DD300498A7 - Einrichtung zur positionierung eines objektes - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Positionierung eines Objektes, insbesondere zur Feinpositionierung von Baugruppen von Praezisionsgeraeten in ein oder zwei Koordinaten mit einer Einstellgenauigkeit von 10 nm im Stellbereich bis zu 0,2 mm mit einer Zeitstabilitaet bis zu 2 min. Die Erfindung besteht darin, dasz die Einrichtung aus einem in Pendelstuetzen gelagerten Objekttisch besteht, der in den zu positionierenden Koordinatenrichtungen an nicht seitenstabile elastische Schubstangen angekoppelt ist. Die vom Objekttisch abgewandten Enden der Schubstangen sind jeweils in einem senkrecht zur Koordinatenrichtung beweglichen Element eingespannt, wobei der Ankoppelpunkt der jeweiligen Schubstange am Objekttisch und am beweglichen Element einen Versatz in Richtung senkrecht zur positionierenden Koordinatenrichtung aufweist. Das besagte bewegliche Element ist jeweils Bestandteil eines Federparallelogramms, dessen Federelemente in Richtung der jeweiligen Koordinatenrichtung angeordnet sind, und dessen gestellfeste Lagerungen in der Naehe des jeweiligen Ankoppelpunktes der Schubstange angeordnet sind. Das bewegliche Element selbst ist an ein Antriebselement angekoppelt. Fig. 1{Positionierung; Objekttisch; Koordinaten; Zeitstabilitaet; Pendelstuetzen; Schubstangen; Ankoppelpunkt; Versatz; Federparallelogramm; Antriebselement}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Dia Erfindung ist zur P jsitionlorung eines Objektes anwendbar, insbesondere zur Feinstpositionierung von Baugruppen von Präzisionsgeräten in ein oder zwei Koordinaten.

Charakteristik der bekannten technischen Losungen

In der Feingerätetechnik sind eine Vielzahl von Lösungen zur Positionierung «ines Objektes in einer oder mehrerer Koofdinatenrichtungen bekannt.

In OD 236827 A1 ist eine Feinpositioniercinrichtung für einen Mikroskoptisch beschrieben, für die ein Antrieb nach dem Prinzip der thermischen Ausdehnung vorgesehen ist. Eino in zwei Richtungen arbeitende Feinjustiereinrichtung nach DE 2733924 A1 arbeitet mit piezoelektrischen Antrieben. Ein weiteres in DE 2854856 A1 beschriebenes Hochleistungspräzisionsjustiergerät weist einen pneumatischen Anirieb auf.

Nachteilig bei diesen Lösungen ist, daß sie aufwendige elektrische Ansteuerungen sowie Medienversorgungen erfordern, und daß sie nur im ausgeregelten Zustand zeitstabile und nachwirkungsfreie Posh ionsstellwerte erreichen. Bekannte Positioniereinrichtungen mit mechanischen Stellgliedern, wie zum Beispiel die in Hildebrandt, Feinmechanische Bauelemente/ VEB Verlag Technik Berlin Abschnitt „Bewegungsschrauben" Seite 274 beschriebenen Feinstellgetriebe, eine feinpositionierende Justiervorrichtung nach DD 249989 A1 und eine Lösung für einen Kreuztisch nach DD 248487 A1 sind auf Grund ihres Wirkprinzipes nicht zurzeitstabilen und nachwirkungsfreien Positionseinstellung mit einer Genauigkeit im Bereich von 10nm für den kleinsten Zusteüwen anwendbar.

Ziel der Eifindung

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer im Aufbau einfachen funktionssicheren und in der Herstellung kostengünstigen und wenig materialintensiven Positioniereinrichtung.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu entwickeln, die eine zoitstabilo Feinpositionierung eines Objektes für Stellwerte bis 10nm in einem Bereich von 0,2 mm ohne erkennbare Umkehrspanne für die Dauer von mindestens 2min ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Einrichtung aus einem in Pendelstützen gelagerten Objekttisch besteht, der in den zu positionierenden Koordinatenrichtungen an nicht seitenstabik/ elastische Schubstangen angekoppelt ist. Die vom Objekttisch abgewandten Enden der Schubstangen sind jeweils in einem senkrecht zur Koordinatenrichtung beweglichem Element eingespannt, wobei der Ankoppelpunkt der jeweiligen Schubstange am Objekttisch und am beweglichen Element einen Versatz in Richtung senkrecht zur positionierenden Koordinatenrichtung aufweist.

Das besagte bewegliche Element ist jeweils Bestandteil eines Federparallelogramms, dessen Federelemente in Richtung der jeweiligen Koordinatenrichtung angeordnet sind, und Jessen gestellteste Lagerungen in der Nähe des jeweiligen Ankoppelpunktes der Schubstange angeordnet sind. Das bewegliche Element selbst ist an ein Antriebselement angekoppelt. Über das Antriebselement, welches im einfachsten Fall für Handbetrieb eine Stellschraube sein kann, wird durch das bewegliche Element in stark untersetzter Form über die nicht seitenstabilen Schubstangen eine Positionierung des elastisch gelagerten Tisches möglich. Für eine Zweikoordinatenverstellung können vorteilhaft zwei Schubstangen vorgesehen sein, deren Wirkungsrichtungen senkrecht zueinander stehen. Um den, insbesondere bei Handbetrieb, erforderlichen Kraftschluß für alle beweglich angelenkten Bauteile zu erreichen, ist es günstig jeweils in Wirkungsrichtung der Schubstangen und in Bewegungsrichtung der Elemente im Gestell befestigte Zugfedern vorzusehen. Zur Realisierung einer automatisierten Positionierung kann dan bewegliche Element an einen meßgesteuerten An !rieb angekoppelt ein, welcher zum Zwecke einer numerisch gesteuerten Positionierung mit einem Rechner in Verbindung stehen kann.

Durch geeignete Wahl dor Länge der Schubstangen und der Größe des Versatzes der Ankoppslpunkte, ist es durch die Einrichtung möglich, innerhalb des Stellbereiches einen geradlinigen Ablauf und ein quasilineares Antriebsverhalten zu erreichen. Durch thermische Einflüsse hervorgerufene Längenänderungen am Federparallelogramm und an den Schubstangen kompensieren sich und erzeugen keine Änderung des Stellwertes. Die Positioniereinrichtung arbeitet wartungsfrei und benötigt bei Positionierung von Hand keine Hilfsenergie und Versorgungsmedien.

Ausfuhrungsbaisplel

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei Figuren erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. 1: Schnitt durch die erfindungsgemäße Positioniereinrichtung mit Verstellantrieb für eine Richtung, Fig. 2: Ansicht des Objekttisches mit Ankopplung der Schubstangen für die Verstellung in zwei Koordinaten.

Fig. 1 zeigt ein in vier Pendelstützen 2 elastisch gelagerten Objekttisch 1. Der Objekttisch 1 ist über eine Schubstange 3 mit einem Federparallelogramm 4 verbunden. Das Festlager 5 des Federparallologramms 4 befindet sich in unmittelbarer Nähe des Ankoppelpunktes β der Schubstange 3 an den Objekttisch 1. Das bewegliche Element 7 winJ über eine Feinstellschraube 8

angetrieben. Der Kraftschluß aller beweglich gelagerten Teile wird durch die Zugfedern 9 und 10 gesichert. Der

Ankoppelpunkt 11 der Schubstange 3 liegt um den Betrag a tiefer als der Ankoppelpunkt 6 der Schubstenge 3 an den Objekttisch 1. Dadurch wird bei geeigneter Dimensionierung ein quasilinearer Vorschub erreicht. Fig. 2 zeigt den Objekttisch 1 in der Draufsicht, die Anordnung der vier Pendelstützen 2 und die Wirkungsweise der Schubstangen 3 und 12. Die Feinstpositionierung des Objektt'sches 1 in zwei Koordinaten erfolgt über die beiden Schubstangen 3 und 12, die jeweils in Schubrichtung als starre Stäbe u"-< rechtwinklig zur Schubrichtung als elastische Bauelemente wirken.

Claims (4)

1. Einrichtung zur Positionierung eines Objektes, bestehend aus einem Objekttisch, der in Pendelstützen elastisch gelagert und in den zu positionierenden Koordinatenrichtungen beweglich angeordnet isi, dadurch gekennzeichnet,

daß der Objekttisch (1) in den Koordinatenrichtungen an nicht seitenstabile elastische Schubstangen (3), (12) angekoppelt ist,

daß die vom Objekttisch (1) abgewandten Enden der Schubstangen (3), (12) jeweils in einem senkrecht zur Koordinatenrichtung beweglichem Element (7) eingespannt sind, wobei der Ankoppelpunkt (6) der jeweiligen Schubstange (3), (12) am Objekttisch (1) und der jeweilige Ankoppelpunkt (11) am beweglichen Element (7) einen Vorsatz (a) in Richtung senkrecht zur positionierenden Koordinatenrichtung aufweist,

daß das bewegliche Element (7) jeweils Bestandteil eines Federparallelogramms (4) ist, dessen Federelemente in Richtung der jeweiligen Koordinatenriahtung angeordnet sind, und dessen gestellfeste Lagerungen in der Nähe des jeweiligen Ankoppelpunktes (11), der Schubstange (3),

(12) angeordnet sind,

und daß das bewegliche Element (7) an ein Antriebiielement (8) angekoppelt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß zwei Schubstangen (3), (12) vorgesehen sind, deren Wirkungsrichtungen senkrecht zueinander stehen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

daß jeweils in Wirkungsrichtung der Schubstangen (3), (12) und in Bewegungsrichtung der Elemente (7) im Gestell befestigte Zugfedern (9), (10) vorgesehen sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

daß als Antriebseiement ein meßgesteuerter Antrieb vorgesehen ist, der vorzugsweise mit einem Rechner in Verbindung steht.