CS239019B1 - Mikrometrický posuv s krokovým motorem - Google Patents

Abstract

Podstatou vynálezu je, že na hřídeli je upevněn rotor krokového motoru, jehož stator je spojený s nosnou konstrukcí stavitelně ve směru kolmém vůči ose hřídele. Hřídel je opatřena snímačem okamžité polohy hridele. Uspořádání je určeno zejména pro manipulační stolek elektronového litografu.

Description

(54)

Mikrometrický posuv s krokovým motorem

Podstatou vynálezu je, že na hřídeli je upevněn rotor krokového motoru, jehož stator je spojený s nosnou konstrukcí stavitelně ve směru kolmém vůči ose hřídele. Hřídel je opatřena snímačem okamžité polohy hridele. Uspořádání je určeno zejména pro manipulační stolek elektronového litografu.

259 019

239 019

Vynález se týká konstrukčního uspořádání mikrometrického posuvu s krokovým motorem.

Současný stav řešení nejpřesnějších mikrometrických posuvů využívá metody vodícího šroubu, precizně uloženého v konstrukci vlastního mikroposuvu. Šroub nese matku mechanicky vázanou s posouvaným objektem, stolkem, nástrojem a pod. šroub, nebo někdy matka, je otáčen bu3 ručně, nebo prostřednictvím elektromotoru řízeného elektronikou. Šroub bývá buS velmi přesný, broušený, lepovaný a kalibrovaný s minimální vůlí, nebo nověji vytvořený hladkou hřídelí, po které se po šroubovici odvalují rotační elementy uspořádané v tak zvané frikční matce, šroub musí být tak uložen a musí jím být tak otáčeno, aby se na něj nepřenášela žádná vnější síla, která by jej mohla deformovat a tím porušit přesnost posuvu.

Elektromotory, k tomuto účelu používané, jsou bu3 klasické servomotory s tachosystémy, nebo krokové s elektronickým digitálním řízením. Servomotory jsou rozměrné a v některých případech, jako například při použití v elektronové litografii, ruší funkci přístroje svým silným permanentním magnetickým polem. Krokové motory vnášejí do systému značné vibrace. Proto zde vystupuje další problém, a to je problém vhodné, přesné a přitom pevné a zároveň velmi poddajné spojky, která by přenášela jen rotační pohyb, ale v žádném případě nepřenášela síly ovlivňující přesnost mikroposuvu. V případě elektronové litografie vystupuje navíc problém přenosu rotační síly do vysokého vakua a v případě ovládání stolku v osách XT i obtížný přenos rotačního pohybu do toho posuvu,

239 019 který je v kolmém směru unášen posuvem druhým. V případě užití krokového motoru, který je jinak velice výhodný možností digitálního řízení přímo z počítače, musí být spojka vysoce tuhá torzně, nebol jakákoliv pružnost v tomto směru se projeví jako silné porušení dynamické stability krokového motoru. Motory musí mít vlastní rotory uloženy v samostatných ložiskách, tím se podstatně zvětšuje rozměr motoru a v závislosti i rozměry nosné konstrukce, vakuové nádoby a ostatní s tím spojené problémy a náklady neúměrně vzrostou. Nutno upozornit na další obecnou vlastnost elektrických motorů. I když se motor vyrobí co nejpřesněji, nelze zvyšováním přesnosti dosáhnout naprosto klidného chodu bez vibrací. Příčinou jsou nehomogenity magnetických materiálů, různé magnetické toky, které způsobí, že osa rotačního pole magnetického nesouhlasí s osou mechanickou. Nutné použití spojek ve stávajících konstrukcích ztěžuje regulační charakteristiky servosmyček řídící elektroniky tím, že vnáší do systému další přídavné hmoty, které se uplatňují v rozběhových a brzdicích charakteristikách a v případě krokového motoru zhoršují dokonce dynamické vlastnosti samotného motoru.

Dosavadní nedostatky odstraňuje mikrometrický posuv, sestávající z otočné hřídele s frikční matkou, uložené v nosné konstrukci, jehož podstatou je, že na hřídeli je upevněn rotor krokového motoru, jehož stator je spojený s nosnou konstrukcí stavitelně ve směru kolmém vůči ose hřídele.

del je opatřena snímačem okamžité polohy hřídele.

Hlavní předností tohoto uspořádání je vysoká jednoduchost systému, malé rozměry, malé aktivní hmoty, rychlá regulační odezva, nepatrné vibrace, úplné odstranění spojek, tuhá mechanická vazba pohonného systému na mikrometrický posuv, nepatrné ovlivňování přesnosti mikroposuvu, možnost přímé konstrukce pohonu na příčný pohybující se druhý posuv, možnost vyřešéní statoru pro provoz ye vysokém vakuu a tím také i možnost zabudování motorů do vakuových prostorů a současně odstranění potřebných průchodů do vakua. Podstatné zmenšení rozměrů nevyžaduje zvětšování vakuových nádob, malá hmotnost

239 019 při zachování stejných elektrických a mechanických parametrů jako v případě předchozí rozměrné soustavy neovlivňuje konstrukci ostatních částí mikrometrického posuvu.

Uspořádání mikrometrického posuvu je patrno na přiloženém obrázku· Otočná hřídel £ je uložena v radiálních ložiskách £, 5. a její osová vůle je vymezena axiálními ložisky £ a 6. Radiální ložiska 4 a 5 jsou upevněna v nosné konstrukci 2· Po povrchu otočné hřídele £ se odvaluje frikční matka j2, unášející stůl, například elektronového litografu· Otočná hřídel £ nese reaktivní rotor £ krokového motoru. Jeho stator 8 je upevněn na nosné konstrukci tak, že je možno jemně nastavit jeho polohu ve směrech kolmých vůči ose hřídele £, jak naznačují šipky 10 a tím nastavit minimální vibrace otočné hřídele £ za chodu motoru. Nastavení polohy rotoru £ vůči statoru 8 se provádí například mikrometrickými šrouby, nebo pomocí měřicího přípravku za současného chodu motoru a současného měření vibrací soustavy. Na otočné hřídeli £ je současně upevněn reflexivní optoelektrický snímač 11 okamžité polohy hřídele· Snímač 11 je takto bezvůlově spojen s otočnou hřídelí £ i. pohonným systémem a dodává řídicímu počítači zpětnovazební signál, který počítač informuje o absolutní poloze hřídele i rotoru.

• Toto uspořádání dosahuje extrémně malých rozměrů manipulačního stolku elektronového litografu při zachování vysokých momentových charakteristik (max. 70 mNm) a tím možnosti dosažení i vysokých přesuvných rychlostí (až 80 mm/sec) při submikronové přesnosti polohy stolku při zastavení posuvu.

Claims (2)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU _23goig

   4« Mikrometrický posuv sestávající z otočné hřídele s frikč ní matkou, uložené v nosné konstrukci, vyznačený tím, že na hřídeli (1) je upevněn rotor (7) krokového motoru, jehož stator (8) je spojený s nosnou konstrukcí (9) stavitelně ve směru kolmém vůči ose hřídele (1 )·
2. 2» Mikrometrický posuv podle bodu 1, vyznačený tím, že hřídel (1) je opatřena snímačem (11) okamžité polohy hřídele.