NL8001215A

NL8001215A - Proportioneel lineair uitgangsstelsel.

Info

Publication number: NL8001215A
Application number: NL8001215A
Authority: NL
Original assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-03-05
Filing date: 1980-02-28
Publication date: 1980-09-09
Also published as: DE3008281A1; US4317383A; FR2451067A1; GB2048421A; FR2451067B1; GB2048421B; JPS55119253A

Description

803086/Ti/M/vL % -1-

Aanvraagster: Hitachi, Ltd., 1-5-1, Marunouchi,

Chiyoda-ku, Tokyo, JAPAN

Korte aanduiding: Proportioneel lineair uitgangsstelsel

De uitvinding heeft betrekking op een verbeterd proportioneel lineair uitgangsstelsel voor de verplaatsingsoverdracht over een verkleinde of vergrote schaal, dat als mechanisme voor verplaatsingsoverdracht werkt voor een positioneringsinrichting.

5 Fig. 1 toont een bekend proportioneel lineair uitgangsstelsel (bekend uit de ter inzage gelegde Japanse octrooiaanvrage 52-9^62).

Indien in dit stelsel aan een punt P een verplaatsing wordt gegeven draait een stijve hef boon. (zonder elastische vervorming) in een draaipunt 0 ter verkrijging van verplaatsing van een eerste stap op een bij-10 behorende schaal. Verder wordt de verplaatsing in een punt Q overgedragen op een hefboom die in een draaipunt S draait, zodat in een punt R een kleinere uitgangsverplaatsing wordt verkregen. Omdat de ingangs- en uit-gangsverplaatsingen echter ten gevolge van een rechtlijnig bewegende tafel een rechtlijnige beweging ondergaan, ondergaan de posities voor de over-15 brenging van de verplaatsingen in de punten P, Q en R tijdens het draaien -van de hefbomen veranderingen. Dientengevolge raakt bij het draaien van de hefboom de lineairiteit in de uitgangsverplaatsing verloren, hetgeen het moeilijk maakt met hoge nauwkeurigheid een relatie tussen ingang en uitgang binnen een groot verplaatsingsgebied te handhaven.

20 Voorts is een proportioneel lineair uitgangsstelsel voorgesteld als afgebeeld in fig. 2 in de Japanse octrooiaanvrage 38-19032. In dit stelsel, dat uitgevoerd is met een hefboom bestaande uit veerkrachtig •materiaal, wordt indien een ingangsverplaatsing aan een punt G wordt gegeven een verplaatsing verkregen, welke ten gevolge van de hefboomwerking 25 en de elastische vervorming verkleind is. Dit stelsel heeft echter een slechte lineairiteit en is niet geschikt voor positionering met hoge nauwkeurigheid hoewel het voor kleine verplaatsingen gebruikt kan worden.

Bij de bekende proportionele lineaire uitgangsstelsels, die eenvoudig gebaseerd zijn op de hefboomwerking, wordt de verplaatsing dus $ 30 afhankelijk van een hefbocmverhouding gereduceerd. Volgens desbekende * stelsels ondergaat de reductiehefboon daarom een gebogen beweging, en ondergaat een krachtaangrijpingspunt tussen een ingangs/uitgangspunt en §001215 -2- ϊΓ » de hefboom de verandering bij het draaien van de hefboom, waardoor de lineaire eigenschappen verslechteren. Dientengevolge is de nauwkeurigheid slechter indien de positionering over een breed gebied wordt uitgevoerd.

Uitgaande van het voorgaande beoogt de uitvinding een proportioneel 5 lineair uitg ang s st és el te verschaffen met een zeer goede lineairiteit waarmee positionering met hoge nauwkeurigheid over een breed verplaat-singsgebied mogelijk gemaakt wordt.

Hiertoe wordt het proportioneel lineair uitgangsstelsel volgens de uitvinding daardoor gekenmerkt dat een kruk van een eerste schaarmecha-10 nisme als slede dient, een gedeelte van een volger als kruk voor een tweede schaarmechanisme dient, en een volger van het tweede schaarmecha-nisme als slede dient, zodat een door het eerste schaarmechanisme geometrisch beschreven driehoek gelijkvormig met een door het tweede schaarmechanisme beschreven driehoek is. In het stelsel volgens de uitvinding 15 krijgt de slede van het eerste schaarmechanisme een ingangsverplaatsing, geeft de slede van het tweede schaarmechanisme een uitgangsverplaatsing en wordt een verkleinende of vergrotende verhouding bepaald door de verhouding van de gelijkvomige figuren van de twee schaarmechanismen. De uitvinding heeft verder als eigenschap, dat dergelijke schaarmechanismen 20 in twee of drie of meer trappen, gebaseerd op hetzelfde idee, uitgevoerd worden.

De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van de tekening:

Figuren 1 en 2 tonen bekende proportionele lineaire uitgangs-stelsels; 25 figuren 3 en U tonen uitvoeringsvormen van de uitvinding; fig. 5 toont schematisch de uitvinding toegepast op een precisie-verplaatsingstafel; en fig. 6 toont in een diagram de met de uitvinding verkregen resultaten.

30 Fig. 3 toont een proportioneel lineair uitgangsstelsel volgens de uitvinding bestaande uit twee schaarmechanismetrappen, waarvan een de gelijkvormige driehoeken OAB en OCD beschrijft en de ander de gelijkvormige driehoeken PQR en PST beschrijft. Indien in dit stelsel aan een slede 3S dat een kruk van een eerste schaarmechanisme is, een ingangs-35 verplaatsing 15 wordt gegeven, roteert een arm 1 via een arm 2 in een draaipunt J. Een arm h van een tweede schaarmechanisme bestaat uit een deel van de arm 1, welke als volger in het eerste schaarmechanisme dient. Dientengevolge draait de arm in het draaipunt 7» waarbij een slede 6 via 800 1 2 15 -3- een arm 5 wordt bewogen ter verkrijging van een uitgangsverplaatsing 16 van een eerste trap. In dit geval wordt de verkleiningsverhouding van de uitgangsverplaatsing 16 bepaald door een verhouding van gelijkvormige figuren van de driehoek OAB ten opzichte van de driehoek OCD. De ingangs-5 verplaatsing 15 wordt aldus verkleind.

De uitgangsverplaatsing 16 van de eerste trap dient als ingangs-verplaatsing voor het mechanisme van een tweede trap. Het als bij de eerste trap wordt de verkleiningsverhouding bepaald door een verhouding van gelijkvormige figuren van een driehoek PQR ten opzichte van een drie-10 hoek PST en wordt een uitgangsverplaatsing 17 door het proportioneel lineair uitgangsstelsel verkregen door een slede 1^. In fig. 3 geeft nummer 8 een aantal gewrichten aan, die de schaarmechanismen vormen, geven de nummers 9 en 10 armen aan van het schaarmechanisme die de driehoek PQR beschrijft, geven de nummers 11 en 12 armen aan van het schaarmechanisme 15 die de driehoek PST beschrijft en geeft nummer 13 een draaipunt voor de armen 9 en 11 aan.

Het proportioneel lineair uitgangsstelsel volgens de uitvinding is lineair over een groot verplaatsingsgebied, geeft uitgangsverplaatsing met zeer hoge nauwkeurigheid, en maakt zeer kleine bewegingen, in de orde 20 van 0,01 ^um, mogelijk.

Ter verkrijging van nog kleinere verplaatsing en positionering met hogere nauwkeurigheid, moeten de schaarmechanismen, als getoond in fig. U, in drie trappen uitgevoerd worden. De positionering met nog hogere nauwkeurigheid kan worden gerealiseerd door vergroting van het aantal schaar-25 mechanismetrappen. In fig. k wordt de ingangsverplaatsing 15 door drie schaarmechanismetrappen overgebracht en in een kleinere uitgangsverplaatsing 17 omgezet. De nummers 18, 19, 20 en 21 geven schaarmiddelen van een derde schaarmechanisme aan, 22 is een slede van het derde schaarmechanisme, en 23 is een draaipunt voor de armen 18 en 20. Andere nummers geven 30 overeenkomstige delen aan als die in fig. 3.

Pig. 5 toont het geval waarbij het proportioneel lineair uitgangsstelsel volgens de uitvinding, dat als stelsel voor verplaatsingsover-dracht werkt, wordttoegepast op een nauwkeurig te verplaatsen plaat.

Dank zij de zeer goede lineairiteit van het proportioneel lineair uit-35 gangsstelsel volgens de uitvinding maakt deze inrichting de te bereiken positionering mogelijk in een z.g. open-lus sturingssysteem in responsie op slechts de ingangsverplaatsing zonder de noodzaak van terugkoppeling, 800 1 2 15 ƒ -fc- dat doorgaans met meting van de positie toegepast -wordt. De ingangsver-plaatsing kan door een pulsmotor en een voedingsschroef gegeven worden.

In fig. 5 geeft nummer 1b een tafel aan, die ten slotte verplaatst zal worden ter bereiking van de positionering. Een schaarmechanisme bestaande 5 uit schaarmiddelen 1, 2, 5, 9» 10, 11, 12 en de slede 3 en 6 werken als proportioneel lineair uitgangsstelsel. Het nummer 2b geeft een voedings-schroef aan nummer 25 geeft een pulsmotor aan.

Hierna zal de werking van de inrichting toegelicht, worden. Indien een bepaald aantal pulsen naar de pulsmotor 25 gevoerd worden, zal de 10 voedingsschroef 2b draaien en wordt de ingangsverplaatsing 15 aan de slede 3 van het proportioneel lineair uitgangsstelsel gegeven. De ingangs-verplaatsing wordt aan het proportioneel lineair uitgangsstelsel gegeven, onder verkleining van de verplaatsing overgedragen en in een uitgangs-verplaatsing 17 voor een tafel 1V cmgezet.

15 Bij de hierboven geschetste uitvoering volgens de uitvinding kunnen zeer kleine verplaatsingen, in de orde van 0,01 yum, gerealiseerd worden of kan met andere woorden de positionering met zeer hoge nauwkeurigheid, kleiner dan 1 yum, verkregen worden door het eenvoudig naar de pulsmotor voeren van bepaalde pulsen. Omdat de inrichting gebaseerd is op het open-20 lus besturingssysteem met een pulsmotor kan de positioneringsbewerking verder met hogere snelheden uitgevoerd worden.

Fig. 6 toont een karakteristieke kromme van de positioneringsnauw-keurigheid van de inrichting volgens de uitvinding. De positionerings-nauwkeurigheid wordt door gebruik van een laserinterferentielengtemeter 25 gemeten en de posities worden gemeten door de inrichting in punten met intervallen van elk 100 ^um door toevoer van pulsen, in aantal overeenkomend met de uitgang sverplaatsing, naar de pulsmotor. Uit fig. 6 blijkt, dat de positioneringsfout over een gebied van wel + 0,5 mm niet de waarde _+ 0,l· ^um overschrijdt, hetgeen het in tegenstelling tot voorheen moge-30 lijk maakt de positionering met hoge nauwkeurigheid te bereiken. In dit geval bedraagt de verkleiningsverhouding 1 / /"50 voor elke trap of 1/50 voor complete trappen (twee trappen). Verder bedraagt in het stelsel volgens de uitvinding een minimum stap 0,05 yum per puls (hetgeen een oplossend vermogen van de inrichting is indien een puls naar de pulsmotor ge-35 voerd wordt).

De uitvinding wordt niet beperkt tot de schaarmechanismen die in de voornoemde uitvoeringsvormen getoond zijn maar kan op ieder wille- 800 1 2 15

V

v -5- keurig mechanisme toegepast worden met dien verstande, dat zij in hoofdzaak zo uitgevoerd zijn, dat een ander schaarmechanisme bestaande uit een arm en een slede wordt gekoppeld met een deel van een arm van een schaarmechanisme bestaande uit een arm en een slede, zodat de afzonder-5 lijke schaarmechanismen figuren met een geometrisch gelijkvormige vorm beschrijven, waardoor een naar een slede gevoerde ingangsverplaatsing wordt omgezet in een kleinere uitgangsverplaatsing volgens de verhouding van de gelijkvormige figuren van het schaarmechanisme, en het op de andere slede wordt overgebracht. Bovendien kan de uitvinding, hoewel de 10 voornoemde uitvoeringsvorm gebruik maakte van een mechanisme met meer trappen, toegepast worden op een mechanisme bestaande uit een enkele trap als grondvorm. De uitvinding wordt verder niet beperkt door de bij de uitvoeringsvormen gegeven numerieke waarden of verplaatsingsgebieden, die bij wijze van voorbeeld gebruikt zijn, maar kan ook toegepast worden 15 voor uitvoeringen met willekeurig gewenste waarden.

Zoals gezegd heeft het proportioneel lineair uitgangsstelsel volgens de uitvinding een lineairiteit met een hoge nauwkeurigheid over een groot verplaatsingsgebied en kunnen daarmee zeer kleine verplaatsingen verkregen worden. De inrichting volgens de uitvinding is daarom niet 20 alleen bijzonder van toepassing voor stap/herhaalkamera’s en projectie-verkleiningsinrichtingen maar eveneens voor nauwkeurige- en precisie-meetinstrumenten.

Bij de voornoemde uitvoeringsvorm werd de ingangsverplaatsing omgezet in een kleinere uitgangsverplaatsing. Indien de inrichting volgens 25 de uitvinding op omgekeerde wijze wordt gebruikt kan echter een zeer kleine ingangsverplaatsing omgezet worden in een grote uitgangsverplaatsing.

X

*- 4 800 1 2 15

Claims

1. Proportioneel lineair uitgangsstelsel gekenmerkt door verbindingsmiddelen met ten minste een paar schaarmechanismen, waarvan de eerste bestaat uit een arm en slede, en waarvan de tweede gedeeltelijk bestaat uit de arm van van het eerste schaarmechanisme en verder uit een arm en 5 slede, waarbij de eerste en tweede schaarmechanismen gelijkvormige figuren vormen, en met middelen ter verkrijging van een uitgangsverplaatsing in overeenstemming met de verhouding van de geometrische gelijkvormige figuren van de eerste en tweede schaarmechanismen vanaf de slede van het tweede schaarmechanisme in responsie op een ingangsverplaatsing van de 10 slede van het eerste schaarmechanisme.

2. Proportioneel lineair uitgangsstelsel volgens conclusie 1, gekenmerkt door middelen ter verkrijging van een kleinere uitgangsverplaatsing in overeenstemming met de verhouding van de gelijkvormige figuren van de eerste en tweede schaarmechanismen vanaf de slede van het tweede 15 schaarmechanisme in responsie op een ingangsverplaatsing van de slede van het eerste schaarmechanisme.

3. Proportioneel lineair uitgangsstelsel volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de eerste en tweede schaarmechanismen gelijkvormige driehoekige figuren vormen.

20 Proportioneel lineair uitgangsstelsel volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de resp. eerste en tweede schaarmechanismen een slede-krukmechanisme omvatten.

5. Proportioneel lineair uitgangsstelsel volgens conclusie 1 of 2 gekenmerkt door middelen ter verkrijging van een grotere uitgangsver- 25 plaatsing in overeenstemming met de verhouding van de gelijkvormige figuren van de eerste en tweede schaarmechanismen vanaf de slede van het tweede schaarmechanisme in responsie op een ingangsverplaatsing van de slede van het eerste schaarmechanisme.

6. Proportioneel lineair uitgangsstelsel volgens conclusie 3, met 30 het kenmerk, dat de resp. eerste en tweede schaarmechanismen een slede- krukmechanisme omvatten.

7· Proportioneel lineair uitgangsstelsel gekenmerkt door verbindingsmiddelen met tenminste een paar, eerste en tweede, schaarmechanismen, waarbij de kruk van het eerste schaarmechanisme een slede onvat, een 35 deel van de volger van het eerste schaarmechanisme de andere kruk van 80 0 1 2 15 X -τ- het tweede schaarmechanisme vormt, de andere volger van het tweede schaar-mechanisme de andere slede cravat, de eerste en tweede schaarmeehanismen geometrisch gelijkvormige figuren vormen en middelen ter verkrijging van en kleinere uitgangsverplaatsing in overeenstemming met de verhouding 5 van de gelijkvormige figuren van de eerste en tweede schaarmeehanismen vanaf de andere slede van het tweede schaarmechanisme in responsie op een ingangsverplaatsing van de slede van het eerste schaarmechanisme.

8. Proportioneel lineair uitgangsstelsel volgens conclusie 7» met het kenmerk, dat de eerste en tweede schaarmeehanismen gelijkvormige drie-10 hoekige figuren vormen. * ί y 800 1 2 15