DE2156916C3 - Zweikoordinaten-Positioniereinrichtung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Zweikoordinaten-Positioniereinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Anwendungsgebiet der Erfindung ist beispielsweise auf Mikrofilmprojektion, bei der ein besonders kleiner Ausschnitt einer transparenten Vorlage bzw. eines Mikrofilms genau auf ein optisches System ausgerichtet werden muß, um das Bild auf einen Schirm projizieren zu können. Wichtig ist dabei neben hoher Genauigkeit ein hoher Wiederholbarkeitsgrad der Positionierung sowie eine relaitv große Schnslligkeit des Positionierungsvorgangs.

Bekannte Zweikoordinaten-Positioniereinrichtungen der eingangs genannten Art sind häufig als leitspindelbetätigte Zweikoordinaten'.ische ausgeführt. Ein derartiger Zweikoordinatentisch ist beispielsweise aus der US-PS 35 28 735 bekannt. Bei diesem Tisch ist der Zwischenschlitten durch einen längs der einen Ordinate verschiebbaren Bügel und der Hauptschlitten durch den eigentlichen, auf an dem Bügel angeordneten Führungen längs der anderen Ordinate verschiebbaren Tisch gebildet. Den beiden Schlitten der bekannten Einrichtung sind getrennte Verschiebeantriebsmotoren zugeordnet, die jeweils eine mit dem betreffenden Schlitten zusammenwirkende Leitspindel antreiben.

Derartige Zweikoordinatentische sind vorteilhaft, wenn sehr kleine Verschiebebewegungen mit sehr großer Genauigkeit auszuführen sind. Dies erfordert aber den Einsatz teuerer Schrittmotoren als Antriebsmotoren, um den Tisch in bestimmten Schritten genau verstellen zu können. Außerdem müssen die Fertigungsloleranzen äußerst genau eingehalten werden und die Verschiebesteuerung muß sehr genau arbeiten, um das aul dem Tisch gehalterte Objekt wiederholbar genau positionieren zu können.

Die Frage der Zweckmäßigkeit derartiger bekannter Positioniereinrichtungen stellt sich jedoch, wenn ein schneller Zugriff gefordert wird und den Herstellungskosten ausschlaggebende Bedeutung zukommt, denn die bei leitspindelbetätigten Zweikoordinatentischen zu stellenden Anforderungen an Präzision bzw. äußerst geringe Fertigungstoleranzen schlagen sich in sehr hohen Herstellungskosten nieder, so daß derartige Zweikoordinatentische für die Großserienfertigung nicht in Betracht kommen dürften.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Positioniereinrichtung der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß man einen wesentlich einfacheren, in der Fertigung kostengünstigeren Aufbau erreicht, d. h. der konstruktive Aufwand, die Ansprüche an Fertigungstoleranzen und der Aufwand an komplizierten, teuren Präzisionsteilen im Antriebsinechanismus soll reduziert werden, ohne Einbußen hinsichtlich der Positioniergenauigkeit, insbesondere hinsichtlich der genauen Reproduzierbarkeit der einzelnen möglichen Schlittenpositionen in Kauf nehmen zu müssen.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Zweikoordinaten-Positioniereinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Anordnung gelöst.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche, wobei die grundsätzliche Anordnung nach Anspruch 4 aus einem anderen Anwendungsgebiet bereits an sich bekannt ist (US-PS 31 95 399).

Die erfindungsgemäße Anordnung bringt den Vorteil eines sehr einfachen konstruktiven Aufbaus mit nur einem einzigen, beiden Schlitten gemeinsam zugeordneten Antriebsmotor und einer auf beide Schlitten wirkenden Zugschnur, wobei die Funktion der Erzeu-

gung der Verschiebebewegung und der genauen Schlittenpositionierung voneinander getrennt sind, so daß an die Präzision des Antriebsmechanismus keine wesentlichen Anforderungen zu stellen sind und dieser robust ausgebildet sein kann. Damit mßt sich eine wesentliche Einsparung der Herstellungskosten erreichen.

Ein Ausführungsbeispiel einer Zweikoordinaten-Positioniereinrichtung nach der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben, in welchen

F i g. 1 den mechanischen Aufbau der Positioniereinrichtung, und

Fig.2 ein elektrisches Schaltbild der Positioniereinrichtung zeigt

Gemäß der F1 g. 1 weist die Positioniereinrichtung einen feststehenden Rahmen 210 mit daran angeordneten Führungen 212 auf, auf denen ein Zwischenschlitten 214 in ΛΓ-Richtung verschiebbar geführt ist

Der Zwischenschlitten 214 ist seinersei-S mit quer zu seiner Verschieberichiung verlaufenden Führungen 228 versehen, auf jenen ein Hauptschlitten 230 in V-Richtung verschiebbar geführt ist. Der Hauptschlitten 230 kann mit einer durchsichtigen Halteplatte und einem durchsichtigen Deckel 254 zur Aufnahme eines Mikrofilms 256 versehen sein.

Der Zwischenschlitten 214 und der Hauptschlitten 230 sind jeweils durch einen als Rückstellorgan dienenden Spiralfedermotor 216 bzw. 232 in Richtung ihrer einen Endstellung vorgespannt. Der Spiralfedermotor 216 ist am Rahmen 210 montiert und durch eine von ihm aufspulbare Schnur 218 mit dem Zwischenschlitten 214 verbunden. Beim Abspulen der Schnur 218 bei einer Verschiebung des Zwischenschlittens 214 vom Spiralfedermotor 216 weg speichert die dabei aufgezogene Spiralfeder Energie zum Rückholen des Zwischenschlittens 214 in seine Ausgangsstellung. In entsprechender Weise ist der Spiralfedermotor 232, der am Zwischenschlitten 214 montiert ist, durch eine von ihm aufspulbare Schnur 234 mit dem Hauptschlitten 230 verbunden.

Am Zwischenschlitlen 214 und am Hauptschlitten 230 ist jeweils parallel zu der jeweiligen Schlittenverschieberichtung eine Anzahl von Positionszentrierrasten 220 bzw. 236 in Form einer Zahnstange angeordnet, mit denen eine elektromagnetische Arretiereinrichtung 322 bzw. 338 mit einem Riegel 323 bzw. 339 (Fig. 2) zusammenwirkt, der, durch elektrische Steuersignale gesteuert, zwecks Arretierung des betreffenden Schlitten in der jeweils gewünschten X- bzw. K-Position in Eingriff mit der betreffenden Positionszentrierraste 220 bzw. 236 bringbar ist. Die mit den am Zwischenschlitten 214 angeordneten Positionszentrierrasten 220 zusammenwirkende Arretiereinrichtung 332 ist am Rahmen 210 montiert, während die mit dem am Hauptschlitten 230 angeordneten Positionszentrierrasten 236 zusammenwirkende Arretiercnrichtung 338 auf dem Zwischenschlitten 214 montiert ist.

Die Verschiebeantriebseinrichtung zur Verschiebung der beiden Schlitten entgegen der Rückholkraft der Spiralfedermotoren weist eine Zugschnur 240 auf. die auf der vom Spiralfedermol ,;i 2λ2 abgewandten Seite am Hauptschlitten 230 betesugt ist und von da aus bis zu einer auf dem Zwischenschlitten angeordneten Umlenkrolle 242 in V-Richtung und von der Umlenkrolle aus in -Y-Richtung zu einer Spule 244 verläuft, mittels welcher sie auf- und abspulbar ist. Die Spule 244 befindet sich auf der vom, dem Zwischenschlitten 214 zugeordneten Spiralfedermotor 216 abgewandten Seite des Rahmens 210 und sitzt auf einer Welle 24S, die über eine elektromagnetische Kupplung 346 mit der Abtriebswelle 250 eines am Rahmen gehalterten Elektromotors 352 kuppelbar ist.

Zur Istposition-Feststellung des in X-Richtung verschiebbaren Zwischenschlitten 214 ist an einer zur X-Richtung parallelen Seite des Rahmens 210 eine Reihe von elektrischen Kontaktfedern 324 angeordnet, die jeweils elektrisch voneinander isoliert und jeweils einer der möglichen X-Positionen des Zwischenschlittens zugeordnet sind. Die Mittenabstände der Kontaktfeder 324 sind gleich der gegenseitigen Abstände der Positionszentrierrasten 220. Mit den Kontaktfeldern 324 wirkt ein am Zwischenschlitten 214 angeordneter Schleifer 326 zusammen.

in entsprechender Weise ist zur Istpositions-Feststel-Iung des in V-Richtung verschiebbaren Hauptschlittens 230 an diesem eine Reihe von elektrischen Kontaktfeldern 358 angeordnet, mit denen ein am Zwischenschlitien 214 angeordneter Schleifer 350 zusammenwirkt

Fig.2 zeigt ein elektrisches Schaltbild der elektrischen und elektromagnetischen Komponenten der Positioniereinrichtung, anhand dessen nachstehend die Verschiebesteuerung für die beiden Schlitten beschrie ben wird.

Für den elektrischen Netzanschluß ist ein zweipoliger Netzschalter 380 /orgesehen, an welchen der kontinuierlich laufende Elektromotor 352 unmittelbar angeschlossen ist. Ein außerdem an den Netzschalter 380 angeschlossenes Netzgerät 382 erzeugt eine niedrigere Gleichspannung zur Speisung der Verschiebesteuerung.

Die beiden elektromagnetischen Arretiereinrichtungen 322 und 333 sind jeweils mit einem ihrer beiden Anschlüsse über eine Leitung 303 bzw. 305 an eine der beiden Ausgangsklemmen, nämlich die Ausgangsklemme 384, des Netzgeräts 382 angeschlossen. Mit ihrem jeweils anderen Anschluß sind die beiden elektromagnetischen Arretiereinrichtungen jeweils über eine Leitung 308 bzw. 309 mit dem der Af-Richtung zugeordneten Schleifer 326 bzw. mit dem der y-Richtung zugeordneten Schleifer 360 und außerdem über eine Leitung 306 bzw. 307 mit einem Anschluß der elektromagnetischen Kupplung 346 verbunden, deren anderer Anschluß über eine Leitung 304 und einen Schalter 394, der mittels einer Rückstelltaste 392 geöffnet werden kann, an die Ausgangsklemme 384 des Netzgeräts 382 angeschlossen ist.

Die der ,V-Richtung zugeordneten Kontaktfeder 324 sind jeweils über eine Leitung 311 mit einer Klemme eines tasten- oder relaisbetätigten Schalters 390 verbunden. In entsprechender Weise sind die der y-Richtung zugeordneten Kontaktfelder 358 jeweils über eine Leitung 310 an eine Klemme eines tasten- oder relaisbetätigten Schalters 388 angeschlossen. Die jeweils andere Klemme der Schalter 390 und 388 ist über eine Leitung 312 bzw. 302 mit der anderen Ausgangsklemme 386 des Netzgeräts 382 verbunden. Jedem der Kontaktfelder 324 bzw. 358 ist ein Schalter 390 bzw. 388 zugeordnet.

Infolge ihres doppelten elektrischen Anschlusses über die beiden elektromagnetischen Arretiereinrichtungen 322 und 338 wird die Kupplung 346 jeweils solange betätigt, solange eine der beiden Arretiereinrichtungen erregt ist, wobei der betreffende Riegel 323 bzw. 339 jeweils zurückgezogen ist.

Die einer jeweils gewählten Sollposition des Hauptschlittens 230, beispielsweise zur Ausrichtung eines

Ausschnittes 257 des Mikrofilms 256 mit Bezug auf ein optisches Projektionssystem, entsprechende

X- K-Adresse wird über die X- und K-Schalter 390 und 388 in die Steuerschaltung einkodiert und steuert die Positionierung des Zwischenschlittens 214 und des Hauptschlittens 230 in der X- bzw. der K-Richtung. Die Schalter 390 und 388 können entweder handbetätigbare Tastschalter oder Relais sein, die durch eine externe Steuereinrichtung, beispielsweise einen Rechner oder dergleichen gesteuert werden können.

Die Ausgangsstellungen der beiden Schlitten sind durch die Spiralfedermotoren 216 und 232 festgelegt, welche den zugeordneten Schlitten jeweils zu sich hinziehen. In dieser Ausgangsstellung sind die Schnüre 218 und 234 aufgespult und die Schleifer 326 und 360 haben jeweils mit dem betreffenden endständigen Koniaktieid 324 bzw. 358 Kontakt.

Zur Bezeichnung der einzelnen X-Positionen und Y-Positionen und der zugeordneten Schalter 390 bzw. 388 können beispielsweise die X-Positionen mit Buchstaben und die K-Positionen mit Zahlen bezeichnet sein, mit denen auch die zugehörigen Schalter 390 bzw. 388 bezeichnet sind.

Soll beispielsweise zur Betrachtung des entsprechenden Bildausschnittes eines Mikrofilms die Position C2 eingenommen werden, wernden — angenommen, die Schalter 390 bzw. 388 sind als handbetätigbare Tastschalter ausgebildet — der Tastschalter C und der Tastschalter 2 betätigt, wodurch diese Schalter geöffnet und alle anderen Schalter automatisch geschlossen werden. Bei geschlossenem Netzschalter 380 liegen alle Schalter 390 und 388 an Spannung, so daß die Kontaktfelder mit Ausnahme der den gewählten Positionen Cund 2 zugeordneten Schalter nachgeschalteten Kontaktfelder ebenfalls an Spannung liegen. Befinden sich die beiden Schlitten in ihrer Ausgangsstellung, haben die Schleifer 326 und 360 mn den, den Positionen A und 1 zugeordneten Kontaktfeldern Kontakt und der Stromkreis ist über die elektromagnetischen Arretiereinrichtungen 322 und 338 sowie über die Kupplung 346 und den geschlossenen Schalter 394 geschlossen, so daß die beiden Arretiereinrichtungen erregt und ihre Riegel 323 und 339 zurückgezogen sind sowie die Spule 244 über die Kupplung 346 mit dem kontinuierlich umlaufenden Antriebsmotor 352 gekuppelt ist. Die Spule 244 wickelt demzufolge die Zugschnur 240 auf, wobei die beiden Schlitten 214 und 230 unter Abspulen der Schnüre 218 und 234 auf den Spiralfedermotoren 216 und 232 in X- bzw. y-Richtung verschoben werden.

Wenn die Spiralfedermotoren 216 und 232 jeweils gleiche Federkonstanten aufweisen, finden die Schlittenverschiebungen in X- und K-Richtung gleichzeitig ^r> statt. Es sei jedoch hier angenommen, daß die Federkonstanten der Spiralfedermotoren 216 und 232 derart verschieden sind, daß zunächst die Verschiebung des Zwischenschlittens 214 in .X-Richtung und anschließend die Verschiebung des Hauptschlittens 230 in

ίο V-Richtung stattfindet.

Die Verschiebung des Zwischenschlittens 214 in /V-Richtung setzt sich fort, bis der Schleifer 326 das Kontaktfeld erreicht hat, das dem der A"-Position B zugeordneten geöffneten Schalter 390 nachgeschaltet

Ii ist. Beim Erreichen dieses Kontaktfeldes wird der Stromkreis über die elektromagnetische Arretiereinrichiung 322 unterbrochen, so daß ihr Riegel 323 in die entsprechende Positionszentrierraste 220 einrasiet und den Zwischenschlitten in seiner erreichten Stellung

2« arretiert.

Die Kupplung 346 liegt jedoch über den Schleifer 360 noch an Spannung, so daß nunmehr die Verschiebung des Hauptschlittens 230 in V-Richtung erfolgt, bis der Schleifer 360 das Kontaktfeld erreicht hat, das dem der

2·) y-Position 2 zugeordneten geöffneten Schalter 388 nachgeschaltet ist. Dadurch wird der Stromkreis über die elektromagnetische Arretiereinrichtung 338 sowie über die Kupplung 346 unterbrochen, so daß der Riegel 339 in die entsprechende Positionszentrierraste 236

κι einrastet und den Hauptschlitten in der erreichten Position arretiert und die Kupplung 346 ausgerückt wird.

Um die beiden Schlitten wieder in ihre Ausgangsstellung zurückzubringen zu können, müssen die Riegel der

r. Arrcticrcinrichtungen wieder zurückgezogen werden, damit die Spiralfedermotoren 216 und 232 die Schlitten in ihre Ausgangsstellung zurückziehen können, wobei die Kupplung 346 ausgerückt bleiben muß. Dies erfolgt durch Betätigung der Rückstelltaste 392, welche den Schalter 394 öffnet und gleichzeitig sämtliche Schalter 390 und 388 schließt, so daß bei stromloser Kupplung 346 die beiden elektromagnetischen Arretiereinrichtungen 322 und 338 erregt werden.

Anstelle zweier getrennter Spiralfedermotoren 216

4Ί und 232 könnte auch ein einziger Federmotor Anwendung finden, der über eine um eine Umlenkrolle geführte Schnur ähnlich der Zugschnur 240 auf die beiden Schlitten wirkt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 Patentansprüche:

1. Zweikoordinaten-Positioniereinrichtung mit einem relativ zu einem feststehenden Rahmen in Richtung einer der beiden Ordinaten verschiebbaren Zwischenschlitten und einem auf diesem Zwischen- «■chlitten relativ zu diesem in Richtung der anderen Ordinate verschiebbaren Hauptschlitten, weiter mit einer Verschiebeantriebseinrichtung für die beiden Schlitten und mit einer die Verschiebeantriebseinrichtung steuernden Verschiebesteuerung mit SoIlpositions-Vorgafae- und Istpositions-Feststelleinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebeantriebseinrichtung einen beiden Schlitten (214, 230) gemeinsam zugeordneten Antriebsmotor (352) und eine mittels des Antriebsmotors und einer damit kuppelbaren (346) Spule (244) auf- und abspulbare, am Hauptschliuen (230) ,befestigte Zugschnur (240) ooer dergl. aufweist, die zwischen der Spule und einem am Zwischenschlitten (214) angeordneten Umlenkorgan (242) im wesentlichen in Richtung der Zwischenschlittenverschiebbarkeit und zwischen dem Umlenkorgan und dem Hauptschlitten (230) im wesentlichen in Richtung der Hauptschlittenverschiebbarkeit verläuft, daß weiter die Verschiebeantriebseinrichtung außerdem den beiden Schlitten zugeordnete Rückstellorgane (216, 232) aufweist, die jeweils eine der Zugrichtung der Zugschnur auf den betreffenden Schlitten entgegengesetzt gerichtete Vorspannkraft auf den betreffenden Schlitten ausüben, und daß zwischen dem Rahmen und dem Zwischenschlitten bzw. zwischen dem Zwischenschlitten und dem Hauptschlitten jeweils eine durch die Verschiebesteuerung (F i g. 3) betätigbare Positionszentrier- und Arretiereinrichtung (220,322,236,338) vorgesehen ist.

2. Positioniereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Rückstellorgane zwischen dem Rahmen (210) und dem Zwischenschlitten (214) bzw. zwischen dem Zwischenschlitten und dem Hauptschlitten (230) angeordnete Federspeicher (216,232) vorgesehen sind.

3. Positioniereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellorgane am Rahmen (210) bzw. am Zwischenschlitten (214) angeordnete Spiralfedermotoren (216, 232) sind, die mit dem jeweils zugeordneten Schlitten (214, 230) jeweils durch eine von dem betreffenden Spiralfedermotor aufspulbare Schnur (218,234) oder dergl. verbunden sind.

4. Positioniereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionszentrier- und Arretiereinrichtungen jeweils eine, an einem der beiden relativ zueinander verschiebbaren Teile (210 und 214 bzw. 214 und 230) angeordnete Reihe von Positionszentrierrasten (220, 236), deren Anzahl der Anzahl der möglichen Schlittenstellungen längs der betreffenden Ordinate entspricht, und einen am jeweils anderen der beiden relativ zueinander verschiebbaren Teile angeordneten, elektromagnetisch in jeweils eine der Zentrierrasten einrastbaren bzw. ausrastbaren Riegel (323, 339) aufweisen,