DD291720A5 - DEVICE FOR TIMELY PARALLEL, OF INDEPENDENT HANDLING OF SMALL OBJECTS - Google Patents
DEVICE FOR TIMELY PARALLEL, OF INDEPENDENT HANDLING OF SMALL OBJECTS Download PDFInfo
- Publication number
- DD291720A5 DD291720A5 DD33736890A DD33736890A DD291720A5 DD 291720 A5 DD291720 A5 DD 291720A5 DD 33736890 A DD33736890 A DD 33736890A DD 33736890 A DD33736890 A DD 33736890A DD 291720 A5 DD291720 A5 DD 291720A5
- Authority
- DD
- German Democratic Republic
- Prior art keywords
- electrodes
- guide
- electrode
- guide mechanism
- pattern
- Prior art date
Links
Landscapes
- Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum zeitlich parallelen, voneinander unabhaengigen Handhaben von kleinen Objekten auf der Basis programmgesteuerter Elemente mit paralleler Grundstruktur und stellt ein sensormotorisches System dar, das durch ein Multiprozessorsystem gesteuert wird. Die Anwendung bezieht sich besonders auf flexible Fertigungssysteme in der Geraetetechnik. Erfindungsgemaesz wird jede in einem Muster angeordnete Fuehrungselektrode 7.1 des Fuehrungsmechanismus ueber eine Schalteinheit 12 mit einem Sensor-Wandlerelement 13 oder mit einer programmgesteuerten Spannungsquelle 15 verbunden. In Abhaengigkeit von der Position der Fuehrungselektrode 7.1 gegenueber der Objektelektrode 7.2 erfolgt die Realisierung einer Bewegung in Normalenrichtung oder in tangentialer Richtung. Die Vorrichtung gestattet die zeitlich parallele, voneinander unabhaengige Fuehrung mehrerer kleiner und kleinster Objekte mit glatter, strukturierter Grundflaeche bei gleichzeitiger individueller Formaenderung bzw. Formstabilisierung der Objekte waehrend der Bewegung. Objekte koennen ohne Traegermittel in der Flaeche und in geringem Umfang im Raum gefuehrt werden, was Roboterstrukturen hoher Flexibilitaet, Praezision, Dynamik und Zuverlaessigkeit ermoeglicht. Fig. 2{elektrostatisch; Antrieb, integriert; Fuehrung; Industrieroboter, parallel; Handhabung; Formaenderung; Sensor; Mikromechanik, programmierbar; Dynamik; Positioniergenauigkeit; Geraetetechnik; Halbleitertechnologie}The invention relates to a device for the time-independent, independent handling of small objects on the basis of program-controlled elements with a parallel basic structure and represents a sensor-motor system which is controlled by a multiprocessor system. The application particularly refers to flexible manufacturing systems in the device technology. According to the invention, each guide electrode 7.1 of the guide mechanism arranged in a pattern is connected via a switching unit 12 to a sensor transducer element 13 or to a program-controlled voltage source 15. Depending on the position of the guide electrode 7.1 relative to the object electrode 7.2, the realization of a movement in the normal direction or in the tangential direction takes place. The device allows the temporally parallel, mutually independent management of several small and smallest objects with a smooth, structured base area with simultaneous individual shape change or shape stabilization of the objects during the movement. Objects can be guided in the space and to a small extent in the space without carrier means, which allows robot structures of high flexibility, precision, dynamics and reliability. Fig. 2 {electrostatic; Drive, integrated; Guide; Industrial robots, parallel; Handling; Shape change; Sensor; Micromechanics, programmable; Dynamics; positioning; Devices technology; Semiconductor technology}
Description
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen4 sheets of drawings
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum zeitlich parallelen, voneinander unabhängigen Handhaben von Objekten mit glatter, strukturierter Grundfläche bei gleichzeitiger individueller Formänderung der Objekte während der Bewegung.The invention relates to a device for temporally parallel, mutually independent handling of objects with a smooth, structured base while individual shape change of the objects during the movement.
Die Anwendung erfolgt vorrangig zur Führung leichter und flacher Werkstücke, Bauteile, Baugruppen und Werkzeuge in der flexiblen Automatisierung und rechnerintegrierten Produktion.The application is primarily for the guidance of light and flat workpieces, components, assemblies and tools in the flexible automation and computer-integrated production.
Unter Führung ist die Bewegung oder Manipulation eines Objekts zu verstehen, die durch eine bestimmte Position und Orientierung seiner Punkte im Raum gekonnzeichnet ist.Leadership is the movement or manipulation of an object that is marked by a specific position and orientation of its points in space.
Ein Führungsmechanismus mit paralleler Grundstruktur ist ein Mechanismus mit parallel gesteuert angetriebenen Elementen zum Führen von Objekten.A guide mechanism with a parallel basic structure is a mechanism with parallel controlled driven elements for guiding objects.
Die Führung schließt die Formveränderbarkeit der Objekte ein. Unter dem Objekt sind sowohl Objektträger als auch Werkstücke,The guide includes the shape changeability of the objects. Under the object are both slides and workpieces,
beispielsweise Wafor und Chips, Bauteile, Baugruppen, Werkzeuge zu verstohen, die mit einer zur Führung geeigneten genügend glatten und speziell strukturierten Qri/ndfläche versehen sind.For example, Wafor and chips, components, assemblies, tools to verstohen, which are provided with a suitable for guiding suitable smooth and specially structured Qri / ndfläche.
Eine vorteilhafte Anwendung besteht dort, wo die Objekte entlang einer Fläche Individuell zu führen sind und eine Im geringen Grade räumliche Beweglichkeit der Objekte gefordert wird.An advantageous application exists where the objects are to be guided individually along a surface and a low degree of spatial mobility of the objects is required.
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
Von Trimmer, W.S.N.; Gabriel, K.J. Design conelderalons for a practical electrostatic micro-motor; Sensors and Actuators, 11 (1987) 189-206, wird die praktische Realisierung eines elektrostatischen, linearen und rotatorischen Mikromotors · beschrieben, Verwendet wird ein mikromechanisch'strukturiorter Silizium-Wafer, auf dem streifenhaft Elektroden isoliert angeordnet sind. Durch Paarung zweier mit Elektroden verschiedenen Abstandes versehenen Wafer derart, daß dio Elektroden einen sehr geringen Abstand zueinander aufweisen, lassen sich durch Anlogen von drei untereinander phasenverschobenen Spannungsquellen erhebliche tangential Antriebskräfte erzielen.Von Trimmer, W.S.N .; Gabriel, K.J. Design conelderalons for a practical electrostatic micro-motor; Sensors and Actuators, 11 (1987) 189-206, describes the practical realization of an electrostatic, linear and rotary micromotor. A micromechanical-structured silicon wafer is used, on which electrodes are arranged in strips. By mating two wafers provided with different electrode spacing such that the electrodes have a very small distance from one another, it is possible to achieve considerable tangential drive forces by connecting three voltage sources which are phase-shifted with one another.
Diese Lösung hat den Nachteil, daß der Laufet gesondert geführt werden muß, was zur Aufrechterhaltung eines Abstandes zwischen Läufer und Stator von wenigen Mikrometern sehr aufwendig und technisch problematisch ist. Durch größere Sicherheitsabstände zur Vermeidung einer Berührung sinken der Wirkungsgrad und die Leistung des Antriebs stark ab. Der Hauptwiderspruch besteht darin, daß der Läufer auf Grund der Einfachheit der Konstruktion sehr leicht sein kann, aber seine Elastizität eine starre Gewährleistung eines notwendig kleinen, aber mit Sicherheit einzuhaltenden Abstandes behindert. Weitere Nachteile der Lösung sind, daß der Antrieb nur den Freiheitsgrad 1 aufweist, Objekte nicht ohne Objektträger bewogt oder während der Bewegung in ihrer Form beeinflußt werden können.This solution has the disadvantage that the Laufet must be performed separately, which is very expensive and technically problematic to maintain a distance between the rotor and stator of a few micrometers. Greater safety distances to avoid contact reduce the efficiency and performance of the drive significantly. The main contradiction is that, because of the simplicity of the construction, the runner can be very light, but its elasticity hinders a rigid guarantee of a necessarily small but certainly safe distance. Further disadvantages of the solution are that the drive has only the degree of freedom 1, objects can not be moved without slides or can be influenced in their shape during the movement.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Die Erfindung verfolgt das Ziel, eine Vorrichtung zum zeitlich parallelen und voneinander unabhängigen Handhaben eines oder mehrerer Objekte zu finden, bei der die Masse der Objektträger stark reduziert wird bzw. Trägermittel für das Objekt vermieden und dadurch hohe Dynamik und Flexibilität erreicht werden. Die Vorrichtung soll sich durch hohe Präzision und Zuverlässigkeit auszeichnen. Sie soll insbesondere zur Führung kleiner Objekte und flacher, leichter Objekte und zur Realisierung einer modularen Bauweise geeignet sein. Die Module sind mit integrierter Sensorik auszustatten und mit einem hierarchisch strukturierten Rochnersystem zu steuern.The invention has the aim of finding a device for temporally parallel and independent handling of one or more objects, in which the mass of the slide is greatly reduced or carrier means for the object avoided, thereby achieving high dynamics and flexibility. The device should be distinguished by high precision and reliability. It should be particularly suitable for the management of small objects and flat, lightweight objects and for the realization of a modular design. The modules are to be equipped with integrated sensors and controlled by a hierarchically structured Rochner system.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen frei programmierbaren Führungsmechanismus zu schaffen, bei dem zu jedem Zeitpunkt mindestens drei Elemente wirksam sind, der sich durch einen hohen funktioneilen Integrationsgrad auszeichnet und die Führung eines oder mehrerer Objekte gestattet. Durch programmgesteuerte Formstabilisiorung soll in Positioniersystemen hohe Präzision ohne Verwendung starrer und damit schwerer Objektträger erreicht werden. Damit soll auch die Dynamik schwerer Objektträger erreicht werden. Damit soll auch die Dynamik verbessert werden. Die Führung soll im Zusammenwirken mit einem integrierten x, y, z-Moßsystom extrem geringe Abstände zwischen Objekt und Führungsmechanismus gestatten, so daß die Steifigkeit in der Führung erhöht, die Positioniergenauigkeit auch bei hoher Dynamik wesentlich gesteigert und eine hohe Antriebsleistung erreicht wird. Bei Ausfall eines Elementes soll der Mechanismus weitgehend funktionsfähig bleiben. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Vorrichtung zum zeitlich parallelen, voneinander unabhängigen Handhaben von kleinen Objekten mit einem Führungsmechanismus auf der Basis programmgesteuerter Funktionselemente mit paralleler Grundstruktur, die auf dem Führungsmechanismus und den zu führenden Objekten ein flächenhaftes Muster bilden, dadurch gelöst, daß die Funktionselemente monolithisch oder hybridintegriert feinstrukturiert angeordnet sind, daß die Funtkionselemente Aktoren und Effektoren sowie mikromechanische, mikrooptische oder optoelektronische Sensoren beinhatten, daß Einrichtungen zur Meßwerterfassung und Gewinnung von Regelsignalen für die Aktorfunktion vorhanden sind und daß die Aktoren mit Krafterzeugern zur Realisierung mindestens einer Bewegung in tangential und Normalenrichtung bezüglich der Grundfläche des Objektes ausgestattet sind.The invention has for its object to provide a freely programmable guide mechanism in which at least three elements are effective at any time, which is characterized by a high degree of functional integration and allows the leadership of one or more objects. Program-controlled dimensional stabilization is intended to achieve high precision in positioning systems without the use of rigid and therefore heavy slides. This should also achieve the dynamics of heavy slides. This should also improve the dynamics. The guide should allow in conjunction with an integrated x, y, z-Moßsystom extremely small distances between the object and guide mechanism, so that increases the rigidity in the leadership, the positioning accuracy is significantly increased even with high dynamics and high drive power is achieved. If one element fails, the mechanism should remain largely functional. According to the invention, the object is achieved in a device for temporally parallel, independent handling of small objects with a guide mechanism on the basis of program-controlled functional elements with parallel basic structure, which form a planar pattern on the guide mechanism and the objects to be guided, that the functional elements monolithic or arranged in a finely structured manner such that the functional elements comprise actuators and effectors as well as micromechanical, microoptical or optoelectronic sensors, that means for measuring value acquisition and recovery of control signals for the actuator function are present and that the actuators with force generators for realizing at least one movement in the tangential and normal direction the base of the object are equipped.
Ein Merkmal der Erfindung ist es, daß zur Positionierung und Orientierung mindestens drei und zur elastischen Formänderung mindestens vier Krafterzeugungen pro Freiheitsgrad Kontakt zur Grundfläche des Objektes besitzen. Als vorteilhaft erweist sich, daß jedes Funktionselement des Führungsmechanismus eine programmgesteuerte Elektrode darstellt. Sie steht als Sensorprimärelement getaktet mit einem Sensor-Wandlerelement, einem Meßwertumformer und einem Prozessor in Verbindung oder arbeitet unter Nutzung eines Prozessors, eines Digital-Analog-Umsetzers und eines Spannungsverstärkers als elektrostatisches Antriebselement. Durch die Verwendung eines Multiprozessorsystems erfolgen die Sensorfunktion sowie die Aktorfunktion (oder Effektorfunktion) und die Stellgliedfunktion quasi zeitgleich. Bei sehr hohen Ansprüchen an die Präzision und Dynamik kann auch eine Arbeitsstellung zwischen benachbarten Elektroden programmiert werden.A feature of the invention is that for positioning and orientation at least four and the elastic deformation change at least four force generation per degree of freedom contact the base of the object. It proves to be advantageous that each functional element of the guide mechanism represents a program-controlled electrode. It is clocked as a sensor primary element with a sensor transducer element, a transducer and a processor in conjunction or operates using a processor, a digital-to-analog converter and a voltage amplifier as an electrostatic drive element. By using a multiprocessor system, the sensor function as well as the actuator function (or effector function) and the actuator function take place virtually at the same time. For very high demands on precision and dynamics, a working position between adjacent electrodes can also be programmed.
Eine vorteilhafte Gestaltung der Erfindung ist daraufgerichtet, daß die vom Prozessor bereitgestellten Daten und daraufhin vom Stellglied bereitgestellten Signale jeweils auf die Führung einer Bewegungskoordinate beschränkt sind. Aus dem Charakter dieser Sign Je wird mit Hilfe des Prozessors entschieden, ob die Elektrode zum betrachteten Zeitpunkt von der Objektelektrode vollständig überdeckt ist (die Sensorsignale sind quasi konstant) oder ob die Objektelektrode in einem Zustand nur teilweiser Überdeckung übergeht (die Signale ändern sich quasi linear). Im Falle vollständiger Überdeckung wird das Sensorsignal zur Bestimmung des Abstandes zwischen Objekt und Elektrode des Führungsmechanismus verwendet. Die Aktivität des Elementes ist auf die Herstellung des Soll-Wertes für den Abstand, der vom Leitrechner oder einem Rechner für die Elektrodengruppe bereitgestellt wird, gerichtet. Im Falle teilweiser Überdeckung wird das Sensorsignal zur Bestimmung des tangentiaien Überstandes ausgenutzt, wobei Meßwerte aus Nachbarelementen in die Berechnung einbezogen werden. Das RechnerergebnisAn advantageous embodiment of the invention is directed to the fact that the data provided by the processor and then provided by the actuator signals are each limited to the guidance of a motion coordinate. From the character of this sign, it is decided with the aid of the processor whether the electrode is completely covered by the object electrode at the time in question (the sensor signals are virtually constant) or if the object electrode passes in a state of only partial coverage (the signals change quasi linearly ). In the case of complete coverage, the sensor signal is used to determine the distance between object and electrode of the guide mechanism. The activity of the element is directed to the production of the target value for the distance provided by the host computer or a computer for the electrode group. In the case of partial overlap, the sensor signal is used to determine the tangentiaia supernatant, wherein measured values from neighboring elements are included in the calculation. The computer result
wird genutzt, um den Soll-Wert für eine tangential Differenz zwischen der Elektrode des Objekts und dem Führungsmechanismus einzustellen. Hohe Genauigkeit bei der Führung einer Objektelektrode wird dadurch erreicht, daß auf Grund der Kleinheit mikromechanisch strukturierter Elektroden kleine Schrittweiten erzielt werden und zwischen zwei benachbarten Elektroden eine Regelung vorgenommen wird. Für den Regelvorgang ist die Genauigkeit des Sensorsignals ausschlaggebend. Das Sensorsignal kann beispielsweise unter Verwendung des Impulsladeverfahrens besonders bei sehr geringem Abstand zwischen den Elektroden sehr genau (im Submikrometerbereich) gewonnen werden. Durch die Messung „vor Ort" werden Moßfehler minimiert.is used to set the target value for a tangential difference between the object's electrode and the guide mechanism. High accuracy in the guidance of an object electrode is achieved in that small increments are achieved due to the small size of micromechanically structured electrodes and a regulation is made between two adjacent electrodes. For the control process, the accuracy of the sensor signal is crucial. By way of example, the sensor signal can be obtained very precisely (in the submicrometer range) using the impulse charging method, especially with a very small distance between the electrodes. By measuring "on the spot", measurement errors are minimized.
Die hohe Genauigkeit der Führung des Objekts ist orfindungsgomäß dadurch gegeben, daß zugleich viele voneinander unabhängige Sonsorsignale aufgenommen und viele voneinander unabhängige Aktionen ausgeführt werden. Bezogen auf die Elemente liegt zeitdiskrete Eingrößenregelung vor. Über das Objekt erfolgt jedoch eine Kopplung vieler Regelgrößen. Der Freiheitsgrad eines Führungsmechanismus mit paralleler Grundstruktur mit m χ η parallel und unabhängig voneinander gesteuert angetriebenen Elementen, von denen jedes den Freiheitsgrad 3 besitzt, beträgt f = 3 m n. Der erreichbare Freiheitsgrad eines geführten Objekts ist abhängig von der Anzahl seiner Elemente.The high accuracy of the guidance of the object is Orfindungsgomäß given by the fact that at the same time recorded many independent Sonsorsignale and many independent actions are performed. With regard to the elements, time-discrete input regulation is available. However, a coupling of many controlled variables takes place via the object. The degree of freedom of a parallel-basic guide mechanism with m χ η parallel and independently driven elements, each having degree of freedom 3, is f = 3 m n. The achievable degree of freedom of a guided object depends on the number of its elements.
Bei der Realisierung der Erfindung erweist es sich als vorteilhaft, daß die Elektroden innerhalb des Musters auf dem Führungsmechanismus und dem Objekt in Funktionsgruppen angeordnet und informationsseitig verbunden sind. Dabei sind mindestens zwei Elektrodengruppen hinsichtlich der Hauptabmessungen ihrer Elektroden senkrecht zueinander angeordnet. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist es möglich, Präzision, Dynamik und Zuverlässigkeit des Führungssystems zu verbessern, indem das Elektrodonmuster so gestaltet wird, wie es der vorgesehenen Aufgabe am besten entspricht. Bei der Projektierung des Führungsmechanismus kann der Grad der Prozeßspezifik und der Prozeßflexibilität bestimmt werden. Eine Objektführung entlang der Bahn s(t) ist vorteilhaft durch eine Eloktrodengruppe, deren größte Abmessung in Bahnrichtung vorläuft und eine Elektrodengruppe mit Hauptabmessungen senkrecht dazu realisierbar.In the realization of the invention, it proves to be advantageous that the electrodes are arranged within the pattern on the guide mechanism and the object in functional groups and connected on the information side. At least two electrode groups are arranged perpendicular to each other with regard to the main dimensions of their electrodes. With the arrangement according to the invention it is possible to improve the precision, dynamics and reliability of the guidance system by designing the electrode pattern as best suited to the intended task. When configuring the guide mechanism, the degree of process specificity and process flexibility can be determined. An object guide along the path s (t) is advantageous by an Eloktrodengruppe whose largest dimension precedes in the web direction and an electrode group with main dimensions perpendicular to realizable.
Die Anordnung der Elektrodengruppen auf der Grundfläche des Objekts ist der Anordnung der Elektrodengruppen des Führungsmechanismus ähnlich, die Elektroden zusammengehöriger Elektrodengruppen sind aber auf dem Objekt gegenüber dem Führungsmechanismus gedehnt oder phasenverschoben angeordnet. Als Vorteil erweist sich, daß das vorrangig für die Realisierung einer Bewegungskoordinate projektierte Muster einer Elektrodengruppe auf dem Führungsmechanismus in Richtung der zu realisierenden Bewegung in differenzierter Weise gedehnt oder gestaucht wird. Bei unveränderter Elektrodenstruktur auf dem Objekt werden auf diese Weise Objekte in Abhängigkeit von ihrer Position auf dem Führungsmechanismus unterschiedlich behandelt. Durch diese Maßnahme der Spezifizierung können Präzision und Dynamik weiter verbessert werden, da größere Schritte zur Erhöhung der Geschwindigkeit und kleinere Schritte zur Erhöhung der Führungsgenauigkeit beitragen. Außerdem werden die Kosten für die Informationsverarbeitung gesenkt. Als Ausgestaltung der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, daß eine Differenzierung dpr Elektroden auch auf dem zu führenden Objekt erfolgt durch Verwendung eines Musters, bestehend aus mehreren Bereichen paralleler rechteckförmiger Elektroden mit unterschiedlicher Elektrodenbreite und unterschiedlichem Elektrodenabstand. Durch Anlegen einer Spannung an eine Elektrodengruppe des Objekts wird dieses aktiviert. Dadurch kann auch nacheinander und ohne gegenseitige Beeinflussung erst eine Bewegungskoordinate und dann eine zweite Bewegungskoordinate realisiert werden, was bei schneller Informationsverarbeitung auch quasi gleichzeitig erfolgt.The arrangement of the electrode groups on the base of the object is similar to the arrangement of the electrode groups of the guide mechanism, but the electrodes of associated electrode groups are stretched or out of phase on the object opposite the guide mechanism. It proves to be an advantage that the pattern of an electrode group projected primarily for the realization of a movement coordinate is stretched or compressed in a differentiated manner on the guide mechanism in the direction of the movement to be realized. In the case of an unchanged electrode structure on the object, in this way objects are treated differently depending on their position on the guide mechanism. Precision and dynamics can be further improved by this measure of specification, as larger steps to increase the speed and smaller steps to increase the guidance accuracy. It also reduces the cost of information processing. As an embodiment of the invention is further provided that a differentiation dpr electrodes also on the object to be guided by using a pattern consisting of several areas of parallel rectangular electrodes with different electrode width and different electrode spacing. By applying a voltage to an electrode group of the object, this is activated. As a result, a movement coordinate and then a second movement coordinate can also be realized one after the other and without mutual influencing, which also occurs virtually simultaneously with faster information processing.
Gemäß der Erfindung ist es zweckmäßig, daß Elektrodengruppen sowohl auf dem Führungsmechanismus als auch auf dem Objekt in mehreren Schichten angeordnet werden können. Dadurch wird die für die Strukturierung verfügbare Fläche noch besser ausgenutzt und die elektrischen Leitungszuführungen können in einfachen Anordnungen somit auch von den Seitenflächen des Führungsmechanismus oder des Objekts her vorgenommen werden, was Strukturierungsmaßnahmen erleichtert. In diesem Falle ist weiter vorgesehen, daß die Seitenflächen des Führungsmechanismus in die Strukturierung einbezogen werden, um Leitungsverbindungen zwischen gleichen Phasen und Leiterzügen zu den programmgesteuerten Spannungsquellen anzuordnen.According to the invention it is expedient that electrode groups can be arranged both on the guide mechanism as well as on the object in several layers. As a result, the surface available for the structuring is utilized even better and the electrical line feeds can thus also be made from the side surfaces of the guide mechanism or the object in simple arrangements, which facilitates structuring measures. In this case, it is further provided that the side surfaces of the guide mechanism are included in the structuring in order to arrange line connections between the same phases and conductor tracks to the program-controlled voltage sources.
Ein weiteres vorteilhaftes Detail der Erfindung besteht darin, daß ausgewählte Elektroden des Musters auf dem Führungsmechanismus und dem Objekt oder einem von beiden an ihrer Oberfläche keine Isolation oder eine wesentlich geringere Isolationsschicht besitzen. Entsprechend der Paschenkurve erfolgt in Luft im Falle eines sehr kleinen Elektrodenabstandes (etwa 1 pm) bei geringer Spannung kein Austausch von Ladungsträgern zwischen den Elektroden. Die ausgewählten Elektroden werden im Falle der Einhaltung des geforderten kleinen Elektrodenabstandes eingeschaltet und ermöglichen einen besonders hohen Wirkungsgrad und eine hohe Leistung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Erfindungsgemäße Elektroden, die vorteilhaft an der Oberfläche unisoliert sind, haben den zusätzlichen Zweck, durch programmgesteuerte, kurzzeitige Berührung der Elektroden oder ohne Berührung bei Unterschreitung des kritischen Elektrodenabstandes einen Austausch von Ladungsträgern zwischen Führungsmechanismus und Objekt zu ermöglichen. Auf diese Weise wird durch ein Refresh die gewünschte Elektrodengruppe des Objekts aktiviert, und Leitungsführungen zum Objekt werden vermieden.Another advantageous detail of the invention is that selected electrodes of the pattern on the guide mechanism and the object or one of them have on its surface no insulation or a much lower insulation layer. According to the Paschen curve, no exchange of charge carriers takes place between the electrodes in air in the case of a very small electrode gap (about 1 pm) at low voltage. The selected electrodes are turned on in case of compliance with the required small electrode spacing and allow a particularly high efficiency and high performance of the device according to the invention. Electrodes according to the invention, which are advantageously uninsulated on the surface, have the additional purpose of permitting an exchange of charge carriers between the guide mechanism and the object by program-controlled, short-term contact with the electrodes or without contact when the critical electrode distance is not reached. In this way, refreshing the desired electrode group of the object is activated, and cable routes to the object are avoided.
Eine geeignete Variante der Erfindung besteht darin, eine Elektrodengruppe des Objekts so anzuordnen, daß jede zweite Elektrode mit dem gleichen Spannungspotential beaufschlagt ist und somit alternierend eine positiv geladene Elektrode mit einer negativ geladenen abwechselt, wobei sich auf dem Führungsmechanismus gegenüberliegend dieselbe Potentialfolge wiederholt. Damit ist der Vorteil verbunden, daß die Bereiche auf der Objektgrundfläche ohne Elektrodenbelegung weiter verkleinert werden und die Antriebsleistung erheblich gesteigert wird.A suitable variant of the invention is to arrange an electrode group of the object so that each second electrode is subjected to the same voltage potential and thus alternate alternately a positively charged electrode with a negatively charged, with the same potential sequence repeated on the guide mechanism opposite. This has the advantage that the areas on the object base without electrode occupancy are further reduced and the drive power is significantly increased.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich mit bekannten Mitteln der Führung von Objekten kombinieren. Dazu wird in der Grundfläche des Objektes zusätzlich eine magnetische Schicht, vorzugsweise eine hartmagnetische Schicht angeordnet. In Wechselwirkung mit Magneten im Führungskörper wird das Objekt abgestoßen oder angezogen. Bei abstoßenden Magnetkräften ist es somit möglich, das Objekt allein durch elektrostatische Anziehungskräfte zwischen den Elektroden zu führen. Anziehende Magnetkräfte sind von Vorteil, wenn die Gewichtskraft des Objektes teilweise kompensiert werden soll.The device according to the invention can be combined with known means of guiding objects. For this purpose, a magnetic layer, preferably a hard magnetic layer, is additionally arranged in the base area of the object. In interaction with magnets in the guide body, the object is repelled or attracted. With repulsive magnetic forces, it is thus possible to guide the object solely by electrostatic attraction forces between the electrodes. Attractive magnetic forces are advantageous if the weight of the object is to be partially compensated.
Weiterhin ist es in Kombination mit der Erfindung für spezielle Anwendungen sinnvoll, das Objekt zusätzlich mit Luft zu führen. Damit besteht die Möglichkeit, größere Gewichtskräfte zu kompensieren, und die Steifigkeit der Führung wird erhöht.Furthermore, it is useful in combination with the invention for special applications to additionally run the object with air. This makes it possible to compensate for larger weight forces, and the rigidity of the guide is increased.
Die Erfindung soll anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. In den einzelnen Abbildungen zeigenThe invention will be explained in more detail with reference to drawings. In the individual pictures show
Fig.2 Fig. 3 Fig.4 Fig. 5 Fig.6Fig.2 Fig. 3 Fig.4 Fig. 5 Fig.6
eine prinzipielle Darstellung einer Vorrichtung zum zeitlich parallelen, voneinander unabhängigen Handhaben eines kleinen Objektes, das geführt wird,a schematic representation of a device for temporally parallel, independent handling of a small object that is guided,
den getakteten Anschluß der Elektroden mit dem Sensor-Wandlerelement oder der programmgesteuerten Spannungsquelle,the clocked connection of the electrodes with the sensor transducer element or the program-controlled voltage source,
die vereinfachte Darstellung der auf eine Elektrode des Objektes durch Elektroden des Führungsmechanismus ausgeübten Kraftwirkungen,the simplified representation of the force exerted on an electrode of the object by electrodes of the guide mechanism force effects,
die Anordnung von Elektrodengruppen auf einem Führungsmechanismus und die Steuerung der Elektroden mit Hilfe eines Multiprozessorsystems,the arrangement of electrode groups on a guide mechanism and the control of the electrodes by means of a multiprocessor system,
die Anordnung von Elektrodengruppen auf dem Führungsmechanismus für unterschiedliche Genauigkeitsanforderungen,the arrangement of electrode groups on the guide mechanism for different accuracy requirements,
Muster von Elektrodengruppen auf dem Führungsmechanismus in zwei Schichten angeordnet.Pattern of electrode groups on the guide mechanism arranged in two layers.
Die Fig. 1 zeigt die prinzipielle Darstellung einer Vorrichtung zum zeitlich parallelen, voneinander unabhängigen Handhaben von kleinen Objekten mit dem Objekt 1, das Im Raum geführt und in der Form während der Bewegung beeinflußt wird. Die Vorrichtung besteht aus programmgesteuerten Elementen 2. Diese bilden eine mikromechanische Struktur 3, die mit einer mikroelektronischen Struktur 4 verbunden ist. Der Führungsmechanismus 6 besteht aus den programmgesteuerten Elementen12, der mikromechanischen und der mikroelektronischen Struktur sowie dem Gestell 5.Fig. 1 shows the basic representation of a device for temporally parallel, independent handling of small objects with the object 1, which is guided in space and influenced in the form during the movement. The device consists of program-controlled elements 2. These form a micromechanical structure 3, which is connected to a microelectronic structure 4. The guide mechanism 6 consists of the program-controlled elements 1 2, the micromechanical and the microelectronic structure and the frame 5.
In Fig. 2 wird der getaktete Anschluß der Führungselektroden 7.1 des Führungsmechanismus 6 mit dem Sensor-Wandlerelement oder der programmgesteuerten Spannungsquelle verdeutlicht. Jede Führungselektrode 7.1 ist über eine Schaltereinheit 12 mit dem Sensor-Wandlerelement und Meßwertumformer 13 und einem Prozessor 14 verbunden. Über die Rückführung vom Sensor-Wandlerelement und Meßwertumformer 13 zur Schalteinheit 12 wird dio Zufuhr elektrischer Quellenenergie für die Sensorfunktion 9 getaktet. Über die Rückführung vom Prozessor 14 zur Schaltereinheit wird die Umschaltung zwischen Sensorfunktion und Aktorfunktion vorgenommen. Die Prozessoren 14 der Elemente stehen mit ihrem Leitrechner 10 in Verbindung. Die Soll-Daten werden im Stellglied 15, einer programmgesteuerten Spannungsquelle, unter Nutzung elektrischer Quellenergie für die Aktorfunktion 11 zur Bereitstellung der Aktorsignale genutzt. Die Aktorsignale gelangen über die Schalteinheit 12 zur Elektrode. Die elektrische Energiezuführung für die Informationsverarbeitungseinheiten ist nicht dargestellt.In Fig. 2, the clocked connection of the guide electrodes 7.1 of the guide mechanism 6 is illustrated with the sensor transducer element or the program-controlled voltage source. Each guide electrode 7.1 is connected via a switch unit 12 to the sensor transducer element and transducer 13 and a processor 14. About the feedback from the sensor transducer element and transducer 13 to the switching unit 12 dio supply electric source power for the sensor function 9 is clocked. About the feedback from the processor 14 to the switch unit, the switch between sensor function and actuator function is made. The processors 14 of the elements communicate with their host computer 10. The desired data are used in the actuator 15, a program-controlled voltage source, using electrical source energy for the actuator function 11 to provide the actuator signals. The actuator signals pass via the switching unit 12 to the electrode. The electric power supply for the information processing units is not shown.
Die Fig. 3 zeigt eine vereinfachte Darstellung der auf eine Objektelektrode 7.2 durch Führungselektroden 7.1 ausgeübten Kraftwirkungen. Die mit der programmgesteuerten Spannungsquelle U2 verbundene Führungselektrode 7.1 ist von der Objektelektrode 7.2 vollständig überdeckt und arbeitet als Sensor zur Ermittlung des Abstandes der Elektroden und bewirkt die Kraft F2 auf das Objekt. Bei der Darstellung wurde zur Veranschaulichung von einer zentralen Kräftegruppe ausgegangen, um zu zeigen, daß ein Kräftegleichgewicht in z-Richtung hergestellt werden kann. Die mit den programmgesteuerten Spannungsquellen U1 und U3 verbundenen Elektroden bestimmen durch ihre Wirkung hauptsächlich die Kräfte in tangentialcr Richtung x. Die Summe aller Momente bezüglich einer Objektelektrode 7.2 ist im allgemeinen nicht Null. Die Verhinderung seiner Verdrehung erfolgt durch das Nachbarelement.FIG. 3 shows a simplified representation of the force effects exerted on an object electrode 7. 2 by guide electrodes 7. 1. The guide electrode 7.1 connected to the program-controlled voltage source U 2 is completely covered by the object electrode 7.2 and works as a sensor for determining the distance of the electrodes and causes the force F2 on the object. The illustration is based on the illustration of a central group of forces in order to show that an equilibrium of forces in the z-direction can be established. The electrodes connected to the program-controlled voltage sources U 1 and U 3 primarily determine the forces in the tangential direction x by their action. The sum of all moments with respect to an object electrode 7.2 is generally not zero. The prevention of its rotation is carried out by the neighboring element.
Fig.4 zeigt die Anordnung von Elektrodengruppen 18,19 auf einem Führungsmechanismus 6 und die Steuerung der Führungselektroden 7.1 mit Hilfe eines Multiprozessorsystems. Die Elektrodengruppen 18,19 sind hinsichtlich der Hauptabmessungen ihrer Führungselektroden 7.1 senkrechtzueinander angeordnet. Jede Führungselektrode7.1 steht mit einer Einheit 16, bestehend aus einer Schaltereinheit 12, einem Sensor-Wandlerelement und Meßwertumformer 13, einem Prozessor 14 und einem Stellglied 15 (die Einzelelemente sind nicht dargestellt) in Verbindung. Im Beispiel sind je zwei Elektrodengruppen 18,19 mit einem Rechner 17 verbunden. Deren Verbindung zum Leitrechner 10 ist nicht dargestellt. Der angegebene Führungsmechanismus 6 ist geeignet, zwei Objekte zeitlich parallel und voneinander unabhängig zu führen. Die Struktur der Grundfläche eines Objektes 1 ist nur angedeutet. Durch die Anordnung der Elementegruppen wird das Objekt 1 vorteilhaft in x- und y-Richtung bewegt, und eine Verdrehung wird in der Fläche verhindert. Die Fig.5 zeigt die Anordnung von Elektrodengruppen 18,19 auf dem Führungsmechanismus 6 für den Fall, daß die Genauigkeitsanforderungen in Bereichen des Führungsmechanismus 6 unterschiedlich sind. Das Objekt 1 weist Objektelektroden 7.2 in gleichem Abstand auf. Demgegenüber sind die Abstände zwischen den Führungselektroden 7.1 des Führungsmechanismus 6 unterschiedlich groß. Unter Nutzung von Führungselektroden 7.1 mit engem Elektrodenabstand wird das Objekt 1 in acht Phasen um einen Schritt bewegt.4 shows the arrangement of electrode groups 18, 19 on a guide mechanism 6 and the control of the guide electrodes 7.1 by means of a multiprocessor system. The electrode groups 18,19 are arranged perpendicular to each other with respect to the main dimensions of their guide electrodes 7.1. Each guide electrode 7.1 is connected to a unit 16 consisting of a switch unit 12, a sensor transducer element and transducer 13, a processor 14 and an actuator 15 (the individual elements are not shown). In the example, two electrode groups 18, 19 are each connected to a computer 17. Their connection to the host computer 10 is not shown. The indicated guide mechanism 6 is suitable for guiding two objects parallel in time and independently of one another. The structure of the base of an object 1 is only hinted at. The arrangement of the element groups, the object 1 is advantageously moved in the x and y directions, and rotation is prevented in the area. FIG. 5 shows the arrangement of electrode groups 18, 19 on the guide mechanism 6 in the event that the accuracy requirements in areas of the guide mechanism 6 are different. The object 1 has object electrodes 7.2 at the same distance. In contrast, the distances between the guide electrodes 7.1 of the guide mechanism 6 are different in size. Using guide electrodes 7.1 with narrow electrode spacing, the object 1 is moved in eight phases by one step.
In Fig. 6 wird ein Muster von Elektrodengruppen 18,19 auf dem Führungsmechanismus 6 gezeigt, das in zwei Schichten angeordnet ist. Im Beispiel ist die x-Elektrodengruppe 18 leistungsmäßig bevorzugt auf Grund ihres geringeren Abstandes zum Objekt 1, außerdem wird die Wirkung der y-Elektrodengruppe 19 durch die abschirmende Wirkung der x-Elektrodengruppe 18 vermindert. Die gezeigte Trennung der x-Elektrodengruppe 18 in zwei von beiden Seiten des Führungsmechanismus 6 zu versorgende Bereiche verdeutlicht, daß auch bei einer einfachen und allgemein anwendbaren Struktur der Führungselektroden 7.1 eine Objektführung im Raum ermöglicht wird.In Fig. 6, a pattern of electrode groups 18, 19 is shown on the guide mechanism 6 arranged in two layers. In the example, the x-electrode group 18 is preferred in terms of performance due to its smaller distance from the object 1, and the effect of the y-electrode group 19 is reduced by the shielding effect of the x-electrode group 18. The shown separation of the x-electrode group 18 in two areas to be supplied from both sides of the guide mechanism 6 makes it clear that even with a simple and generally applicable structure of the guide electrodes 7.1, object guidance in the space is made possible.
Die leitende Verbindung zwischen Elektroden einer Elektrodengruppe 18,19 kann in einer Schicht technologisch gleichzeitig mit den Elektroden gefertigt werden. Die störenden Wirkungen sind auf Grund kleiner erforderlicher Leitungsquerschnitte gering. Durch Anlegen unterschiedlicher Poteniale kann selbst im Zusammenwirken mit einer streifenförmigen Elektrodengrupp ^ 18,19 des Führungsmechanismus 6 mit Isolationsschicht 8 eine Objektdrehung in der Grundfläche des Objekts 1 erfolgen. Werden unisoliert angeordnete Elektroden neben isoliert angeordneten Führungselektroden 7.1 und Objektelektroden 7.2 angeordnet, wird eine Leistungssteigerung bei der Realisierung eines Antriebs erreicht durch Übergabe von Ladungsträgern auf Objektelektroden 7.2 ohne Leistungsverbindungen zum Objekt 1.The conductive connection between electrodes of an electrode group 18, 19 can be fabricated in one layer technologically simultaneously with the electrodes. The disturbing effects are low due to small required line cross sections. By applying different potentials, an object rotation in the base area of the object 1 can take place even in cooperation with a strip-shaped electrode group 18, 18 of the guide mechanism 6 with insulation layer 8. If electrodes arranged uninsulated are arranged next to insulated guide electrodes 7.1 and object electrodes 7.2, an increase in performance in the realization of a drive is achieved by transfer of charge carriers to object electrodes 7.2 without power connections to the object 1.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD33736890A DD291720A5 (en) | 1990-01-29 | 1990-01-29 | DEVICE FOR TIMELY PARALLEL, OF INDEPENDENT HANDLING OF SMALL OBJECTS |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD33736890A DD291720A5 (en) | 1990-01-29 | 1990-01-29 | DEVICE FOR TIMELY PARALLEL, OF INDEPENDENT HANDLING OF SMALL OBJECTS |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DD291720A5 true DD291720A5 (en) | 1991-07-11 |
Family
ID=5616120
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DD33736890A DD291720A5 (en) | 1990-01-29 | 1990-01-29 | DEVICE FOR TIMELY PARALLEL, OF INDEPENDENT HANDLING OF SMALL OBJECTS |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DD (1) | DD291720A5 (en) |
-
1990
- 1990-01-29 DD DD33736890A patent/DD291720A5/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2209203B1 (en) | Piezo linear drive with a group of piezo stack actuators | |
| EP3871325B1 (en) | Method for driving a rotor of a planar drive system | |
| DE102017131304A1 (en) | stator module | |
| EP0792203B1 (en) | Electromechanical positioning unit | |
| DE69604015T2 (en) | Electrostatic actuator with different electrode spacing | |
| DE102018117981A1 (en) | Stator unit and stator module | |
| DE102004048183A1 (en) | planar motor | |
| DE102015004582A1 (en) | Device for holding, positioning and moving an object | |
| DE102018129732A1 (en) | Device and method for avoiding a collision when driving at least two movers on a drive surface | |
| WO2017025136A1 (en) | Positioning system comprising a magnet arrangement | |
| DE69008654T2 (en) | Linear motor and positioning device provided with at least one linear motor. | |
| DD291720A5 (en) | DEVICE FOR TIMELY PARALLEL, OF INDEPENDENT HANDLING OF SMALL OBJECTS | |
| WO1990009059A1 (en) | Dielectric micromechanical element | |
| WO2020239930A1 (en) | Transport device | |
| DD294140A5 (en) | ELECTROSTATIC DRIVE WITH INTEGRATED GUIDANCE | |
| DE202019000816U1 (en) | Planar rotor position measuring system | |
| DE19530341A1 (en) | Electrodynamic two=coordinate drive for generation of thrust in two directions e.g. for robotics engineering | |
| EP2943988B1 (en) | Method and device for producing a multi-layer electrode system | |
| DE102018125471A1 (en) | Transport system | |
| DE10044887A1 (en) | Micromechanical drive to transport or position bodies; has actuators controlled in groups, each with leaf-spring type structure arranged in magnetic field and having electrical contacts on both sides | |
| US20080224565A1 (en) | Electrostatic actuator | |
| DE102020201241B4 (en) | MICROELECTRO-MECHANICAL DRIVE FOR MOVING OBJECTS | |
| EP0991110B1 (en) | Mounting assembly for semiconductors with a chip gripper | |
| DE19712893A1 (en) | Asynchronous multi-coordinate drive | |
| DE102021100200A1 (en) | Surface motor and method for driving a surface motor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WEVS | Restitution into prior status | ||
| RPI | Change in the person, name or address of the patentee (searches according to art. 11 and 12 extension act) | ||
| ENJ | Ceased due to non-payment of renewal fee |