Bewogungskoordinate (x, y) angeordnet sind und rechteckige Spulen (5) mit der minimalen Länge (1 . ) fest mit einor ferro-

   о Ϊ71 Χι)

   magnetischen Grundplatte (1) verbunden sind und daß ein über der gesamten ilagnetpolflache, Teilen der Tischplattenfläche und dem vorgesehenen Fahrweg (S ) ragender, zwei besondere Flußleitstöcke (10) und in der (litte eine Aussparung besitzender ^ückschlußdcckel (7) vorhanden ist, an dessen Unterseite eine Kunststoffschicht (4), beispielsweise PTFE, und an dessen Oberseite die Zuführungen für die Druckluft (3) sowie im Rückschlußdeckel (7) um die Zuführungen der Druckluft (8) Verteilungskanäle (16) für die Druckluft vorhanden sind.

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