DD146525B1 - TWO COORDINATE STEP MOTOR - Google Patents
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Description
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Zweikoordinatcnschrittnotor Anwendungsgebiet der Erfindung,Two-coordinate stepping motor Field of application of the invention,
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,The invention relates to a two-coordinate stepping motor, in particular for the rapid and accurate positioning of spatial and planar objects in the device technology for the location structure recognition or change. Such drives are particularly suitable for connection to digital signals generating electronic systems,
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Characteristic of the known technical solutions
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.It is known that two-coordinate Bowegungsoinrichtungon exist in which cross tables are driven by rotationally operating stepper motor via a Hutter spindle pairing by means of longitudinally movable cardan shafts, via cables especially in xy-Schroibern odor directly via a spring-coupled play-free and querverschiebborc articulation. Also used as a drive are continuously operating rotary motors with clutches and brake devices in conjunction with incremental encoders and control devices. Also linear motors are vorwendet for driving cross tables. However, cross tables have a large mass for the dancer in the second coordinate when high positioning accuracy is necessary, and therefore they have an unfavorable dynamic; Hold.
Außerdeu existieren nach dom Reluktan^prinzip aufgebaute Zwoikoordinotonschrittmotore und polarisierte Zweikoordinatenschrittnotore z. D. in SU-PatcntsclTi?t Hr. 40374! mit durchIn addition, according to the dom-reluctance principle, there are two-coordinate orthogonal stepping motors and polarized two-coordinate stepnotors. D. in United States Patent Hr. 40374! with through
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die Herstellbarkeit der Zahnstrukturen und Polo begrenzter Auflösung.the manufacturability of tooth structures and Polo limited resolution.
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.In DD-PS 129 940 an arrangement is described box is located between a first and a second part, between which a magnetic flux closes, a third part, which is arranged so that between it and at least one of the first two Parts a relative movement is possible. For a step movement in a plurality of coordinate directions tracks and teeth for the movement along the individual coordinates are arranged so that there is always a sufficient Leitlenge each intersecting nested interconnect in the associated magnetic field.
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.The principles illustrated in Figures 3a to 3d show the arrangement of teeth and conductors to each other and machon three major drawbacks, which in a very small power generated at small step sizes due to the low allowable current load on thin conductors, the only possible relatively large increment as a result technologically limited manufacturability of smallest tooth widths and the case of fine pitches and traces due to low intensity undercirculation caused low step accuracy, especially when acting counter forces.
In der US-Patentschrift Nr. 3745433 wird eine lineare und eine rotatorische Bewegung einer gelagerten V/alze durch spezielle Spulen- und Magnetanordnungen realisiert. In US Pat. No. 3745433 a linear and a rotational movement of a shaft supported V / Alze is realized by special coil and magnet assemblies.
Ziel aim der the Erfindunginvention
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.Ziol of the invention is to provide a two-coordinate stepping motor, with the quasidrehnotnentcnfreio forces on a table top for smallest Gchrittwoiten below l to realize and at dom Arrotiorung the table by switching off the fluidcn Führungsncdiums is guaranteed.
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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.The invention has for its object to provide a two-coordinate stepper motor, which has a favorable dynamic behavior and also allows the smallest increments to less than l.um and the locking of the rotor in each position.
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 bDF bestimmt nach der Seziehung bs_ ... ^ 2 bDF, damit der Tisch nicht aus dem 'wirkungsbereich des Luftpolsters der fluiden Führung kommt. Die Magnetpollänge lvp wird durch den vorgesehenen Verfahrweg 3 und die Spulenstrangbreite b nach der BeziehungTo avoid noncentric forces acting on the table, a coil assembly of at least one rectangular coil for each coordinate x, у mounted on a ferromagnetic base plate adapted form. A return cover is connected to the base plate so that an air gap remains over the coils. In this air gap, a non-magnetic movable table top is arranged, are arranged in the at least one, preferably a plurality of permanent magnet pairs with magnets of opposite polarity over the fixed coils for each coordinate direction x, у. The return plate has compressed air supply for a fluid guidance of the table top over the table top. In a preferably cross-shaped tabletop shape, the minimum width b ^ .,. the cross bar of the table through the compressed air supply surface width b DF determined after the attraction b s _ ... ^ 2 b DF , so that the table does not come out of 'the effective area of the air cushion of the fluid guide. The magnetic pole length l vp is determined by the provided travel path 3 and the coil strand width b by the relationship
1MP a Sv + bs 1 MP 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 bf,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 Beziehungestablished. The Spulenlängo is greater than the sum of Magnetpolbreite b f , o , the travel of the force acting direction of the relevant coil coordinate S., The double coil strand width 2 b and to avoid forces perpendicular to the drive direction through the coil head cross-strands and outgoing from the magnets leakage flux twice the amount of hail 2 hours after the relationship
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1S min> bMP + Sv + 2 bs + 2 hM 1 S min> b MP + 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.established. The magnet-facing side of the return cover has a plastic coating, preferably PTFE, to reduce the attractive forces and wear when switching off the compressed air. The shutdown of the compressed air also allows the magnetic clamping of the table top as a lock against external forces acting on the table top forces during standstill phases. The return cover has in addition to its four Cefestigungsstegen on the sides of two Flußführungsstrecken for lying near the bottom of the table magnets, so that by the opposite polarity of the magnets in the same flow paths no oppositely directed magnetic fluxes occur. The raster plates for the optoelectronic signal acquisition are arranged symmetrically to these additional Flußführungsstrecken. In the iiitte of Rückflußdeckels, the table and the base plate are radiation-permeable openings, wherein in the Tischnitta the slide plate, z. B. glass, is arranged.
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.With the help of Rasterplatton, which are illuminated by light sources and scanned by optoelectronic receivers Incre-aentale location signals for a connected position controller are generated upon movement of comparing the location signals with the supplied control signals and in accordance with the movements necessary to achieve the desired position, the respective coils of existing DC voltage sources corresponding polarity equivalent of the occurring control deviation with different long pulse time connects. The position information can also be obtained via a per se known Laserwegmeßsystem or other incremental encoder, then only the Laserinterferometerspiegel or other incremental encoder plates are arranged on the table top and the measured value processing takes place outside the table and no mass load results.
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Au s f ü'n run gsbeispiel Out of the box example
Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der beiliegenden Zeichnung wird gezeigt :The invention is explained in more detail below with reference to an embodiment. The enclosed drawing shows:
Fig. 1 Zneikoordinatenschrittmotor im Schnitt AA mit vier Permanentmagneten in jeder Koordinatenrichtung x, у in einer fluid geführten Tischplatte übor festen SpulenFig. 1 Zneikoordinatenschrittmotor in section AA with four permanent magnets in each coordinate direction x, у in a fluid-guided table top over fixed coils
Fig. 2 Schnitt B3 zu Fig. 1Fig. 2 section B3 to Fig. 1st
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.Fig. 1 and Fig. 2 show a Zvvoikoordinatenschrittmotor in which for generating drehmomentenfreion Antriebkräftan at the cross-shaped table top 3 a Spulenonordnung of zv / ei Rechte.ckspulen 5 for each coordinate direction x, у mounted on a ferromagnetic base plate 1 adapted octagonal shape is. With the base plate 1, a return cover 7 is connected, which leaves an air gap over the coils 5, in which a cross-shaped table top 3 is arranged, which has in each cross bar on the rectangular coils 5 an oppositely polarized pair of permanent tenor 6 and in the center of the table itself the slide plate 9 is located. The Rückochlußdeckel 7 has in addition to its four Defestigungsstegen to the base plate 1 nor two special Flußführungsstrecken ID for dio near the middle of the table permanent magnets 6, the underside of the yoke is with a plastic layer 4, z. D. PTFc, coated, and at the top of compressed air supply lines 3 are provided which direct the compressed air to the distribution channels 15 in the return cover 7. In zwoi corners dor table top 3, the grid plates 11, 12 are fixed, which are illuminated by the light sources 13 and n'onotootot with the photo-scavengers 14 between the coils 5 on the ferromagnotic base plate 1 are non-magnetizable.
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1979
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1980
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Publication number | Publication date |
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DD146525A1 (en) | 1981-02-11 |
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