DD205053A3 - Zweikoordinatenschrittmotor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen linearen Zweikoordinatenschrittmotor, der vorteilhaft fuer Positionierzwecke in der Geraetetechnik einsetzbar ist, weil mit ihm sehr kleine Schrittweiten sowie eine gute Dynamik erreichbart sind.Das Wesen besteht darin,dass eine Spulenanordnung bestimmter Abmessungen in einer bewegl.Tischplatte befestigt ist, die in Luftspalten von Gleichstrommagnetsystemen gefuehrt ist, so dass bei Stromfluss in den Spulen eine Kraft auf die Tischplatte ausueben und dass die Spulen oder Magnete auf ihrem Bewegungsweg in zwei Koordinaten nicht aus dem Bereich der Wirkung der magnetischen Induktion gelangen. Die die Spulen oder Magnete tragende Tischplatte ist mit einem Zweikoordinatenmesswertgeber mechanisch oder optisch so verbunden, dass der angeschlossene Lageregler die Spulen entsprechend den vorgegebenen Steuerimpulsen und den ermittelten Lagekoordinaten so an Spannungsquellen anschliesst, dass die gewuenschte Sollposition erreicht und gehalten wird.

Description

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Zweikoordinatenschrittmotor Anwendungsgebiet der Erfindung

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.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

CIs ist ^bekannt , daß Zweikoordinatsnbewegunrseinrichtungen existieren, bei denen Kreuztische durch rotatorxsch arbeitende Schrittmotore über eine Muttsr-Spindel-Paarung mittels längsbeweglicher Kardanwellen, über Seilzüge speziell in xy-Schreibern oder direkt über eine federgekoppelte spielfreie und querverschiebbare Anlenkung angetrieben werdon . Als Antrieb werden auch kontinuierlich arbeitende Rotationsmotore mit Kupplungen und 3ronseinrich tungen in Verbindung mit inkrernentelien Gebern und Regeleinrichtungen verwendet. Auch Linearmotore werden für den Antrieb von Kreuztischen verwendet.

Kreuztische besitzen jedoch eine große ϊlasse für die Cewe rungseinrichtung in der zweiten Koordinate, wenn eine hohe Positioniergenauigksit notwendig ist, und зіз haben deshalb эіп ungünstiges dynamisches Varholtcn.

Außerdem existieren nach dem .lelu'< tanzprinzip aufgsbauts Zwei-

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koordinatenschrittmotore mit durch die Herstellbarkeit der Zahnstrukturen begrenzten Auflösung über 10 ,um.

'.Veiterhin existieren polarisierte Zweikoordinatenschrittmotore, bei denen durch die Abmessungen der Spulen zwischen den Polen nur eine grobe Auflösung über 1 mm möglich wird (z. B. SU-Patentschrift Nr. 483741).

In der DD-PS 129 948 ist eine Anordnung beschrieben, bei der sich zwischen einem 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 Leiterlänge jeder ineinander kreuzungsfrei verschachtelten Leiterbahnen im zugehörigen Magnetfeld befindet.

Die in den Figuren 3a bis 3d dargestellten Prinzipien zeigen die Anordnung von Zähnen und Leitern zueinander und machen 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 Intensitätsunterschiede bedingten geringen Schrittgenauiglceit, insbesondere bei wirkenden Gegenkräften .

In der US-Patentschrift Nr. 3745433 wird eine lineare und rotatorische 3ewegung eines Teils durch spezielle Spulenanordnungen realisiert.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, einen Zweikoordinatenschrittmotor zu schaffen, mit den sich mit geringsten Spulenaufwand Kräfte

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an einer Tischplatte auch für kleinste Schrittweiten unter !,um realisieren lassen, der sich durch geringe Masse und große Kräfte und damit gute Dynamik und geringen Herstellungsaufnand auszeichnet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zweikoordinatenschrittraotor zu schaffen, der mit geringstem Spulenaufwand ein günstiges dynamisches Verhalten besitzt und auch kleinste Schrittweiten bis unter l,um ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur besseren Ausnutzung der Spulen zur Krafterzeugung durch Wegfall der Spulenkopfbreiten und der Hälfte der Spulenkopfzahl die Kraftwirkung an der Tischplatte durch nur eine rechteckige Spule in Verbindung mit jeweils zwei in einer Kraftwirkungslinie befindlichen Gleichstrommagneten auf einer nichtferromagnetischen Grundplatte erzeugt wird. Die minimalen äußeren Abmessungen einer Seite der rechteckigen Sjaule sind entsprechend dem Verfahrweg i'n der zur Kraftrichtung senkrechten Koordinate 3vjf , der doppelten Spulenstrangbreite 2 b , dem doppelten Radius der außeren Spulenstrangbegrenzung an den Ecken 2 r ,_ und der Spulenstranglänge entsprechend der Magnetpolbreite b.._p der Gleichstrommagneten durch die Beziehung 1 ··.. = Svj. + 2b +2 r - +

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b_f1p bestimmt. Die rechteckige Spule ist in einer Tischplatte befestigt, die in der Mitte einen Objektträgerteii aus strahlungsdurchllTssigern Werkstoff, z. 3. Glas, und an zwei Ecken Rasterplatten für eine inkrementelle optoelektronische Sign^lgewinnung besitzt und die ralt vier Gleitfüßchen, z. 3. aus PTFE, auf Gleitflächen der Grundplatte geführt wird.

Durch entsprechend der notwendigen Bewegungsrichtung geartete Umschaltung der Stromrichtung sowohl in der Spule als auch in Gleichstrommagneten wird j^ede Koordinate innerhalb des Bewegungsbereiches erreicht.

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hit Hilfe dieser Rasterplatten, die durch Lichtquellen beleuchtet und mit optoelektronischen Empfängern abgetastet werden, werden bei Bewegung inkrementale 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 inkrementelle Geber.gewonnen werden, wobei dann auf der Tischplatte nur die Laserinterferometerspiegel oder andere inkrementelle Geberplatten angeordnet werden und die Heßwertverarbeitung außerhalb des Tisches erfolgt und keine Massebelastung ergibt .

Zur Verringerung des Aufwandes an Gleichstrommagneten für drehmomentenkompensierte Antriebe bei Verwendung nur einer Spule werden drei Gleichstrommagnete auf einer n^chtnagnetisierbaren Grundplatte angepaßter Abmessung unter einem V/inkel von vorzugsweise 120° zueinander angeordnet. Die Spule hat die Form eines nichtgleichseitigen Sechsecks mit einer Mindestlänge der äußeren kraftwirksamen langen Spulenstränge, die durch die Па— gnetpolbreite b.,_p, den vierfachen Verfahrweg 4 S_v und etwa den dritten Teil des vierfachen äußeren Radis an den Ecken =? r__

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nach der Beziehung

¹Sa 2 ^{= b}HP ^{+ 4 S}v ⁺ I ^rSS

bestimmt wird. Die Tischform ist der Spule angepaßt und die drei Gleitfüße werden in Tischverstärkungen an den kurzen Seiten der Spule befestigt. Die Rasterplatten befinden sich in zwei Tischecken innerhalb der Spulenbegrenzung. Durch den Lageregler werden Spule und Gleichstroramagneten entsprechend der Positionieraufgabe mit Spannung versorgt.

Zur Verringerung des Spulenaufwandes und der Hosse des Tisches bei drehmomentenfreien Zvveikoordinatenschrittmotoren wird nur

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eine kreisförmige Spule oder Teile davon in einer kreisförmigen oder kreisabschnittförmigen Tischplatte in Verbindung mit nur jeweils einem Gleichstrommagnet in jeder Koordinate X₁ у auf einer niehtferromagnetischen Grundplatte genutzt. Die Form der Grundplatte ist der Lage der Gleichstrommagnete und der Gleitlagerung der Tischplatte angepaßt. Die Tischplatte trägt innerhalb der Spule an Verstärkungen drei Gleitfüße und Objektträger- und Rasterplatten an speichenartigen Verstrebungen,

Claims (3)

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   Ausfuhrunqsbeispiel

   Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen wird gezeigt :

   Fig. 1 Zvveikoordinatenschrittmotor im Schnitt AA mit einer in einer beweglichen Tischplatte befestigten Spule und zwei Gleichstromraagneten in einer Kraftwirkungsrichtung für jede Koordinate x, у

   Fig. 2 Schnitt B3 zu Fig. 1

   Fig. 3 Zweikoordinatenschrittmotor mit 3 teilweise abgeschnittenen Gleichstroramagneten unter 120° und einer in einer beweglichen Tischplatte befestigten nichtgleichseitigen Sechseckspule

   Fig. 4 Zweikoordinatenschrittmotor mit je einem teilweise abgeschnittenen Gleichstrommagneten für jede Koordinate x, у und einer in einer beweglichen Tischplatte befestigten kreisförmigen Spule

   Fig. 1 und Fig. 2 zeigen einen Zvveikoordinatenschrittmotor, bei dem zur besseren Ausnutzung des Spulenkupfers zur Krafterzeugung nur eine rechteckige Spule 1 in Verbindung mit jeweils zwei Gleichstrommagneten, bestehend aus Spule 2 und Kern 3 für jede Koordinatenrichtung x, у auf einer nichtnagnetisierbaren Grundplatte 4 benutzt wird. Die Tischplatte 5 besitzt rechteckige Grundform und hat an den Ecken Verstärkungen bzw. Erweiterungen für die Defestigung der Gleitfüße 6, die auf den Gleitflächen 7 laufen, und die Anordnung der Rasterplatten 3, 9, die durch die Lichtquellen 10 beleuchtet und die Fotoempfänger 11 zur inkrementalen Lagesxgnalgeivinnung abgetastet werden. In der Tischmitte ist die Objektträgerplatto 12 angeordnet .

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   Fig. 3 zeigt einen Zweikoordinatenschrittmotor, bei den zur Verringerung des Aufwandes an Gleichstrommagncten bei Verwendung nur einer Spule 13 drei Gleichstrommagneten, die aus Spule 2 und Kern 3 bestehen, unter 120° auf einer angepaßt geformten nichtmagnetisierbaren Grundplatte 14 angeordnet werden Die Spule 13 hat die Form eines nichtgleichseitigen Sechsecks und die Tischplatte 15 hat entsprechende Form. An den kurzen Seiten der Tischplatte 15 sind die Gleitfüße б angeordnet, die auf den Gleitflächen 7 laufen. In der Tischmitte ist dio Objektträgerplatte 12 und in zwei Tischecken sind innerhalb der Spule 13 die Rasterplatten 3, 9 zur inkrementalen Signalgevvinnung angeordnet.

   Fig. 4 zeigt einen Zvveikoordinatenschrittraotor, bei dem zur Verringerung des Spulenaufwandes bei der Erzeugung quasidrehmomentenfreier Antriebskräfte nur eine kreisförmige Spule 15 in einer kreisförmigen Tischplatte 17 verwendet wird und die sich in den Luftspalten von mindestens einem Gleichstrommagneten, bestehend aus Spule 2 und Kern 3 für jede Koordinatenrichtung x, y, die auf einer nichtmagnetisierbaren Grundplatte IS befestigt sind, befindet. Die Tischplatte 1 ist äußerst massearm gestaltet und trägt an speichenartigen Verstrebungen in der Tischmitte die Objektträgerplatte 12, die Rasterplattenanordnung 8, 9 und die TischgleitfüSe 6, die auf den Gleitflächen 7 geführt werden.

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   Erfinduncjsan spruch

   1. Zweikoordinatenschrittmotor, bei dem Spulen in einem beweglichen Teil angeordnet sind, das gleit-, wälz-, fluid- oder durch Magnetschwebung in einer Ebene geführt ist, das seinerseits über festen Gleichstrommagneten angeordnet ist und an dem Rasterplatten, Interferometerspiegel oder andere inkrementelle Geberplatten zur inkrementellen Signalgewinnung und Lageregelung befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Koordinatenrichtung (x, y) mindestens ein Gleichstrommagnet, bestehend aus Spule (2) und Kern (3), auf einer nichtmagnetisierbaren Grundplatte (4) angeordnet ist, wobei sich in den Luftspalten der Gleichstrommagneten (2, 3) eine in einer beweglichen Tischplatte (5) befestigte rechteckige Spule (1) der minimalen äußeren Kantenlänge (1 .. .)

   sa ι.

   befindet.
2. 2. Zweikoordinatenschrittmotor nach Punkt 1 dadurch gekennzeichnet , daß drei Gleichstrommagnete, bestehend aus Spule (2) und Kern (3), unter einem Winkel, vorzugsweise von 120° angeordnet sind, in deren Luftspalten sich eine Spule in Form eines nichtgleichseitigen Sechsecks mit der minimalen Länge der äußeren kraftwirksamen Spulenstränge (1 .. _o) befindet.
3. 3. Zweikoordinatenschrittmotor nach Punkt 1 dadurch gekennzeichnet , daß eine kreisförmige Spule (16) in der Tischplattenmitte angeordnet ist.

   Hierzu,. JL_.Seiten Zeichnungen