DD240627A1 - ARRANGEMENT FOR FINE POSITIONING OF OBJECTS IN THREE-DIMENSIONAL SPACE - Google Patents

ARRANGEMENT FOR FINE POSITIONING OF OBJECTS IN THREE-DIMENSIONAL SPACE Download PDF

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DD240627A1
DD240627A1 DD28023385A DD28023385A DD240627A1 DD 240627 A1 DD240627 A1 DD 240627A1 DD 28023385 A DD28023385 A DD 28023385A DD 28023385 A DD28023385 A DD 28023385A DD 240627 A1 DD240627 A1 DD 240627A1
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compressed air
air outlet
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DD28023385A
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German (de)
Inventor
Volkmar Walther
Wilhelm Neukirchner
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Robotron Elektronik
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Abstract

Die Einrichtung ist ueberall in der Mikroskopiertechnik oder Feinstbearbeitung von Gegenstaenden, Proben oder dergleichen, insbesondere in der Herstellung feinster Strukturen der Mikroelektronik einsetzbar. Die Erfindung hat eine im mechanischen Aufbau einfache, wartungs- und verschleissarme, in der Funktion zuverlaessige, kostenguenstige Einrichtung mit geringen raeumlichen Abmassen zum Ziel. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Feinstpositionierung von Werkstuecken oder Proben in einem raeumlichen, orthogonalen Koordinatensystem stufenlos und spielfrei zu realisieren. Diese Aufgabe wird geloest, indem eine in einem Aufnahmegehaeuse luftkissengelagerte Traegerplatte durch in Gruppen angeordnete Luftaustrittsoeffnungen so angesteuert werden kann, dass ueberlagerte Verschiebungen der Traegerplatte in der X-, Y- und Z-Achse sowie in einer Winkeldrehung um die Z-Achse ausgefuehrt werden. Fig. 1The device can be used anywhere in microscopy or microfinishing of articles, samples or the like, in particular in the production of fine structures of microelectronics. The invention has a simple in mechanical structure, maintenance and low-wear, reliable in the function, cost-effective device with low spatial dimensions to the goal. The invention has for its object to realize the Feinstpositionierung of workpieces or samples in a spatial, orthogonal coordinate system infinitely and without play. This object is achieved by a carrier plate mounted in a receiving housing air cushion can be controlled by arranged in groups Luftaustrittsoeffnungen so that superimposed displacements of Traegerplatte in the X, Y and Z axis and in an angular rotation about the Z axis are performed. Fig. 1

Description

Eine allseitig feinbearbeitete prismatische Trägerplatte ist zwischen einer Grund- und einer Deckplatte angeordnet. Die der Trägerplatte zugewandten Seiten der Grund- und Deckplatte sind ebenfalls feinbearbeitet.An all-round fine-machined prismatic support plate is arranged between a base and a cover plate. The carrier plate facing sides of the base and cover plate are also finished.

Zwischen Grund- und Deckplatte befinden sich vier Abstandsleisten, welche die Trägerplatte an ihren Stirnseiten umschließen. Die Höhe der Abstandsleisten ist so bemessen, daß zwischen Grund- und Trägerplatte einerseits sowie zwischen Deck- und Trägerplatte andererseits ein Luftspalt entsteht, der dem halben Verstellweg in derZ-Achse entspricht. Auf gleiches Abstandsmaß sind auch die Abstandsleisten zu den Stirnflächen der Trägerplatte, also in X- bzw. in Y-Achse eingestellt. Die Deckplatte besitzt einen zentrischen Ausbruch, wodurch die Trägerplatte von oben zugängig ist und das aufzunehmende Objekt an die Trägerplatte angekoppelt werden kann. Grund- und Deckplatte sind mit Druckluftführungskanälen versehen, welche auf der der Trägerplatte zugewandten Seite in gleicher geometrischer Anordnung und gleicher Anzahl von aus Düse und Beruhigungskammer bestehenden Druckluftaustrittsöffnungen enden. Jede Abstandsleiste besitzt zwei Druckluftführungskanäle, die in je einer Gruppe von Druckluftaustrittsöffnungen, jedoch mindestens einer Druckluftaustrittsöffnung auf der der Stirnseite der Trägerplatte zugewandten Seite enden.Between the base and cover plate are four spacer strips, which enclose the support plate at their end faces. The height of the spacer strips is dimensioned so that between the base and carrier plate on the one hand and between the cover and carrier plate on the other hand, an air gap is formed, which corresponds to half the displacement in the Z-axis. At the same distance, the distance bars are also set to the end faces of the carrier plate, ie in the X or Y axis. The cover plate has a central outbreak, whereby the support plate is accessible from above and the male object can be coupled to the support plate. Base and cover plate are provided with compressed air guide channels which end on the side facing the carrier plate in the same geometric arrangement and the same number of compressed air outlet openings consisting of nozzle and settling chamber. Each spacer strip has two compressed air guide channels which end in a respective group of compressed air outlet openings, but at least one compressed air outlet opening on the side facing the end face of the carrier plate.

Grund- und Deckplatte besitzen je vier zu den vier Außenkanten parallel verlaufende, im Bereich der Außenkanten der Trägerplatte angeordnete nutförmige Abströmkanäle, die an jeweils beiden Enden mit dem Außenraum in Verbindung stehen. Jede Gruppe von Druckluftaustrittsöffnungen in Grundplatte und Deckplatte sowie jede Gruppe in den vier Abstandsleisten ist je einer Druckluftsteuereinheit zugeordnet. Diese wiederum sind verbunden einerseits mit dem Druckluftanschluß an eine Druckluftversorgung und andererseits über je eine Steuerleitung mit einem zentralen Steuerteil.Base and cover plate each have four to the four outer edges parallel, arranged in the region of the outer edges of the support plate groove-shaped outflow, which communicate with the outer space at both ends. Each group of compressed air outlet openings in base plate and cover plate and each group in the four spacer strips is each assigned to a compressed air control unit. These in turn are connected on the one hand with the compressed air connection to a compressed air supply and on the other hand via a respective control line with a central control part.

Werden über das zentrale Steuerteil durch Aktivierung der zugeordneten Druckluftsteuereinheiten die sich jeweils parallel gegenüber befindlichen Gruppen von Druckluftaustrittsöffnungen einer Verstellachse mit dem gleichen Druck angesteuert, so bilden sich allseitig gleiche Luftpolster zwischen der Trägerplatte und den sie umgebenden Teilen aus, und die Trägerplatte nimmt eine stabile zentrische Lage im Hohlraum, der durch Grund-, Deckplatte und die vier Abstandsleisten begrenzt wird, ein. Verändert man die Druckansteuerung dahingehend, daß die sich in einer Verstellachse parallel gegenüber befindlichen Gruppen von Druckluftaustrittsöffnungen ungleiche Drücke aufweisen, dann ergibt sich eine Verschiebung der Trägerplatte in Richtung des geringeren Druckes. Dabei wirken die von den anderen Achsen vorhandenen Luftpolster als Führungselement. Auf gleiche Art wird eine Verschiebung in den anderen beiden Achsen erreicht. Steuert man in allen vier Abstandsleisten die beiden vorhandenen Gruppen von Druckluftaustrittsöffnungen so an, daß jeweils vier sich diagonal gegenüber befindliche Gruppen gleichen Druck aufweisen, während die sich parallel gegenüber befindlichen Gruppen unterschiedliche Drücke besitzen, dann ergibt sich eine Verdrehung der Trägerplatte. Durch die Ansteuerung der jeder Gruppe von Druckluftaustrittsöffnungen zugeordneten Druckluftsteuereinheit über das zentrale Steuerteil ist eine Überlagerung aus Verschiebungen in allen drei Ebenen und Verdrehung in einer Ebene innerhalb des durch den allseitig die Trägerplatte umgebenden Luftspalt vorgegebenen Bereiches möglich, wobei die Trägerplatte in allen Fällen durch die in allen Ebenen vorhandenen Luftpolster stabilisiert wird. Die in Grund- und Deckplatte angebrachten Abströmkanäle ermöglichen einen ungehinderten Abfluß der ausgeströmten Luft und bewirken so eine Entkopplung der Bewegungen in den einzelnen Achsen.Be via the central control part by activating the associated compressed air control units each driven parallel opposite groups of compressed air outlet openings an adjustment axis with the same pressure, so all sides same air cushion between the support plate and the surrounding parts form, and the support plate takes a stable centric Location in the cavity, which is limited by the base, cover plate and the four spacer strips, a. If the pressure control is changed to the effect that the groups of compressed air outlet openings located parallel to one another in an adjustment axis have unequal pressures, the result is a displacement of the carrier plate in the direction of the lower pressure. The existing from the other axes air cushion act as a guide element. In the same way a shift in the other two axes is achieved. If the two existing groups of compressed air outlet openings are controlled in all four spacer strips in such a way that four groups located diagonally opposite each other have the same pressure, while the groups lying parallel to each other have different pressures, the result is a rotation of the carrier plate. By the control of each group of compressed air outlet openings associated compressed air control unit via the central control part is a superposition of shifts in all three levels and rotation in a plane within the area surrounding the carrier plate air gap predetermined range possible, the support plate in all cases by the in All levels of existing air cushion is stabilized. The discharge channels, which are mounted in the base plate and the cover plate, allow unimpeded outflow of the air which has flowed out and thus effect a decoupling of the movements in the individual axes.

Ausführungsbeispielembodiment

In einem Ausführungsbeispiel ist die Erfindung näher dargestellt und erläutert. Es zeigen:In one embodiment, the invention is illustrated and explained in detail. Show it:

Fig. 1: Die Einrichtung in einer perspektivischen Teil-SchnittdarstellungFig. 1: The device in a perspective partial sectional view

Fig.2: Die Einrichtung in einem Schnitt parallel zur X-Y-Ebene mit schematischer Darstellung der pneumatischen Ansteuerung Fig.3: Die Einrichtung in einem Schnitt parallel zur Z-X-EbeneFig.2: The device in a section parallel to the X-Y plane with a schematic representation of the pneumatic control Fig.3: The device in a section parallel to the Z-X plane

Fig. 4: Eine Draufsicht auf die Grundplatte.Fig. 4: A plan view of the base plate.

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung den geometrischen Aufbau eienr Anordnung zur Feinstpositionierung von Objekten für Verschiebungen in den drei senkrecht aufeinander stehenden Achsen X; Ϋ; Z um Beträge im Mikrometerbereich und Verdrehungen in der X-Y-Ebene um den Winkel φ im Winkelminutenbereich.Fig. 1 shows a perspective view of the geometric structure eienr arrangement for Feinstpositionierung objects for displacements in the three mutually perpendicular axes X; Ϋ; Z by amounts in the micrometer range and rotations in the X-Y plane by the angle φ in the angular minute range.

Sie besteht aus der Grundplatte 1, den Abstandsleisten 2; 3; 4 und 5, die auf der Grundplatte befestigt sind, der Deckplatte 6 sowie der im Hohlraum, der von Grundplatte 1, Deckplatte 6 und den vier Abstandsleisten 2,3,4, 5 begrenzt wird, von einem Luftpolster umgebenen, frei bewegbaren Trägerplatte 7. Die Deckplatte 6 besitzt in ihrem Zentrum einen Durchbruch 13, der die Verbindung mit dem zu verschiebenden Objekt gestattet.It consists of the base plate 1, the spacer strips 2; 3; 4 and 5, which are mounted on the base plate, the cover plate 6 and in the cavity, which is bounded by the base plate 1, cover plate 6 and the four spacer strips 2,3,4, 5, surrounded by an air cushion, freely movable support plate. 7 The cover plate 6 has in its center an opening 13, which allows the connection with the object to be moved.

Fig. 2 stellt einen Schnitt durch die Mitte der Einrichtung dar. Die Abstandsleisten 2,3,4, und 5 besitzen je zwei Gruppen von Druckluftaustrittsöffnungen 9, die jeweils im äußeren Drittel der Abstandsleisten 2,3,4,5 auf der derTrägerplatte 7 zugewandten Seite eingebracht sind. Grund- und Deckplatte 1,6 besitzen die gleiche Anzahl von Druckluftaustrittsöffnungen 9, die je zu einer Gruppe zusammengefaßt sind. Die Anordnung ist in Fig. 3 und Fig.4 dargestellt. Die Druckluftaustrittsöffnungen 9 bestehen wie bei statischen Luftlagern aus Düse und Beruhigungskammer.Fig. 2 shows a section through the center of the device. The spacer strips 2,3,4, and 5 each have two groups of compressed air outlet openings 9, each facing in the outer third of the spacer strips 2,3,4,5 on the carrier plate 7 Side are introduced. Base and cover plate 1.6 have the same number of compressed air outlet openings 9, which are each combined to form a group. The arrangement is shown in FIG. 3 and FIG. The compressed air outlet openings 9 are made as in static air bearings from nozzle and calming chamber.

Jede Gruppe von Druckluftaustrittsöffnungen 9 ist über einen Druckluftführungskanal 8 mit einer Druckluftsteuereinheit 10 verbunden. Alle Druckluftsteuereinheiten 10 sind mit dem zentralen Steuerteil 11 und der zentralen Druckluftversorgung verbunden. Grund- und Deckplatte 1,6 besitzen je vier zu den Außenkanten parallel verlaufende, im Bereich der Außenkanten der Trägerplatte 7 angebrachte Abströmkanäle 12. Werden die sich jeweils parallel gegenüber befindlichen Druckluftaustrittsöffnungen 9 durch das zentrale Steuerteil 11 und die zugeordneten Druckluftsteuereinheiten 10 mit gleichem Druck angesteuert, so daß Px1 = Px2 = Px3 = Px4 und Py1 = Py2 = Py3 = P4 sowie Pz1 = P22 ist, so bildet sich allseitig um die Trägerplatte 7 ein Luftkissen aus und die Trägerplatte 7 nimmt eine stabile zentrische Lage im Hohlraum ein. Das Verschieben der Trägerplatte 7 in jeweils eine Richtung wird erreicht, indem die sich parallel gegenüber befindlichen Gruppen von Druckluftaustrittsöffnungen 9 gegensinnig in ihrem Druckwert verändert werden, so z. B. P21 > Pz2 oder Px1 = Px2 > Px3 =Px4 oder Pyi = PY2> Py3 = Py4/ damit stellen sich ungleich dicke Luftpolster ein, welche aber trotzdem eine stabile Lage der Trägerplatte 7 gewährleisten. Eine Verschiebung derTrägerplatte 7 kann gleichzeitig und überlagert in allen drei Achsen erfolgen, wobei durch die in Grund- und Deckplatte 1,6 angebrachten Abströmkanäle 12 eine gute Entkopplung erreicht wird. Die um die Trägerplatte 7Each group of compressed air outlet openings 9 is connected via a compressed air guide channel 8 with a compressed air control unit 10. All compressed air control units 10 are connected to the central control part 11 and the central compressed air supply. Base and cover plate 1.6 each have four parallel to the outer edges, mounted in the region of the outer edges of the support plate 7 outflow channels 12 are each driven parallel compressed air outlet openings 9 by the central control part 11 and the associated compressed air control units 10 with the same pressure , so that P x1 = P x2 = P x3 = P x4 and P y1 = P y2 = P y3 = P 4 and P z1 = P 22 , then forms on all sides to the support plate 7, an air cushion and the support plate 7 decreases a stable centric position in the cavity. The displacement of the support plate 7 in one direction is achieved by the parallel opposite groups of compressed air outlet openings 9 are changed in opposite directions in their pressure value, such. B. P 21 > P z2 or P x1 = P x2 > P x3 = P x4 or Pyi = P Y 2> Py3 = Py4 / thus adjust unevenly thick air cushion, but which nevertheless ensure a stable position of the support plate 7. A displacement of the carrier plate 7 can be carried out simultaneously and superimposed in all three axes, with a good decoupling is achieved by the outflow channels 12 mounted in the base and cover plate 1.6. The around the support plate. 7

vorhandenen Luftpolster bewirken eine geringe Reibung, so daß eine Verstellung mit geringen Druckunterschieden ohne Slip-Stick-Effekt und geringer Hysterese möglich ist.existing air cushion cause low friction, so that an adjustment with low pressure differences without slip-stick effect and low hysteresis is possible.

Soll zusätzlich zur Verschiebung in den drei Achsen die Trägerplatte 7 in der X-Y-Ebene noch um einen Winkel φ verdreht werden, so sind bei gleichbleibenden Drücken in der Z-Richtung, die Gruppen von Druckluftaustrittsöffnungen 9 in den Abstandsleisten 2,3,4, 5 so anzusteuern, daß jeweils vier sich diagonal gegenüber befindliche Gruppen von Druckluftaustrittsöffnungen 9 gleichen Druck aufweisen, während die Drücke sich parallel gegenüber befindlicher Gruppen unterschiedlich sind. Es muß also die Bedingung:If, in addition to the displacement in the three axes, the support plate 7 is still rotated in the XY plane by an angle φ, the groups of compressed air outlet openings 9 in the spacer strips 2, 3, 4, 5 are at constant pressures in the Z direction to control so that each four diagonally opposite groups of compressed air outlet openings 9 have the same pressure, while the pressures are parallel opposite groups are different. So the condition must be:

Pz1 ? Pz2 " koast· Px1 - Px4 Py1 " P*P " E = E2 " p3 P z1? P z2 " coast . P x1- P x4 P y1" P * P " E = E 2" p 3

erfüllt sein.be fulfilled.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht die stufenlose kontinuierliche Verschiebung der Trägerplatte 7 um differentiell kleine Wege und eine Winkeldrehung in der X-Y-Ebene eines räumlichen Koordinatensystems sowie eine Höhenverstellung in derZ-Achse.The device according to the invention allows the stepless continuous displacement of the support plate 7 by differentially small paths and an angular rotation in the X-Y plane of a spatial coordinate system and a height adjustment in the Z-axis.

Infolge des gewählten pneumatischen Antriebes ergeben sich weitere Vorteile, wie geringer Raumbedarf, verschleißarme Lagerung, Einsparung teurer mechanischer Präzisionsantriebe, Vermeidung von Kopplungs- und Gewindespielen. Der Realisierung der Bewegung der Trägerplatte in der Z-Richtung kommt besondere Bedeutung zu, da die Höhenfeinverstellung allgemein mit erhöhtem Aufwand verbunden ist.As a result of the selected pneumatic drive, there are further advantages, such as low space requirements, low-wear storage, saving expensive mechanical precision drives, avoiding coupling and thread play. The realization of the movement of the support plate in the Z direction is of particular importance, since the height adjustment is generally associated with increased effort.

Claims (3)

1. Anordnung zur Feinstpositionierung von Objekten im dreidimensionalen Raum, bestehend aus einem Aufnahmegehäuse, welches aus einer Grundplatte, einer Deckplatte und vier Abstandsleisten gebildet wird, die einen Hohlraum umschließen, mit einer in diesem Hohlraum aufgenommenen Trägerplatte sowie Druckluftführungskanälen und Druckluftaustrittsöffnungen, einem zentralen Steuerteil und Druckluftsteuereinheiten, die von dem zentralen Steuerteil angesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß Druckluftaustrittsöffnungen (9) in den Abstandsleisten (2; 3; 4; 5) mit ihren Mittenachsen in der X-Y-Ebene eines mit seinem Ursprung im Mittelpunkt des Hohlraumes gedachten dreidimensionalen orthogonalen Koordinatensystems und senkrecht zu den inneren Begrenzungsflächen der Abstandsleisten (2; 3; 4; 5) angeordnet sind, daß die Druckluftaustrittsöffnungen (9) paarig genau gegenüberliegend angeordnet sind, daß Druckluftaustrittsöffnungen (9) in der Grundplatte (1) und in der Deckplatte (6) in mindestens je zwei parallel zueinander liegenden Reihen parallel zur Z-Achse angeordnet sind, daß die Druckluftaustrittsöffnungen (9) in jeder Abstandsleiste (2; 3; 4; 5) im Bereich von der X- bzw. Y-AchsebiszumEndejederAbstandsleiste(2;3;4; 5) Funktionsgruppen zugeordnet sind und jeder dieser Funktionsgruppen eine Druckluftsteuereinheit (10) zugeordnet ist, daß die in den Luftspalten zwischen der Trägerplatte (7) und den Umgrenzungsflächen (1; 2; 3; 4; 5; 6) aufgebauten Luftpolster als Führungselemente für die Trägerplatte (7) wirken, daß bei Druckbeaufschlagung der Druckluftaustrittsöffnungen (9) in der Grundplatte (1) und der Deckplatte (6) sich über und unter der Trägerplatte (7) in eine Lage parallel zur X-Y-Ebene mit gleichen Abständen zur Grundplatte (1) und Deckplatte (6) einstellt, daß in jedem Ende der Abstandsleisten (2; 3; 4; 5) parallel zur X-Y-Ebene mindestens eine der in Richtung der Trägerplatte (7) weisenden Druckluftaustrittsöffnungen (9) angeordnet ist und die austretende Druckluft eine Druckverteilung aufbaut, deren Komponenten senkrecht auf alle Flächen der Trägerplatte (7) wirken, so daß sich die Trägerplatte (7) in eine stabile Mittenlage mit gleichem Abstand zu jeder Umgrenzungsfläche (1; 2; 3; 4; 5; 6) einstellt und die in Richtung der Koordinaten des orthogonalen Koordinatensystems wirkenden Druckkomponenten durch die Beziehung1. Arrangement for Feinstpositionierung of objects in three-dimensional space, consisting of a receiving housing, which is formed from a base plate, a cover plate and four spacer strips which enclose a cavity, with a recorded in this cavity support plate and compressed air ducts and compressed air outlets, a central control part and Compressed air control units, which are controlled by the central control part, characterized in that compressed air outlet openings (9) in the spacer strips (2; 3; 4; 5) with their center axes in the XY plane of a three-dimensional orthogonal coordinate system imagined with its origin in the center of the cavity and perpendicular to the inner boundary surfaces of the spacer strips (2; 3; 4; 5) are arranged such that the compressed air outlet openings (9) are arranged in pairs exactly opposite each other that compressed air outlet openings (9) in the base plate (1) and in the cover plate (6) are arranged in at least two parallel rows parallel to the Z-axis, that the compressed air outlet openings (9) in each spacer strip (2; 3; 4; 5) in the region from the X or Y axis to the end of each distance bar (2; 3; 4; 5) are assigned to functional groups and each of these functional groups is assigned a compressed air control unit (10) that in the air gaps between the support plate (7) and the Boundary surfaces (1; 2; 3; 4; 5; 6) constructed air cushion act as guide elements for the support plate (7) that when pressurizing the compressed air outlet openings (9) in the base plate (1) and the cover plate (6) above and below the support plate (7) in a position parallel to the XY plane at equal distances to the base plate (1) and cover plate (6) sets that in each end of the spacer strips (2; 3; 4; 5) parallel to the XY plane at least one in the direction of the support plate (7) facing compressed air outlet openings (9) is arranged and the escaping compressed air builds up a pressure distribution whose components act perpendicular to all surfaces of the support plate (7), so that the support plate ( 7) in a stable center position equidistant from each boundary surface (1; 2; 3; 4; 5; 6) and the pressure components acting in the direction of the coordinates of the orthogonal coordinate system through the relationship P — D ι ρ , ρ ___ ρ ^_ ρ ^_ ρ ^_ ρ __ ρ t ρ ·P - D ι ρ, ρ ___ ρ ^ _ ρ ^ _ ρ ^ _ ρ __ ρ t ρ · z1 rz2 1Xl rx2 rx3 r x4 Tyl Γγ2 Γγ3 — Γγ4z1 r z2 1 Xl r x2 r x3 r x4 Tyl Γγ2 Γγ3 - Γγ4 beschrieben sind, daß bei auf einen konstanten Wert eingestelltem, in Z-Richtung wirkenden Druckkomponenten, es gilt dabei die Beziehungare described that when set to a constant value acting in the Z direction pressure components, it holds the relationship Pz1 * Pz2 = konstant, P z1 * P z2 = constant, und Veränderung der in X- und/oder Y-Richtung wirkenden Druckkomponenten, es gelten dabei die Beziehungen ρ _ ρ < and changing the pressure components acting in the X and / or Y direction, the relationships ρ _ ρ < apply JL ι -Λ-ί- ^ JL ι -Λ-ί- ^ p — p K. ρp - p K. ρ yi ~ y2 J xy3yi ~ y2 J x y3 die Trägerplatte (7) parallel zur X-Y-Ebene kontinuierlich, stufenlos jeweils in den Richtungen X und Y um kleinste Weglängen der Größenordnung 0,1 Mikrometer und maximal bis zum Anliegen der Trägerplatte (7) an eine bzw. zwei benachbarte Abstandsleisten (2; 3; 4; 5) verschiebbar ist, daß bei auf konstante Werte eingestellte in X- und Y-Richtung wirkende Druckkomponente, es gelten dabei die Beziehungenthe support plate (7) parallel to the XY plane continuously, continuously in the directions X and Y by smallest path lengths of the order of 0.1 microns and at most to the concern of the support plate (7) to one or two adjacent spacer strips (2; ; 4; 5) is displaceable, that in the case of constant pressure values acting in the X and Y direction, the relationships are valid c„-i — J--0-0 5 Ρ—ο ~ P~ λ ~ konstant» undc "-i - J - 0-0 5 Ρ-ο ~ P ~ λ ~ constant» and -Λ- I J&.C* J> -Λ- I J & .C * J> Py1 - Py2 I Py3 " Py4 " konstant, P y1 - P y2 I P y3 " P y4" constant, und Veränderung der in Z-Richtung wirkenden Druckkomponenten, es gilt dabei die Beziehung p Vi ρand changing the pressure components acting in the Z direction, the relationship p Vi ρ applies z1 > z2>z1> z2> die Trägerplatte (7) senkrecht zur X-Y-Ebene kontinuierlich, stufenlos in der Richtung Z um kleinste Weglängen der Größenordnung 0,1 Mikrometer und maximal bis zum Anliegen der Trägerplatte (7) an die Grundplatte (1) oder die Deckplatte (6) verschiebbar ist, daß bei auf einen konstanten Wert eingestellten, in Z-Richtung wirkenden Druckkomponenten, es gilt dabei die Beziehungthe support plate (7) perpendicular to the XY plane continuously, continuously in the direction Z by smallest path lengths of the order of 0.1 microns and maximum to the concern of the support plate (7) to the base plate (1) or the cover plate (6) is displaceable in that, with pressure components set at a constant value acting in the Z direction, the relationship applies P ~ P »P ~ P » *Ζ1 > *Z2* Ζ1> * Z2 und Veränderung der Drücke in jeweils vier sich diagonal gegenüberliegenden Funktionsgruppen, wobei die.sich parallel gegenüberliegenden Funktionsgruppen unterschiedliche Drücke aufweisen, es gelten dabei die Beziehungenand changing the pressures in each of four diagonally opposite functional groups, wherein the parallel function groups have different pressures, the relationships apply ρ — P = P S= P ^P ss"13 — T> _ "Dρ - P = PS = P ^ P ss " 13 - T>_" D x1 ~ s4 y1 y4> x2x1 ~ s4 y1 y4> x2 die Trägerplatte (7) parallel zur X-Y-Ebene kontinuierlich, stufenlos um einen Winkel φ um die Z-Achse verdrehbar ist, daß die Längs- und Verdrehbewegungen überlagerbar sind, daß sich stabile Lagen der Trägerplatte (7) ohne Überschwingen einstellen, daß in der Grundplatte (1) und in der Deckplatte (6) jeweils mindestens vier nutartige Abströmkanäle (12), die die Verbindung zum druckfreien Außenraum herstellen, parallel zu den inneren Begrenzungskonstanten des Hohlraums angeordnet sind.the support plate (7) parallel to the XY plane continuously, continuously by an angle φ about the Z axis is rotated, that the longitudinal and rotational movements are superimposed that stable positions of the support plate (7) set without overshoot that in the Base plate (1) and in the cover plate (6) in each case at least four groove-like outflow channels (12) which establish the connection to the pressure-free outer space, are arranged parallel to the inner limiting constants of the cavity. -1 Erfindungsanspruch:-1 claim for invention: 2. Anordnung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Parallelität, Winkligkeit und Ebenheit summarisch resultierende Formabweichung der Trägerplatte (7) kleiner als 10% des Verstellbereiches ist.2. Arrangement according to item 1, characterized in that the concurrency resulting from parallelism, angularity and flatness of the support plate (7) is smaller than 10% of the adjustment range. HierzuFor this 3 Seiten Zeichnungen3 pages drawings Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Ausführen feinster Stellwege in einem räumlichen Koordinatensystem, mit der zusätzlich noch eine Winkelverstellbewegung um ihre senkrechte Achse ausführbar ist. Die Einrichtung ist in der Mikroskopiertechnik, insbesondere in der Fertigung mikroelektronischer Bauelemente, einsetzbar.The invention relates to a device for carrying out the finest travel paths in a spatial coordinate system, with the addition of a Winkelverstellbewegung is still executable about its vertical axis. The device can be used in microscopy technology, in particular in the production of microelectronic components. Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions Nach dem Stand der Technik sind Mikroskopiertische oder Kreuztische bekannt, die mit Hilfe von Schraubenspindeln, Schraubenspindeln mit Untersetzungsgetrieben oder hintereinandergeschalteten Federn verschiedener Steifigkeit in ihren Führungen um Schrittlängen im Mikrometerbereich verschoben werden können. Als Antriebe sind Schrittmotoren verschiedener physikalischerWirkprinzipien, so z. B. elektromagnetisch, elektrodynamisch, magnetostriktiv oder piezoelektrisch bekannt. Allen diesen Einrichtungen ist gemeinsam, daß für diese Kreuztische Führungen höchster Präzision und spielfreie Kopplung mit dem Antriebsaggregat erforderlich sind. Der Aufbau dieser Kreuztische ist kompliziert, dafür jede Achse ein Antrieb mit Führungen erforderlich ist und die Realisierung von Winkelverstellungen zusätzlichen Aufwand erfordert. Infolgedessen ist auch der Raumbedarf für solche Einrichtungen sehr hoch. Ein weiterer Nachteil mechanischer Antriebe der genannten Art besteht im „toten Gang". Es sind zwar Mittel bekannt, den toten Gang kleinzuhalten, im Laufe der Betriebszeit tritt jedoch eine Undefinierte Verstellung des toten Ganges ein.Microscopy tables or crossties are known in the prior art which can be displaced by micrometer-step increments in their guides by means of screw spindles, screw spindles with reduction gears or springs of different rigidity connected in series. As drives are stepper motors of various physical principles, such. As electromagnetic, electrodynamic, magnetostrictive or piezoelectric known. All these devices have in common that guides of the highest precision and backlash-free coupling with the drive unit are required for these cross tables. The construction of these cross tables is complicated, for each axis a drive with guides is required and the realization of angle adjustments requires additional effort. As a result, the space required for such facilities is very high. A further disadvantage of mechanical drives of the type mentioned is "dead gear." Although means are known for keeping the dead gear small, an undefined adjustment of the dead gear occurs during the operating time. Eine zufriedenstellende Zuverlässigkeit einer solchen Einrichtung wird also von Fertigungstoleranzen und Verschleiß Undefiniert beeinflußt, sie kann auch mit beträchtlichem konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwand, der dazu noch sehr kostenaufwendig ist, nicht auf Dauer realisiert werden.A satisfactory reliability of such a device is thus influenced by manufacturing tolerances and wear undefined, it can not be realized in the long term with considerable engineering and manufacturing effort, which is still very expensive. Ziel der ErfindungObject of the invention Es ist das Ziel der Erfindung, eine im mechanischen Aufbau einfache, wartungs-und verschleißarme, zuverlässige, kostengünstige Einrichtung zum Feinstpositionieren zu schaffen.It is the object of the invention to provide a mechanical, simple, low-maintenance, low-wear, reliable, cost-effective device for fine positioning. Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Feinstpositionierung von Werkstücken im Mikrometerbereich parallel zu den Achsen eines räumlichen orthogonalen Koordinatensystems und eine Drehung im Winkelminutenbereich um die senkrechte Achse desselben spielfrei und stufenlos zu realisieren.The invention has for its object to realize the Feinstpositionierung of workpieces in the micrometer range parallel to the axes of a spatial orthogonal coordinate system and a rotation in the angular minute range about the vertical axis of the same backlash and infinitely. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß im Hohlraum eines aus Einzelteilen montierten Aufnahmegehäuses eine prismatische, allseitig feinbearbeitete Trägerplatte angeordnet ist, daß im Aufnahmegehäuse Druckluftaustrittsöffnungen so angeordnet sind, daß diese senkrecht auf die Begrenzungsflächen der Trägerplatte gerichtet sind, daß diese Druckluftaustrittsöffnungen paarig einander gegenüberliegend angeordnet sind, daß auf die Ober- und die Unterseite der Trägerplatte mindestens je vier Druckluftaustrittsöffnungen gerichtet sind, daß auf jedes Ende der Seitenflächen derTrägerplatte mindestens eine Druckluftaustrittsöffnung gerichtet ist, daß die Druckluftaustrittsöffnungen abschnittsweise zu Funktionsgruppen angeordnet sind und diese Funktionsgruppen Druckluftsteuereinheiten zugeordnet sind, die von einem zentralen Steuerteil angesteuert werden, daß bei Druckbeaufschlagung der Druckluftaustrittsöffnung sich ein allseitig gleichmäßiges Luftpolster um die Trägerplatte ausbildet und die Trägerplatte in eine stabile Lage gebracht wird, daß durch definierte Druckänderungen die Trägerplatte im Hohlraum stufenlos um feinste Stellwege im dreidimensionalen Raum verschoben und um die senkrechte Achse eines in ihrem Mittelpunkt gedachten dreidimensionalen, orthogonalen Koordinatensystems gedreht werden kann, daß die Luftpolster in den Luftspalten zwischen der Trägerplatte und dem Aufnahmegehäuse als Führungselemente wirken, daß die Längs- und Verdrehbewegungen überlagerbar sind, daß sich stabile Lagen derTrägerplatte ohne Überschwingen einstellen, daß nutartige Abströmkanäle in der Grund- und Deckplatte des Aufnahmegehäuses die Verbindung zwischen Hohlraumund Außenraum herstellen und daß die aus Parallelität, Winkligkeit und Ebenheit summarisch resultierende Formabweichung derTrägerplatte kleiner als 10% des Verstellbereiches ist.According to the invention, the object is achieved in that a prismatic, all-round fine-machined support plate is arranged in the cavity of a housing mounted from individual parts, that in the receiving housing compressed air outlet openings are arranged so that they are directed perpendicular to the boundary surfaces of the support plate, that these compressed air outlets arranged in pairs opposite each other are that at least four compressed air outlet openings are directed to the top and bottom of the support plate, that at least one compressed air outlet is directed to each end of the side surfaces of the carrier plate, that the compressed air outlet openings are arranged in sections to functional groups and these functional groups are assigned to compressed air control units, the one of be controlled central control part that upon pressurization of the compressed air outlet opening a uniform air cushion u m forms the support plate and the support plate is brought into a stable position that by defined pressure changes the support plate in the cavity can be infinitely shifted by the finest travel in three-dimensional space and rotated about the vertical axis of a three-dimensional, orthogonal coordinate system imagined in its center, that the Air cushion in the air gaps between the support plate and the receiving housing act as guide elements that the longitudinal and torsional movements are superimposed that establish stable positions of the support plate without overshoot that groove-like outflow channels in the base and cover plate of the receiving housing connect the cavity and outer space and that the form deviation of the carrier plate resulting from parallelism, angularity and flatness is less than 10% of the adjustment range.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE4325450A1 (en) * 1993-07-29 1995-02-02 Bacher Graphische Geraete Gmbh Table-adjusting device
CN112133655A (en) * 2016-07-18 2020-12-25 圆益Ips股份有限公司 Alignment module

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