DE19511973A1 - Feldgeführter planarer Präzisionsantrieb - Google Patents
Feldgeführter planarer PräzisionsantriebInfo
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- DE19511973A1 DE19511973A1 DE1995111973 DE19511973A DE19511973A1 DE 19511973 A1 DE19511973 A1 DE 19511973A1 DE 1995111973 DE1995111973 DE 1995111973 DE 19511973 A DE19511973 A DE 19511973A DE 19511973 A1 DE19511973 A1 DE 19511973A1
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- H02K41/0352—Unipolar motors
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Description
Die Erfindung betrifft einen feldgeführten planaren Präzisionsantrieb, wie er insbesondere zur
Positionierung und Bahnbewegung im Submikrometerbereich angewendet wird.
Im Stand der Technik ist es bekannt, daß in der Patentschrift DE 30 37 648 C2 ein Zweikoor
dinatenmotor dargestellt ist, der in jeder Bewegungskoordinate (x, y) mindestens zwei entge
gengesetzt polarisierte Dauermagneten auf einer ferromagnetischen Grundplatte und jeweils
über den entgegengesetzt polarisierten Dauermagneten ein ferromagnetisches Rückschlußteil
enthält und der in dem Luftspalt zwischen Dauermagneten und Rückschlußteil mindestens ei
ne mit einer Tischplatte verbundene Spule mit zwei den entgegengesetzt polarisierten Dauer
magneten zugeordneten, kraftwirksamen Spulenseiten und mit weit über die Magnetpolbreite
ragenden Spulenköpfen besitzt und der in dieser Tischplatte Aussparungen für das Rück
schlußteil und in der Tischmitte einen Objektträger aus strahlungsdurchlässigem Werkstoff
besitzt.
Nach den Ansprüchen 2-6 und 9-11 der Patentschrift DE 30 37 648 C2 ist weiterhin bekannt,
daß Magnetkreis- und Spulenanordnungen realisiert werden können, deren im Tisch bzw.
Läufer der Anordnung bewegte Spulen einzeln oder mehrfach für jede Koordinate (x, y) mit
den kraftwirksamen oder kraftunwirksamen Spulensträngen der rechteckigen Flachspulen zur
Tischmitte gerichtet sind.
Weiterhin ist nach den Ansprüchen 5-7 der Patentschrift DE 30 37 648 C2 bekannt, daß der
Läufer der Anordnung eine rechteck- oder kreisförmige Flachspule tragen kann, auf die mit
Hilfe von im Stator befindlichen Gleichstrommagneten (einfach oder mehrfach für jede Koor
dinate x, y) in beiden Koordinaten (x, y) eine Kraftwirkung erzielt werden kann.
Weiterhin ist nach Anspruch 8 der Patentschrift DE 30 37 648 C2 bekannt, daß die im Läufer
der Anordnung bewegten kraftwirksamen Spulenstränge Krümmungsradien besitzen können,
die jeweils durch den Abstand von der Tischplattenmitte zur Spulenlage bestimmt sind.
Nach Anspruch 10 der Patentschrift DE 30 37 648 C2 ist weiterhin bekannt, daß ein Zwei
koordinatenmotor aus einer kreuzförmigen Tischplatte und einem über die gesamte Magnet
polflache, Teile der Tischplattenflache und dem vorgesehenen Verfahrweg ragenden, zwei
besondere Flußleitstücke und in der Mitte eine Aussparung besitzenden Rückschlußdeckel be
stehen kann, an dessen Unterseite eine Kunststoffschicht, . . . sowie im Rückschlußdeckel für
die Zuführung der Druckluft Verteilungskanäle für die Druckluft vorhanden sind.
Fast allen genannten Anordnungen der Patentschrift DE 30 37 648 C2 ist gemein, daß die
Spulenanordnungen im Läufer bewegt werden, wodurch elektrische Zuleitungen zum Läufer
zu deren Energieversorgung notwendig sind. Durch die Anordnung der Spulen im Läufer
kommt es bei Betrieb zu einer Erwärmung der Tischplatte und der darauf befindlichen Objek
te. Dies ist bei sehr vielen Anwendungen nicht erwünscht.
Für Anordnungen mit Gleichstrommagneten gilt dies in ganz besonderer Weise, da hierbei ei
ne zusätzliche Erwärmung des Stators erfolgt. Desweiteren sind, verglichen mit dem Einsatz
moderner Seltenerdenmagneten, für die Erzielung der gleichen Durchflutung sehr große
(wärmeproduzierende) Gleichstrommagneten erforderlich.
Bei den in DE 30 37 648 C2 beschriebenen Varianten mit im Läufer bewegten Dauermagne
ten (Ansprüche 10, 11) wird der magnetische Fluß über feststehende ferromagnetische Stator
teile ober- und unterhalb der Magnete geleitet. Dadurch entstehen zusätzliche parasitäre ma
gnetische Luftspalte, die nicht zur Krafterzeugung in Richtung der Arbeitskoordinaten (x, y)
beitragen. Desweiteren bestehen aufgrund des sehr geringen (parasitären) Luftspaltes ober
halb des Läufers extrem hohe Normalkräfte zwischen Läufer und Stator, die zum einen von
der Führung aufgenommen werden müssen und zum anderen eine hohe Steifigkeit der Bau
teile erfordern.
Allen beschriebenen Varianten ist damit gemein, daß das bewegte Teil (in einem Rahmen ge
faßte Spulen- oder Magnetanordnungen) orthogonal zur Bewegungsebene schwer zugänglich
ist, d. h. es müssen Läuferteile konstruiert werden, die um die feststehenden Spulenanordnun
gen oder ferromagnetischen Rückschlüssen der Magnetkreise herumreichen. Damit entstehen
i. allg. komplizierte und schwere Läuferkonstruktionen, die nur eine schlechte Dynamik des
Motors gestatten und i. allg. leicht schwingungsfähige Gebilde darstellen.
Allen in DE 30 37 648 C2 beschriebenen Varianten ist gemein, daß das benötigte Magnetvo
lumen pro Koordinate sehr hoch ist und sehr schlecht ausgenutzt wird, d. h. das zur Krafter
zeugung im Eingriff stehende Magnetvolumen der Anordnung ist im Verhältnis zum Gesamt
magnetvolumen sehr gering. Mit zunehmendem Verfahrweg pro Koordinate (x, y) wird die
ses Verhältnis noch ungünstiger. Die hohen Magnetvolumina bedingen hohe Normalkräfte
(senkrecht zur Bewegungsebene x-y), die entweder von der Statorkonstruktion (im Stator
feststehende Magnete) oder von den eingesetzten Führungen (im Läufer bewegte Magnete)
aufgenommen werden müssen.
Die in DE 30 37 648 C2 beschriebenen Motorvarianten sind für Bewegungen in den transla
torischen Koordinaten x, y ausgelegt. Zur Verhinderung der Rotation des Läufers um die zur
Bewegungsebene senkrechte z-Achse werden daher z. B. Kreuzschubführungen oder Parallel
kurbelgetriebe benötigt. Diese verkomplizieren den Aufbau, erhöhen die Läufermasse und
begrenzen durch das ihnen eigene Spiel und die Elastizitäten in den Koppelstellen die erreich
bare Genauigkeit und Dynamik der beschriebenen Antriebsprinzipien.
Der Verzicht auf derartige mechanische Führungselemente kann erst dann erfolgen, wenn je
de der folgenden Bedingungen erfüllt ist:
- 1. Die Anordnung von Spulen und Magneten in Läufer und Stator erfolgt so, daß neben den Kräften in den tanslatorischen Koordinaten (x, y) wenigstens von einigen, besser von al len Motorelementen, bestehend aus der Kombination je einer Flachspule und einem wechsel seitig polarisierten Dauermagnetpaar für jede Lage des Läufers im vorgesehenen Verfahrbe reich auch ein Moment bezüglich des Massenschwerpunktes des Läufers erzeugt werden kann und
- 2. ein geeignetes Meßsystem die Koordinaten x, y und Δϕ zu erfassen gestattet und die Abtasteinheiten (Meßeinheiten) für die translatorischen Koordinaten (x, y) bis zu einem ge wissen Grenzwinkel ϕmax, der sich aus dem generierbaren Antriebsmoment, dem Massenträg heitsmoment des Läufers sowie der Abtastzeit und Steilheit der implementierten Steuerung ergibt, unempfindlich gegenüber der Verdrehung sind.
Die in DE 30 37 648 C2 beschriebenen Motorvarianten sind dadurch nachteilbehaftet, daß ih
re Bauhöhe mit zunehmendem Bewegungsbereich annähernd linear zunimmt, da jeweils nur
ein entgegengesetzt polarisiertes Dauermagnetpaar und eine Flachspule für die Erzeugung ei
nes bestimmten Verfahrweges genutzt wird und die Eisenrückschlüsse mit zunehmendem
Verfahrweg entsprechend dicker und damit auch schwerer ausgelegt werden müssen.
Weiterhin ist bekannt, daß zu Vermessung oder Positionierung entlang einer Geraden oder in
der Ebene inkrementale Meßsysteme eingesetzt werden. Diese können für eine (DE 33 22
738) oder für mehrere Koordinaten gleichzeitig (DD 2 15 645) ausgelegt sein. Desweiteren
zeigen DE 34 27 067 sowie DE 39 09 855 die Möglichkeit einer Absolutkodierung für ein
achsige oder DE 42 12 990 A1 für mehrachsige Maßstäbe. Die genannten inkrementalen
Meßsysteme gestatten nicht eine Verdrehung bis zu einem relativ großen Grenzwinkel von
z. B. ±3°. Gewöhnliche inkrementale Meßsysteme verlieren schon bei Verdrehungen um we
nige Winkelminuten die Information über die Position, da die Signalamplituden zu Null
werden.
Die Erfindung verfolgt das Ziel, einen feldgeführten planaren Präzisionsantrieb der eingangs
genannten Art zu schaffen, der die Mängel des Standes der Technik mindert und beseitigt, ei
nen einfachen Aufbau und eine flache Bauweise besitzt, einen geringen Materialaufwand be
nötigt und deshalb eine sehr hohe Dynamik zur Erzielung von Bewegungen in den Koordi
naten x, y und dem Winkel ϕz bei einer sehr hohen Auflösung im Submikrometer- und Se
kundenbereich ermöglicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen feldgeführten planaren Präzisionsantrieb
zur Erzielung von genauen Bewegungen in den translatorischen Koordinaten x, y und in ei
nem Winkelbereich Δϕ der rotatorischen Koordinate ϕz zu schaffen, der eine hohe Dynamik
aufweist, das eingebaute Magnetvolumen gut ausnutzt, dessen resultierende translatorische
Motorkräfte immer im Schwerpunkt des Läufers angreifen, der ohne mechanische Verdreh
sperre bezüglich der Rotation um die senkrechte z-Achse arbeitet, sich durch eine flache Bau
weise auszeichnet und aus einfachen Einzelelementen zu einer Gesamtkonfiguration zusam
mengefügt wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß
der Planarantrieb aufgebaut wird aus Antriebsgrundelementen bestehend aus zwei entgegen
gesetzt polarisierten Magneten (18), (20) die über ferromagnetische Joche (19) und einen fer
romagnetischen Stator (2) einen kurzen Magnetkreis bilden, wodurch relativ dünne und damit
massearme ferromagnetische Joche (19) verwendet werden können, die im Läufer mitbewegt
werden können,
und daß die Realisierung eines großen Verfahrbereiches mit Hilfe einer Kaskadierung von
Antriebsgrundelementen und vorzugsweise einer elektronischen Kommutierung erreicht
wird.
Für die Bewegung des Läufers (3) in eine Koordinate (x, y) werden jeweils 2n gegenüberlie
gende Paare (mit n = 2, 3, 4 . . . ) von rechteckförmigen Flachspulen so angeordnet, daß deren
nichtkraftwirksamen Spulenköpfe zur Statormitte zeigen und jedes der Antriebsgrundelemen
te auch ein Moment um den Schwerpunkt des Läufers erzeugen kann. Eine gegenphasige Be
stromung jeweils gegenüberliegender Spulen (15), (16) und (13), (14) gestatten die Erzeu
gung eines Antriebsmomentes bezüglich des Massenschwerpunktes des Läufers (3).
Der Läufer der Anordnung ist mittels aerostatischer Führungselemente (6) an vier Aufnahme
punkten (12) auf insgesamt vier Lagerflächen (5) in z-Richtung abgestützt.
Der Läufer trägt weiterhin 2n Dauermagnetkreise (17) (mit n = 2, 3, 4 . . . ) jeweils paarweise
symmetrisch gegenüberliegend angeordnet für jede Koordinate (x, y).
Der Antrieb besitzt neben den flächenförmigen Luftführungen (5), (6), die Bewegungen in ei
ner translatorischen (z) und zwei rotatorischen (ϕx, ϕy) Freiheiten sperren, keine mechani
schen Führungselemente. Er wird in den Koordinaten x, y und ϕz mittels elektromagnetischer
Feldkräfte geführt.
In seinem Zentrum enthält der Läufer (3) einen Meßsystemdurchbruch (11) für die Aufnah
me einer Flächenmaßverkörperung (22), die auf einer Justiereinrichtung (21) aufgebracht ist.
Direkt unterhalb der Maßverkörperung (22) befindet sich im Zentrum des Stators (2) die Ab
tasteinheit (51) deren Abtastrasterplatten (23) im Abtastabstand (32) die Maßverkörperung
(22) abtasten. Jede der Abtastgruppen y₁, x, y₂ (24, 25, 26) besteht aus jeweils vier Abtastfen
stern die untereinander um 1/4 der Rasterperiode ortsphasenverschoben sind. Jedes der Ab
tastfenster wird bestrahlt von einem Sender (28) dessen Strahlung in einem Öffnungswinkel
2u (34) durch je eine Kondensorlinse (30) und durch das Abtastgitter (23) hindurchfällt, an
der Maßverkörperung (22) zum Teil reflektiert, d. h. in Abhängigkeit der Relativlage der Ra
ster in seiner Stärke moduliert wird und im Empfängeröffnungswinkel 2u (33) zum Empfän
ger (27) gelangt. Sender (28) und Empfänger (27) sind im Winkel (35), (36) zur optischen
Achse der Kondensorlinse (30) geneigt und im Abstand r (37) von dieser gegenüberliegend
angeordnet. Der Abstand L (31) zwischen Empfänger/Sender (27, 28) und Maßverkörperung
(22) ergibt sich aus der Brennweite der verwendeten Kondensorlinse (30) und dem Abtastab
stand k (32) zwischen den Rastern.
Eine Trägerplatte (29) nimmt die Sender- (28) und Empfängerbauelemente (27) auf und ist
ihrerseits gemeinsam mit den Abtastrastern (23) sowie den Kondensorlinsen (30) in einem
nicht näher bezeichneten Meßkopfgehäuse gefaßt.
Der Läufer der Anordnung ist frei von elektrischen Zuleitungen.
Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den
beiliegenden Zeichnungen wird gezeigt:
Fig. 1 Feldgeführter Planarantrieb in teilweise aufgebrochener Darstellung
Fig. 2 Explosivbild eines feldgeführten Planarantriebes
Fig. 3 Seitenansicht eines feldgeführten Planarantriebes
Fig. 4 Draufsicht zu Fig. 3
Fig. 5 Prinzipbild eines inkrementalen x-y-Δϕ-Meßsystems mit der Möglichkeit der fein
fühligen Winkelerfassung über eine Doppelanordnung der y-Abtasteinheit (24), (26)
in einem bestimmten Basisabstand B
Fig. 6 optisches Modell einer Abtasteinheit bestehend aus Sender (28), Empfänger (27),
Kondensorlinse (30), Abtastrasterplatte (23) und Maßverkörperung (22)
Fig. 7 Ein Abtastfenster der Abmessungen b × h (54, 55) einer Abtastgruppe mit zugehöri
ger Kreuzrastermaßverkörperung (22) der Gitterkonstante g (52, 53) in unverdrehtem
Zustand
Fig. 8 Ein Abtastfenster der Abmessungen b × h (54, 55) einer Abtastgruppe mit zugehöri
ger Kreuzrastermaßverkörperung (22) der Gitterkonstante g (52) verdreht um einen
Winkel (57)
Fig. 9 Prinzipanordnung von zwei y-Abtastgruppen in einem Basisabstand B und einer x-Abtastgruppe
im Zentrum zwischen den y-Einheiten. Jede der Abtastgruppen besteht
aus vier der dargestellten Abtastfenster (siehe Fig. 5).
Fig. 10 prinzipieller Verlauf eines Meßsignals einer Abtasteinheit nach Fig. 6 bei Verdre
hung der Maßverkörperung (22). Bei einer Verdrehung von ca. =3.7° wird die Am
plitude der Primärsignale zu Null. Die maximal zulässige Verdrehung für das Meßsy
stem ist demzufolge ϕmax<3.7°.
Fig. 11 mögliche Zuordnung und Verschaltung der Antriebsspulen eines feldgeführten
Planarantriebes
Fig. 12 Schnitt durch zwei Antriebsgrundelemente, verdeutlicht die Art der Zuordnung der
Magnetkreise und Flachspulen für eine Kaskadierung
Fig. 13 verdeutlicht die Art der Kommutierung der Antriebsspulen für einen Antrieb nach
Fig. 3 und Fig. 4
Fig. 14 verdeutlicht die Geschlossenheit der permanentmagnetisch erregten Kreise (17) über
die ferromagnetische Statorplatte
Es wird sehr wenig parasitärer Streufluß in der Umgebung erzeugt.
Fig. 15 verdeutlicht den Verlauf der Kraft-Weg-Kennlinie bei einer Kaskadierung von An
triebselementen, insbesondere die Möglichkeit der Verringerung der Welligkeit (73)
der Kennlinie durch eine geeignete Wahl der Verhältnisse Magnetbreite/Teilung und
Spulenstrangbreite/Teilung.
Fig. 16 zeigt beispielhaft Varianten für einen Antrieb mit 100×100mm² Verfahrbereich, wo
bei durch Änderung der Teilungsbreite (71) verschiedene Konfigurationen bezüglich
der Magnetzahl, Spulenzahl, der äußeren Abmessungen und der Normalkraft zwi
schen Läufer und Stator gebildet werden.
Bezugszeichenliste
1 Gesamtanordnung
2 Stator
3 Läufer
4 Luftlager
5 Lagerfläche
6 Luftlagerdüse
7 x-Spule
8 y-Spule
9 Läuferrahmen
10 Meßsystemanordnung
11 Meßsystemdurchbruch
12 Luftlagerbefestigung
13 rechte y- Spulen
14 linke y-Spulen
15 vordere x-Spulen
16 hintere x-Spulen
17 permanentmagnetisch erregter Kreis
18 rechter Magnet
19 Rückschlußjoch
20 linker Magnet
21 Justiereinrichtung
22 Maßverkörperung
23 Abtastrasterplatte
24 y1-System
25 x-System
26 y2-System
27 Empfänger
28 Sender
29 Trägerplatte
30 Kondensorlinse
31 Abstand
32 Abtastabstand
33 Öffnungswinkel des Empfängers
34 Öffnungswinkel des Senders
35 Neigungswinkel des Empfängers
36 Neigungswinkel des Senders
37 Abstand von Empfänger und Sender von der optischen Achse
38 Blendenquerschnitt einer Abtasteinheit
39 Grundkörper
40 Meßsystemaufnahme
41 Rastermuster
42 Einzelfläche
43 Abtastrasterdurchbruch
44 y1-Abtastrastergruppe
45 x-Abtastrastergruppe
46 y2-Abtastrastergruppe
47 Empfängermittenstrahl
48 Sendermittenstrahl
49 Empfängereintrittsebene
50 Sendereintriftsebene
51 Abtasteinheit
52 x-Teilungsabstand
53 y-Teilungsabstand
54 Rasterplattenbreite
55 Rasterplattenlänge
56 Freifläche
57 Verdrehwinkel
58 Mittelpunkt
59 optische Achse der Kondensorlinse
60 Rahmensteg
61 Rahmenaufnahme
62 Magnetbreite
63 Magnetmittellinie
64 Spulenstrangmittellinie
65 doppelte Teilungsbreite
66 linke Spule
67 rechte Spule
68 linker permanentmagnetisch erregter Kreis
69 rechter permanentmagnetisch erregter Kreis
70 Abtastrasterdurchbruchbreite
71 Teilungsbreite
72 Breite der kraftwirksamen Spulenstränge
73 Welligkeit der Kraft-Weg-Kennlinie
74 Maximalkraft
75 dreifache Teilungsbreite
2 Stator
3 Läufer
4 Luftlager
5 Lagerfläche
6 Luftlagerdüse
7 x-Spule
8 y-Spule
9 Läuferrahmen
10 Meßsystemanordnung
11 Meßsystemdurchbruch
12 Luftlagerbefestigung
13 rechte y- Spulen
14 linke y-Spulen
15 vordere x-Spulen
16 hintere x-Spulen
17 permanentmagnetisch erregter Kreis
18 rechter Magnet
19 Rückschlußjoch
20 linker Magnet
21 Justiereinrichtung
22 Maßverkörperung
23 Abtastrasterplatte
24 y1-System
25 x-System
26 y2-System
27 Empfänger
28 Sender
29 Trägerplatte
30 Kondensorlinse
31 Abstand
32 Abtastabstand
33 Öffnungswinkel des Empfängers
34 Öffnungswinkel des Senders
35 Neigungswinkel des Empfängers
36 Neigungswinkel des Senders
37 Abstand von Empfänger und Sender von der optischen Achse
38 Blendenquerschnitt einer Abtasteinheit
39 Grundkörper
40 Meßsystemaufnahme
41 Rastermuster
42 Einzelfläche
43 Abtastrasterdurchbruch
44 y1-Abtastrastergruppe
45 x-Abtastrastergruppe
46 y2-Abtastrastergruppe
47 Empfängermittenstrahl
48 Sendermittenstrahl
49 Empfängereintrittsebene
50 Sendereintriftsebene
51 Abtasteinheit
52 x-Teilungsabstand
53 y-Teilungsabstand
54 Rasterplattenbreite
55 Rasterplattenlänge
56 Freifläche
57 Verdrehwinkel
58 Mittelpunkt
59 optische Achse der Kondensorlinse
60 Rahmensteg
61 Rahmenaufnahme
62 Magnetbreite
63 Magnetmittellinie
64 Spulenstrangmittellinie
65 doppelte Teilungsbreite
66 linke Spule
67 rechte Spule
68 linker permanentmagnetisch erregter Kreis
69 rechter permanentmagnetisch erregter Kreis
70 Abtastrasterdurchbruchbreite
71 Teilungsbreite
72 Breite der kraftwirksamen Spulenstränge
73 Welligkeit der Kraft-Weg-Kennlinie
74 Maximalkraft
75 dreifache Teilungsbreite
Claims (3)
1. Feldgeführter planarer Präzisionsantrieb für x-y-ϕ-Bewegungen dadurch gekennzeich
net, daß eine Gesamtanordnung (1) aus einem Stator (2), einem Läufer (3), einer Meßsyste
manordnung (10) sowie Luftlagern (4) gebildet ist und daß der Stator (2) aus einem nahezu
quadratischen Grundkörper (39) besteht, der in den Wirkungsbereichen der permanentmagne
tisch erregten Kreise (17) aus ferromagnetischem Material ausreichender Dicke besteht und
daß auf dem Grundkörper (39) jeweils in den Eckbereichen vier Lagerflächen (5) die zusam
men mit den jeweils zugeordneten vier Luftlagerdüsen (6) des Läufers (3) vier Luftlager bil
den, angeordnet sind und daß auf dem Grundkörper (39) jeweils paarig gegenüberliegend 2n
x-Spulen (7) (mit n = 2, 3, 4 . . . ) und jeweils paarig gegenüberliegend 2n y-Spulen (8) (mit n =
2, 3, 4 . . . ) aufgebracht und befestigt sind und daß damit die x-Spulen (7) jeweils in vordere
x-Spulen (15) und hintere x-Spulen (16) sowie die y-Spulen (8) jeweils in rechte y-Spulen
(13) und linke y-Spulen (14) aufgeteilt sind und daß der Läufer aus einem Läuferrahmen (9)
besteht und im Zentrum des Antriebes eine Meßsystemanordnung (10) vorgesehen ist, wobei
die Meßsystemanordnung (10) im Meßsystemdurchbruch (11) des Läuferrahmens (9) und ei
ner Meßsystemaufnahme (40) im Stator (2) eingebracht ist und daß die Meßsystemanordnung
(10) aus der im Meßsystemdurchbruch (11) aufgenommenen Justiereinrichtung (21) mit an
gelenkter Maßverkörperung (22) und aus der in der Meßsystemaufnahme (40) installierten
Abtasteinheit (51) besteht, und daß der Läuferrahmen (9) an seinen vier Ecken jeweils eine
Luftlagerbefestigung (12) aufweist, die jeweils eine Luftlagerdüse (6) aufnimmt und daß der
Läuferrahmen (9) zwischen den Luftlagerbefestigungen (12) Rahmenstege (60) besitzt, die
ihrerseits jeweils n Rahmenaufnahmen (61) beinhalten (mit n = 2, 3, 4 . . . ) in denen jeweils
ein permanentmagnetisch erregter Kreis (17) aufgenommen ist und daß der permanentmagne
tisch erregte Kreis (17) aus einem rechten Magneten (18), einem Rückschlußjoch (19) und ei
nem linken Magneten (20) gebildet ist und daß die permanentmagnetisch erregten Kreise (17)
oberhalb der x-Spulen (7) und der y-Spulen (8) angeordnet sind und daß der rechte Magnet
(18) und der linke Magnet (20) eine Magnetbreite (62) und eine Magnetmittellinie (63) auf
weisen und daß die kraftwirksamen Spulenstränge der x-Spule (7) und der y-Spule (8) eine
Spulenstrangbreite (72) und eine Spulenstrangmittellinie (64) besitzen und daß die benach
barten Magnete (z. B. 18 und 20) in einem Abstand der doppelten Teilungsbreite (65) der Ma
gnetmittellinien (63) angeordnet sind und daß jede der Spulen (7 und 8) zwischen ihren Spu
lenstrangmittellinien (64) einen Abstand einer doppelten Teilungsbreite (65) aufweist und
daß zwischen der rechten Magnetmittellinie (63) eines permanentmagnetisch erregten Kreises
(68) und der linken Magnetmittellinie (63) eines benachbarten rechten permanentmagnetisch
erregten Kreises (69) ein Abstand einer doppelten Teilungsbreite (65) vorliegt und daß zwi
schen der rechten Spulenstrangmittellinie (64) einer Spule (66) und der linken Spulenstrang
mittellinie (64) einer benachbarten rechten Spule (67) der Abstand einer Teilungsbreite (71)
vorliegt und daß die Magnetbreite (62) und die Spulenstrangbreite (72) so gewählt werden,
daß die Welligkeit (73) der zugehörigen Kraft-Weg-Kennlinie bezogen auf die Maximalkraft
(74) vorzugsweise minimal wird.
2. Feldgeführter planarer Präzisionsantrieb für x-y-ϕ-Bewegungen nach Anspruch 1 dadurch
gekennzeichnet, daß die Maßverkörperung (22) ein Rastermuster (41) mit genauen rechtek
kigen Einzelflächen (42) mit Freiflächen (56) besitzt und daß ein hochgenauer x-Teilungsabstand
(52) und ein gleicher hochgenauer y-Teilungsabstand (53) durch jeweils eine
Einzelfläche (42) und eine Freifläche (56) gebildet ist, wobei die Einzelflächen (42) und die
Freiflächen (56) vorzugsweise gleich groß sind und daß die Abtasteinheit (51) aus Abtastra
sterplatten (23) sowie Sendern (28) und Empfängern (27), die durch eine Trägerplatte (29)
gehaltert sind, besteht und daß die Trägerplatte (29) über ein nicht näher bezeichnetes Gestell
mit den Abtastrasterplatten (23) starr verbunden ist und daß insgesamt drei Abtastrasterplat
ten nämlich eine y1-Abtastrasterplatte (44), eine x-Abtastrasterplatte (45) und in einem Basi
sabstand B zur y1-Platte eine y2-Abtastrasterplatte (46) vorgesehen sind und daß die Abtas
trasterplatten (23) jeweils Abtastrasterdurchbrüche (43) aufweisen, die eine Durchbruchbreite
(70) aufweisen und daß der y1-Abtastrasterplatte (44) ein y1-System (24), das aus vier Emp
fängern (27) und vier Sendern (28) gebildet ist, zugeordnet ist und daß der x-Abtastrasterplatte
(45) ein x-System (25), das aus vier Empfängern (27) und vier Sendern
(28) gebildet ist, zugeordnet ist und daß der y2-Abtastrasterplatte (46) ein y2-System (26) das
aus vier Empfängern (27) und vier Sendern (28) gebildet ist, zugeordnet ist und daß bei der
Abtasteinheit (51) die Maßverkörperung (22), mit einem Rastermuster (41) und Einzelflächen
(42), die Abtastrasterplatten (23) mit einem Abtastabstand (32), die Kondensorlinse (30), so
wie der Empfänger (27) und der Sender (28) mit einem Abstand (31) zur Ebene der Maßver
körperung (22) übereinander angeordnet sind und daß der Empfänger (27) einen Öffnungs
winkel (33) besitzt und daß der Sender (28) einen Öffnungswinkel (34) besitzt, wobei ein
winkelhalbierender Sendermittenstrahl (48) senkrecht aus der Senderaustrittsebene (50) tritt
und auf den Mittelpunkt (58) trifft und aus dem Mittelpunkt (58) heraus nach dem Projekti
onsgesetz ein Empfängermittenstrahl (47) als Winkelhalbierende des Öffnungswinkels (33)
senkrecht auf die Empfängereintrittsebene (47) trifft und daß der Empfänger (27) einen
Neigungswinkel (35), der zwischen Empfängermittenstrahl (47) und der optischen Achse (59)
liegt, besitzt und daß der Sender (28) einen Neigungswinkel (36) besitzt der zwischen dem
Sendermittenstrahl (48) und der optischen Achse (59) liegt wobei der Neigungswinkel (35)
und der Neigungswinkel (36) gleich sind und daß die Abtasteinheit (51) einen Blendenquer
schnitt (38) aufweist.
3. Feldgeführter planarer Präzisionsantrieb für x-y-ϕ-Bewegungen nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß zur Variation des Verfahrweges und der Motorkraft die Anzahl
der Spulen und Magnete pro Bewegungskoordinate angepaßt wird, wobei der Abstand zweier
benachbarter Magnetmittellinien (63) für jede Koordinate immer einer doppelten Teilungs
breite (65) entspricht und der Abstand der Mittelinien (64) zweier unmittelbar benachbarter
kraftwirksamer Spulenstränge zweier Spulen einer Teilungsbreite (71) entspricht oder die
Spulen paarweise nebeneinander angeordnet werden, wobei die Spulen jedes Paares im Ab
stand wie oben beschrieben angeordnet sind und der Abstand zwischen zwei unmittelbar be
nachbarten kraftwirksamen Spulenstränge zweier Paare einer dreifachen Teilungsbreite (75)
entspricht.
Priority Applications (1)
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DE1995111973 DE19511973A1 (de) | 1995-04-02 | 1995-04-02 | Feldgeführter planarer Präzisionsantrieb |
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DE1995111973 DE19511973A1 (de) | 1995-04-02 | 1995-04-02 | Feldgeführter planarer Präzisionsantrieb |
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