DE10110310B4 - Manipulator and method for operating a submicron manipulator - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Manipulator, sowie ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Manipulators, zur Manipulation von beliebigen Gegenständen im Mikro und/oder im Submikro-Bereich, wobei an dem zu verstellenden Element mindestens drei Manipulatorstangen ansetzen, die in ihrer axialen Richtung von jeweils einer Stelleinheit beaufschlagt sind, und dass jede Manipulatorstange der Gestalt von der Stelleinheit in axialer Richtung beaufschlagt wird, dass eine gesteuerte Durchbiegung der Manipulatorstange erfolgt. Bevorzugt wird hierbei, dass jede der drei Manipulatorstangen auch drehbar ausgebildet ist, so dass ein Sechs-Achsen-Manipulator gebildet wird. Das Verfahren zum Betrieb des Manipulators dient zur optischen Ausrichtung und Befestigung von insbesondere quaderförmigen Anzeigeelementen auf optischen Ablenkelementen zur Herstellung digitaler Belichtungen, wobei eine räumliche Justage der Anzeigeelemente um mindestens drei Verschiebeachsen vorgesehen ist und mindestens eine geeignete Bohrung am Anzeigeelement und/oder am Anzeigeelementhalter zunächst mit einem flüssigen oder pasteusen Befestigungsmittel aufgefüllt wird, danach mindestens ein zugeordneter Positionsstift am Anzeigeelement und/oder am Anzeigeelementhalter die jeweilige passende Bohrung eingeführt wird, anschließend die räumliche Justage des Anzeigeelementes mittels des Manipulators durchgeführt wird und danach das flüssige oder pasteuse Befestigungsmittel derart in die feste Phase überführt wird, dass das justierte Anzeigeelement im wesentlichen in seiner Position verbleibt. Vorteil der Erfindung ist eine wesentlich genauere, spielfreiere, schnellere und insbesondere auch relativ von der Temperatur unabhängigere Verstellung von beliebigen Gegenständen im Mikro und im Submikro-Bereich.The invention relates to a manipulator, as well as a method for operating such a manipulator, for manipulating any objects in the micro and / or submicron range, wherein attach to the element to be adjusted at least three manipulator rods, in its axial direction of each one actuator are acted upon, and that each manipulator rod of the shape is acted upon by the actuator in the axial direction, that a controlled deflection of the manipulator rod takes place. It is preferred here that each of the three manipulator rods is also rotatable, so that a six-axis manipulator is formed. The method for operating the manipulator is used for optical alignment and attachment of particular cuboid display elements on optical deflection elements for producing digital exposures, wherein a spatial adjustment of the display elements is provided by at least three displacement axes and at least one suitable bore on the display element and / or on the display element holder initially a liquid or pasty fastener is filled, then at least one associated position pin on the display element and / or the display element holder the respective matching hole is introduced, then the spatial adjustment of the display element is performed by the manipulator and then the liquid or pasteuse fastener so in the solid phase is transferred, that the adjusted display element remains substantially in its position. Advantage of the invention is a much more accurate, backlash, faster and in particular also relatively independent of the temperature adjustment of any objects in the micro and submicron range.
Description
Die Erfindung betrifft einen Manipulator, sowie ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Manipulators nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a manipulator, and a method for operating such a manipulator according to the preamble of
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel bezieht sich darauf, dass ein Anzeigeelement, insbesondere ein LCD-Anzeigeelement an einer Halterung in besonders genauer Weise befestigt wird, nämlich im Submikro-Bereich.The present invention will be described below with reference to a preferred embodiment. This embodiment relates to the fact that a display element, in particular an LCD display element is attached to a holder in a particularly accurate manner, namely in the submicron range.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt. Es können beliebige Gegenstände im Mikro und im Submikro-Bereich mit einem derartigen Manipulator manipuliert und gegebenenfalls auch montiert werden.However, the invention is not limited to this application. Any objects in the micro and submicron range can be manipulated with such a manipulator and possibly also mounted.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel und dessen Beschreibung ist also auf keinen Fall beschränkend für die Art und Ausbildung, sowie für den Betrieb des Manipulators gedacht.The present embodiment and the description thereof is therefore by no means intended to limit the type and design, as well as for the operation of the manipulator.
Nach dem Stand der Technik werden derartige Manipulationen für kleine Gegenstände mit Hilfe von zueinander bewegbaren Schlitteneinheiten bewerkstelligt.In the prior art, such manipulations for small objects are accomplished by means of mutually movable carriage units.
Hierbei ist es bekannt, jeweils einen Schlitten in einer Raumachse bewegbar auszugestalten, wobei zum Beispiel ein 3-Schlitten-System für die Bewegung des Manipulators in drei verschiedenen Raumachsen vorgesehen ist. Läßt sich diese Drei-Schlitten-Anordnung noch in einer Drehachse drehen, sind insgesamt vier Raumachsen damit manipulierbar.It is known, in each case to design a carriage movable in a spatial axis, wherein, for example, a 3-slide system is provided for the movement of the manipulator in three different spatial axes. If this three-slide arrangement can still be rotated in one axis of rotation, a total of four spatial axes can thus be manipulated.
Ebenso gibt es Schlittenantriebe, die insgesamt sechs Achsenverstellungen ermöglichen, wobei also in drei Raumachsen die Schlitten jeweils zueinander verschiebbar sind, während jedem Schlitten noch eine zusätzliche Drehung zugeordnet werden kann.Likewise, there are carriage drives, which allow a total of six axis adjustments, so in each case the carriages are displaceable relative to each other in three spatial axes, while each carriage can be assigned an additional rotation.
Dieses Verstellprinzip wird nachfolgend als Sechs-Achsen-Verstellprinzip bezeichnet.This adjustment principle is hereinafter referred to as six-axis adjustment principle.
Die
Demnach sind an dem zu verstellenden Gegenstand mindestens drei Manipulatorstangen zueinander senkrecht angeordnet und derart von einer Stelleinheit in axialer Richtung beaufschlagt, dass eine gesteuerte Durchbiegung der Manipulatorstangen erfolgt, wobei die Manipulatorstangen mit ihrem gegenüberliegenden Ende jeweils mit einer Stelleinheit verbunden sind und von dieser mindestens in axialer Richtung vorgespannt und mit einer axialen Vorspannungskraft versehen sind, wobei mindestens eine der Manipulatorstangen eine senkrecht hierzu wirksame Manipulatorstange auslenkt.Accordingly, at least three manipulator rods are mutually perpendicular to the object to be adjusted and acted upon by an actuator in the axial direction, that a controlled deflection of the manipulator rods takes place, the manipulator rods are connected at its opposite end in each case with an actuating unit and from this at least in the axial Direction biased and are provided with an axial biasing force, wherein at least one of the manipulator rods deflects a perpendicular thereto effective manipulator rod.
Allerdings besteht dort der Nachteil, dass eine breite und raumgreifende Anordnung für den zu bewegenden Gegenstand notwendig ist, weil die für den Bewegungsantrieb des Gegenstandes in allen 3 Raumachsen ausgerichteten Manipulatorstangen einen großen Platzbedarf haben.However, there is the disadvantage that a wide and expansive arrangement for the object to be moved is necessary because the aligned for the movement drive of the article in all three spatial axes manipulator rods have a large footprint.
Der Erfindung liegt deshalb ausgehend von dieser Druckschrift die Aufgabe zugrunde, einen Manipulator zur Manipulation von beliebigen Gegenständen im Mikro- und/oder im Submikro-Bereich so weiterzubilden, dass er mit seinen Manipulatorstangen einen geringeren Platzbedarf einnimmt.The invention is therefore based on this document based on the object, a manipulator for the manipulation of arbitrary objects in the micro and / or submicron range so educate that he occupies a smaller footprint with his manipulator rods.
Die Erfindung geht bevorzugt von einem derartigen Sechs-Achsen-Manipulator aus, und hat sich zum Ziel gesetzt, einen geringeren Raumbedarf zur ermöglichen. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre des Anspruches 1 gekennzeichnet.The invention is preferably based on such a six-axis manipulator, and has set itself the goal to allow a smaller space requirement. To solve the problem, the invention is characterized by the technical teaching of
Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, dass eine Richtungsumkehr oder Bewegungsumkehr stattfindet, weil beispielsweise die seitlichen und unten angreifenden Manipulatorstangen umgelenkt werden und demzufolge auch achsparallel zu den übrigen Manipulatorstangen angeordnet sind und deshalb einen geringeren Raumbedarf benötigen.An essential feature of the invention is that a reversal of direction or reversal of motion takes place, for example, because the lateral and bottom attacking manipulator rods are deflected and are therefore arranged axially parallel to the other manipulator rods and therefore require less space.
Damit wird der Vorteil erreicht, dass alle Manipulatoren in einem einzigen Gehäuse achsparallel angeordnet werden können und damit der Manipulatorblock wesentlich kleiner ausgebildet ist. Damit ist es erstmals möglich, ein optisches Display von z. B. 1/2 Zoll anzusteuern. Thus, the advantage is achieved that all manipulators can be arranged axially parallel in a single housing and thus the manipulator block is designed substantially smaller. This makes it possible for the first time, an optical display of z. B. 1/2 inch to drive.
Die Erfindung schlägt somit vor, mindestens die seitlich abragenden Manipulatorstangen so umzulenken, dass sie achsparallel zu den anderen liegen.The invention thus proposes to divert at least the laterally projecting manipulator rods so that they lie axially parallel to the other.
Es wird bevorzugt, wenn an dem zu verstellenden Gegenstand insgesamt mindestens drei Manipulatorstangen ansetzen, die in ihrer axialen Richtung von jeweils einer Stelleinheit beaufschlagt sind, und dass jede Manipulatorstange derart von der Stelleinheit in axialer Richtung beaufschlagt wird, dass eine gesteuerte Durchbiegung der Manipulatorstange erfolgt.It is preferred if a total of at least three manipulator rods attach to the object to be adjusted, which are acted upon in its axial direction by one actuator, and that each manipulator rod is acted upon by the actuator in the axial direction, that a controlled deflection of the manipulator rod takes place.
Es wurden relativ starre Stangen verwendet, die fest an ihrem einen Ende an dem zu verstellenden Gegenstand oder einem zwischengeschalteten Greifer angreifen und die an ihrem gegenüberliegenden Ende jeweils mit einer Stelleinheit verbunden sind, welche Stelleinheit die Manipulatorstange mindestens in axialer Richtung vorspannt.Relatively rigid rods have been used which firmly engage at one end on the object to be adjusted or an intermediate gripper and which are each connected at their opposite end to an actuator, which actuator biases the manipulator rod at least in the axial direction.
Es werden also insgesamt sechs Translationsbewegungen in unterschiedlichen Achsen und Raumrichtungen auf das zu verstellende Element übertragen, welches damit frei im Raum verkippbar, drehbar und bewegbar ist.Thus, a total of six translational movements in different axes and spatial directions are transmitted to the element to be adjusted, which thus freely tiltable in space, is rotatable and movable.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Anordnung von insgesamt sechs Manipulatorstangen die im gegenseitigen Abstand und in unterschiedlichen Raumrichtungen an den zu verstellenden Element angreifen, beschränkt.However, the invention is not limited to the arrangement of a total of six manipulator rods which engage at mutual distance and in different spatial directions of the element to be adjusted.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Anzahl der Manipulatorstangen wesentlich verringert ist und dass jeder Manipulatorstange noch zusätzlich zu ihrer axialen Längsverstellung auch noch eine Drehbewegung zugeordnet wird.In another embodiment of the invention, it may be provided that the number of manipulator rods is substantially reduced and that each manipulator rod is still assigned a rotational movement in addition to its axial longitudinal adjustment.
Eine Drehbewegung kann also unmittelbar von der Stelleinheit ausgeübt werden, die in dem ersten Ausführungsbeispiel nur der rein translatorischen Stellbewegung dient, während im zweiten Ausführungsbeispiel diese Stelleinheit sowohl eine translatorische Längsbewegung als auch zusätzlich eine Drehbewegung ausführen kann.A rotational movement can thus be exerted directly by the actuator, which only serves in the first embodiment, the purely translatory actuating movement, while in the second embodiment, this actuator can perform both a translational longitudinal movement and in addition a rotational movement.
Im letzt genannten Ausführungsbeispiel, bei dem der translatorischen Stelleinheit noch zusätzlich eine Drehbewegung zugeordnet wird, sind anstatt der vorher genannten drei nun sechs Manipulatorstangen vorgesehen.In the last-mentioned embodiment, in which the translational actuating unit is additionally assigned a rotational movement, six manipulator rods are now provided instead of the aforementioned three.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben, welches sich darauf bezieht, dass ein LCD-Anzeigeelement mittels eines Manipulators an einem optischen Ablenkelement befestigt wird und die Befestigung in der Weise fixiert wird, dass sie im justierten Zustand unveränderlich bleibt.In the following, the invention will be described with reference to an embodiment, which refers to the fact that an LCD display element is attached by means of a manipulator to an optical deflector and the attachment is fixed in such a way that it remains invariable in the adjusted state.
Insbesondere wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben, welches sich darauf bezieht, dass an einem derartigen optischen Ablenkelement (z. B. einem Farbteilewürfel, einem Penta-Prisma oder allgemein einem Prisma) insgesamt drei derartige Anzeigeelemente montiert werden.In particular, the invention will be described with reference to an exemplary embodiment which relates to a total of three such display elements being mounted on such an optical deflection element (eg a color subcube, a penta prism or in general a prism).
In der
Bisher gelang diese hochgenaue Montage nicht in ausreichendem Maße, so dass es zu unzuträglichen optischen Farbsäumen kam, die bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung vermieden werden.So far, this high-accuracy assembly has not succeeded sufficiently, so that there were adverse optical color fringes, which are avoided in the method according to the present invention.
Die Erfindung bezieht sich also nicht nur auf die Ausbildung eines Manipulators zur Montage derartiger Anzeigeelemente an einem derartigen optischen Ablenkelement, sondern darüber hinaus auch noch auf ein Verfahren, mit dem es gelingt, den Manipulator, insbesondere die Stelleinheiten, so zu regeln, dass mit Sicherheit optische Verzerrungen, insbesondere optische Farbsäume vermieden werden.The invention thus relates not only to the formation of a manipulator for mounting such display elements on such an optical deflecting element, but also also to a method with which it is possible to control the manipulator, in particular the actuators so that with certainty optical distortions, in particular optical color fringes are avoided.
Dadurch werden die Justage- und Kalibrierzeiten wesentlich vermindert.As a result, the adjustment and calibration times are significantly reduced.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur optischen Ausrichtung und Befestigung von Anzeigeelementen auf optischen Ablenkelementen zur Herstellung von digitalen Projektoren beziehungsweise allgemein zur digitalen Belichtung. Bei der Projektion von Farbbildern mittels R(Rot)-, G(Grün)- und B(Blau)-Zellen in Form von Durchlicht-LCDs, von reflektierenden LCDs, von LCOS (Liquid Crystal on Silicon) und von DMDs (digital micromirror-devices; eingetragene TM trade mark der Firma Texas Instruments) müssen diese auf den optischen Ablenkelementen beziehungsweise Farbteilerwürfeln, wie Prismen, dem Penta-Prisma und dergleichen Elementen relativ zu den Lichtquellen und diversen Linsen exakt justiert und fixiert werden. The invention relates to a device and a method for optical alignment and attachment of display elements on optical deflection elements for the production of digital projectors or generally for digital exposure. In the projection of color images by means of R (red), G (green) and B (blue) cells in the form of transmitted light LCDs, reflective LCDs, LCOS (Liquid Crystal on Silicon) and DMDs (digital micromirror). Devices; registered TM trade mark of the company Texas Instruments) must be exactly adjusted and fixed on the optical deflection elements or color splitter cubes, such as prisms, the penta-prism and the like elements relative to the light sources and various lenses.
Die Vorrichtung und das Verfahren zur optischen Ausrichtung wird durch ein Sechs-Achsen-Manipulationsgestänge realisiert, wobei jedes Gestänge mit einer Stelleneinheit gekoppelt ist. Die Manipulationsgestänge sind derart dimensioniert, dass spielfrei Zug- und Druckbewegungen auf die jeweils angekoppelten Punkte auf den Anzeigeelementgreifern ausgeübt werden können und durch eine geeignete Wahl der Gestänge-Länge und des Gestänge-Durchmessers eine räumliche Justage um drei Verschiebeachsen und drei Drehachsen möglich ist und die Gestänge seitliche Verbiegungen spielfrei ermöglichen.The apparatus and method for optical alignment is realized by a six-axis manipulation linkage, wherein each linkage is coupled to a job unit. The manipulation linkage are dimensioned such that play and tensile movements on the respective coupled points on the display element grippers can be exercised and by a suitable choice of linkage length and linkage diameter, a spatial adjustment about three displacement axes and three axes of rotation is possible and the Linkage allow lateral deflections without play.
Weiters wird ein Verfahren zur klebetechnischen Fixierung von jeweils typischerweise vier dünnen Positionsstiften in entsprechend großen Bohrungen in den vier Ecken der Anzeigeelementhalter derart ausgeführt, dass ein geeigneter Kleber vorab in die Bohrungen appliziert wird und nach dem Positionieren und Justieren der Anzeigeelemente zu den optischen Ablenkelementen mittels UV-Licht rasch ausgehärtet und damit bleibend befestigt wird. Derart können insbesondere thermische Ausdehnungsunterschiede und mechanisch bewirkte kleinste Verschiebungen ohne Beschädigung der verbundenen Elemente und ohne Dejustierung ausgeglichen werden. Neben der hohen Präzision und Fehlerfreiheit wird eine extrem kurze Zykluszeit für den Zusammenbau benötigt und damit eine hohe Effizienz in der Fertigung erreicht.Furthermore, a method for adhesive bonding of typically four thin position pins in correspondingly large holes in the four corners of the display element holder is carried out such that a suitable adhesive is applied in advance in the holes and after positioning and adjusting the display elements to the optical deflection by means of UV Light quickly cured and thus permanently attached. In particular, thermal expansion differences and mechanically induced smallest displacements can be compensated for without damaging the connected elements and without maladjustment. In addition to the high precision and freedom from errors, an extremely short cycle time is required for assembly, thus achieving high efficiency in production.
Das Verfahren zur Regelung des Manipulatorgestänges ist nachfolgend beschrieben:
Erfindungsgemäß werden die Anzeigeelemente in Anzeigehaltern mit Klebstoffbohrungen in dem äußeren Bereich, meist den vier Ecken, in einem Anzeigeelementgreifer zu dem optischen Ablenkelement geführt und dann mittels eines spielfreien Sechs-Achsen-Manipulatoinsgestänges computergesteuert und unter Verwendung eines CCD Elementes
According to the display elements in display holders with adhesive holes in the outer region, usually the four corners, guided in a display element gripper to the optical deflector and then computer controlled by means of a backlash six-axis Manipulatoinsgestänges and using a
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, dass mit relativ dünnen Manipulatorstangen von 1,5 mm Durchmesser eine Auslenkung von etwa 1 mm erreicht wird (durch Ansteuerung der entsprechenden Stelleinheit) und dass hierbei eine relativ geringe Masse bewegt wird, so dass eine spielfreie Einstellung des einzustellenden Elementes gegeben ist, insbesondere auch dadurch, dass die Manipulatorstangen jeweils federbelastet gegen die jeweiligen Stelleinheiten vorgespannt werden.A particular advantage of the device according to the invention is that with relatively thin manipulator rods of 1.5 mm diameter, a deflection of about 1 mm is achieved (by driving the corresponding actuator) and that in this case a relatively small mass is moved, so that a backlash-free adjustment of is given to be set element, in particular also by the fact that the manipulator rods are biased each spring-loaded against the respective actuators.
Wichtig bei der vorliegenden Erfindung ist also, dass eine definierte Durchbiegung von einzelnen Manipulatorstangen stattfindet.Important in the present invention is therefore that a defined deflection of individual manipulator rods takes place.
Es ist verständlich, wenn an dem zu verstellenden Gegenstand in unterschiedlichen Raumachsen die starren Manipulatorstangen ansetzen und lediglich eine einzige Manipulatorstange in ihrer Längsachse vorgespannt wird, dass dann der zu verstellende Gegenstand mit einer entsprechenden Vorspannungskraft derart kippt oder ausgelenkt wird, dass sich die übrigen, nicht verstellten und nicht beaufschlagten Manipulatorstangen unwillkürlich verbiegen. Es kommt also zu einer Verbiegung im Sinne eines Biegestabes, wobei die anderen Stelleinheiten noch nicht einmal mit einer Stellkraft beaufschlagt werden müssen.It is understandable if attach to the object to be adjusted in different spatial axes, the rigid manipulator rods and only a single manipulator rod is biased in its longitudinal axis, that then the object to be adjusted with a corresponding biasing force tilts or is deflected so that the rest, not Involuntarily bend manipulator bars that have not been manipulated. So it comes to a bending in the sense of a bending rod, the other actuators not even have to be acted upon by a force.
Die Länge der Stäbe ist hierbei so groß bezüglich der Verstellbewegung der jeweiligen Stelleinheit gewählt, dass die Längenverkürzung des Stabes bei der Durchbiegung praktisch vernachlässigbar ist.The length of the rods is in this case chosen so large with respect to the adjustment of the respective actuating unit that the length reduction of the rod in the deflection is practically negligible.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert, welche lediglich einen Ausführungsweg darstellen.In the following the invention will be explained in more detail with reference to drawings, which represent only one embodiment.
Es zeigen:Show it:
In
In diesem Anzeigeelementhalter
Teil des Manipulators ist nun ein sogenannter Anzeigeelementgreifer
Wichtig ist nun, dass der Anzeigeelementgreifer
In der
Genauer gesagt wird also der Anzeigeelementgreifer
Bei der Befestigung handelt es sich um eine lösbare Klemmverbindung, die während des Betriebes des Manipulators aufrechterhalten bleibt.The attachment is a releasable clamp connection that is maintained during operation of the manipulator.
Zur Verschiebung in jeder beliebigen Raumachse und zur Verdrehung des Anzeigeelementgreifers
Die Manipulatorstangen
Wie angegeben, setzt am freien hinteren Ende jeder Manipulatorstange
Die Stelleinheit wird nachfolgend anhand der
Anhand der
Wird beispielsweise die Manipulatorstange
Die mit der Durchbiegung verbundene Längenverkürzung der Manipulatorstangen
Das eine Ende jeder Manipulatorstange ist hierbei in einer Aufnahme
Selbstverständlich verbiegen sich auch alle anderen Manipulatorstangen, insbesondere die Manipulatorstangen
Die Art und das Ausmaß der Verstellung wird anhand der Regeleinrichtung nach
Wie diese lagengenaue Positionierung erfolgt, wird später noch erläutert.How this positional positioning is done, will be explained later.
Wichtig ist jedoch, wenn eine lagengenaue Positionierung erreicht wird, dass diese Positionierung sozusagen über einen aushärtbaren Klebstoff eingefroren wird.It is important, however, if positional positioning is achieved, that this positioning is frozen, so to speak, over a hardenable adhesive.
Hierzu sind folgende mechanische Elemente erforderlich:
Das optische Ablenkelement
The optical deflector
Der Rahmen
Die jeweiligen Positionsstifte
Die
Mit dem Begriff „Klebstoffbohrung” wird verstanden, dass es sich um eine nach außen gerichtete Prägung handelt, die einen radial nach außen gerichteten Kragen ausbildet, so dass diese Bohrung mit dem daran angeformten Kragen sehr leicht durch einen Klebstoff
Das Verfahren zur Positionierung der jeweiligen Anzeigeelementenhalter
Es wird hierbei vorausgesetzt, dass die Klebstoffbohrungen
Dies erfolgt bevorzugt unter Einwirkung von UV-Licht. Es können jedoch auch andere Aushärtemechanismen verwendet werden, wie zum Beispiel Wärme oder Mikrowellen. Es kann natürlich auch ein anderes Fixierelement verwendet werden, wie zum Beispiel ein aushärtendes Lötzinn, welches vorher entsprechend flüssig ausgebildet war und im übrigen kann auch eine Laserverschweißung oder eine Ultraschallverschweißung des Positionsstiftes
Aus den
Hierbei zeigen die
Es wird also neben der Längsbewegung von Manipulationsstangen
Dies erfolgt mit einer Federumlenkeinrichtung
Wenn diese Federumlenkeinrichtung
Anhand der Stelleinheit
Anhand der
Das heißt, der Klebstoff
Die Stelleinheit
An ihrem vorderen Ende sind die Stelleinheiten
Die Halterung
Der jeweilige Stellkopf
Wichtig ist, dass die Hülse
Zur spielfreien Verschiebungsführung der Hülse
Es ist also eine federgelagerte, freischwingende Halterung des Endes der Hülse
Das andere Ende der Hülse
Dieses Ende ist fest mit dem einen Ende der Manipulatorstange
Es wird nun nachfolgend eine spielfreie Vorspannung der Hülse
Das andere Federende
Damit ist die gesamte Manipulatorstange
Die Federumlenkeinrichtung
Die Federumlenkeinrichtung
Es handelt sich also um eine Kreuzfeder, wobei die Federenden dieser Kreuzfeder jeweils mit zugeordneten Schrauben an dem Rahmenteil
Die jeweiligen anderen Enden und senkrecht zueinander ausgerichteten Enden sind an der Federumlenkeinrichtung
Es handelt sich also um ein freischwingendes Teil, welches lediglich über die genannnten Federn
Der Halter
Die senkrecht zueinander angeordneten Federn
Diese Federn
Die anderen Stelleinheiten
Die Anordnung der Federumlenkeinrichtung
Anhand der
Wichtig hierbei ist, dass vor dem Anzeigeelement
Das Anzeigeelement
Das von der Lichtquelle
Nach dem Durchtritt des Lichtbündels durch das Anzeigeelement
In dieser Ebene
Es wird anhand der schematisierten Zeichnung in
Hierbei ist die Ebene
Jedes CCD-Element
Hierdurch wird also eine 1000-fach empfindlichere Abbildung eines Bildpunktes am Anzeigeelement
Diese 1000-fache Vergrößerung wird nun für die spielfreie Ansteuerung des Manipulatorgestänges verwendet.This 1000x magnification is now used for the play-free control of the manipulator linkage.
Zur Durchführung der Regelung wird nun folgendes ausgeführt:
Zuerst wird also das grüne Element focusiert und eingerichtet, das heißt, es wird in der X, Y Ebene eingerichtet und in eine Z-Richtung focussiert.To carry out the regulation, the following is now carried out:
First, the green element is focused and set up, that is, it is set up in the X, Y plane and focused in a Z direction.
Unter dem Begriff „grünes” Element wird verstanden ein Anzeigeelement
Aus Vereinfachungsgründen ist in
Alle vorgesehen 3 Anzeigeelemente
Der Einfachheit halber wird jedoch nur ein einziges Anzeigeelement
Es wird eine schwarz/weiß Abbildung der einzelnen Bildpunkte des Anzeigeelementes
Es wird dann das für die Abbildung der blauen Farbe zuständige Anzeigeelement
Dies erfolgt voll automatisch über ein entsprechendes digitales Programm, so dass also durch die Abweichung der Referenzmarkierung an Bildschirm und durch die automatische Erkennung der roten, grünen und blauen Bildpunkte und deren Differenz zur Referenzmarkierung das Manipulatorgestänge vollautomatisch angesteuert wird.This is done fully automatically via a corresponding digital program, so that the manipulator linkage is thus controlled fully automatically by the deviation of the reference mark on the screen and by the automatic recognition of the red, green and blue pixels and their difference from the reference mark.
Genauer gesagt kommt es auf die Differenz zwischen den einzelnen Bildpunkten der verschiedenen Farben an, und es wird die Differenz zwischen den Bildpunkten grün-rot und grün-blau gemessen.More specifically, it depends on the difference between the individual pixels of the different colors, and the difference between the pixels green-red and green-blue is measured.
Aufgrund dieser Abweichungen wird der Manipulator gesteuert.Due to these deviations, the manipulator is controlled.
Die vorher genannte Abweichung zwischen der Referenzmarkierung und der für die Grünabbildung zuständigen Bildpunkt wird nur beim ersten mal ausgeglichen.The aforementioned deviation between the reference mark and the pixel responsible for the green image is only compensated for the first time.
Mit der Ausrichtung des für die Grünabbildung zuständigen Anzeigeelementes und dessen Bildpunkte an der Referenzmarkierung wird also eine Grobjustage erreicht.With the alignment of the responsible for the green image display element and its pixels on the reference mark so a rough adjustment is achieved.
Sobald diese Grobjustage durch entsprechende Ansteuerung des Manipulatorgestänges hergestellt wurde, wird der gegenseitige Abstand der Bildpunkte von rot und blau so manipuliert, dass die Differenz verschwindet. Once this coarse adjustment has been made by appropriate control of the manipulator linkage, the mutual distance of the pixels of red and blue is manipulated so that the difference disappears.
Die Bildpunkte werden also zueinander konvergiert.The pixels are thus converged to each other.
Im Einzelnen wird das Verfahren wie folgt durchgeführt:
Wichtig bei dem gesamten Einstellverfahren ist also, dass man mit einem Manipulator arbeitet, bei dem allein nur sehr dünne Manipulatorstangen verbogen werden, so dass also die jeweilige Längsverstellung an der Manipulatorstange eine Verbiegung der übrigen im Winkel hierzu angeordneten Manipulatorstangen bedingt.Important in the entire adjustment is so that you are working with a manipulator in which only very thin manipulator rods are bent so that therefore the respective longitudinal adjustment on the manipulator rod causes a bending of the other arranged at an angle thereto manipulator rods.
Im Übrigen ist es nicht lösungsnotwendig, dass gemäß
Der Begriff „Stelleinheit” wird auch weit verstanden. Es wurde zwar im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine piezoelektrische Längsverstellung beschrieben; es können jedoch beliebige andere in Längsrichtung verstellbare Einheiten verwendet werden, wie zum Beispiel mechanische Schraubenspindeln, kapazitive Verstellungen, induktive Verstellungen und dergleichen mehr.The term "actuator" is also widely understood. Although it has been described in the context of the present invention, a piezoelectric longitudinal adjustment; however, any other longitudinally adjustable units may be used, such as mechanical screw spindles, capacitive adjustments, inductive adjustments, and the like.
Ebenso können von der Temperatur abhängige Stellelemente verwendet werden, bei denen die Stellbewegung durch eine Änderung der Temperatur in der Stelleinheit erreicht wird.Likewise, temperature-dependent actuators may be used in which the actuating movement is achieved by a change in the temperature in the actuator.
Die Erfindung betrifft also zusammenfassend einen Manipulator, sowie ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Manipulators, zur Manipulation von beliebigen Gegenständen im Mikro und/oder im Submikro-Bereich, wobei an dem zu verstellenden Element mindestens drei Manipulatorstangen ansetzen, die in ihrer axialen Richtung von jeweils einer Stelleinheit beaufschlagt sind, und dass jede Manipulatorstange der Gestalt von der Stelleinheit in axialer Richtung beaufschlagt wird, dass eine gesteuerte Durchbiegung der Manipulatorstange erfolgt. Bevorzugt wird hierbei, dass jede der drei Manipulatorstangen auch drehbar ausgebildet ist, so dass ein Sechs-Achsen-Manipulator gebildet wird. Das Verfahren zum Betrieb des Manipulators dient zur optischen Ausrichtung und Befestigung von insbesondere quaderförmigen Anzeigeelementen auf optischen Ablenkelementen zur Herstellung digitaler Belichtungen, wobei eine räumliche Justage der Anzeigeelemente um mindestens drei Verschiebeachsen vorgesehen ist und mindestens eine geeignete Bohrung am Anzeigeelement und/oder am Anzeigeelementhalter zunächst mit einem flüssigen oder pasteusen Befestigungsmittel aufgefüllt wird, danach mindestens ein zugeordneter Positionsstift am Anzeigeelement und/oder am Anzeigeelementhalter die jeweilige passende Bohrung eingeführt wird, anschließend die räumliche Justage des Anzeigeelementes mittels des Manipulators durchgeführt wird und danach das flüssige oder pasteuse Befestigungsmittel derart in die feste Phase überführt wird, dass das justierte Anzeigeelement im wesentlichen in seiner Position verbleibt.The invention thus relates in summary to a manipulator, as well as a method for operating such a manipulator, for manipulating any objects in the micro and / or submicron range, wherein attach to the element to be adjusted at least three manipulator rods, in their axial direction of each an actuating unit are acted upon, and that each manipulator rod of the shape is acted upon by the actuator in the axial direction, that a controlled deflection of the manipulator rod takes place. It is preferred here that each of the three manipulator rods is also rotatable, so that a six-axis manipulator is formed. The method for operating the manipulator is used for optical alignment and attachment of particular cuboid display elements on optical deflection elements for producing digital exposures, wherein a spatial adjustment of the display elements is provided by at least three displacement axes and at least one suitable bore on the display element and / or on the display element holder initially a liquid or pasty fastener is filled, then at least one associated position pin on the display element and / or the display element holder the respective matching hole is introduced, then the spatial adjustment of the display element is performed by the manipulator and then the liquid or pasteuse fastener so in the solid phase is transferred, that the adjusted display element remains substantially in its position.
Vorteil der Erfindung ist eine wesentlich genauere, spielfreiere, schnellere und insbesondere auch relativ von der Temperatur unabhängigere Verstellung von beliebigen Gegenständen im Mikro und im Submikro-Bereich.Advantage of the invention is a much more accurate, backlash, faster and in particular also relatively independent of the temperature adjustment of any objects in the micro and submicron range.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Anzeigeelementdisplay element
- 22
- AnzeigeelementgreiferDisplay element gripper
- 33
-
Anzeigeelementhalter
3a ,3b ,3c Display element holder3a .3b .3c - 44
-
Manipulationsstange
4a –4f manipulation rod 4a -4f - 55
-
Stelleinheit
5a –5f actuator5a -5f - 66
- Aufnahmeadmission
- 77
- Positionsstiftpositioning pin
- 88th
- Optisches Ablenkelement (Farbteilerwürfel, Penta-Prisma, Prisma)Optical deflector (color splitter cube, penta prism, prism)
- 99
- Klebstoffbohrungadhesive hole
- 1010
- Klebstoffadhesive
- 1111
- Pfeilrichtungarrow
- 1212
- Rahmenframe
- 1313
- Bewegungsspielmotion
- 1414
- Drehspindelspindle
- 1515
- Halterungbracket
- 1616
- StellkopfDeputy head
- 1717
- KugelBullet
- 1818
- Manipulator-RahmenManipulator frame
- 1919
- Hülseshell
- 2020
- Federfeather
- 2121
-
Federende
21' spring end21 ' - 2222
- Federendespring end
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- FederumlenkeinrichungFederumlenkeinrichung
- 2424
- Manipulatorstangemanipulator rod
- 2525
- Federfeather
- 2626
- Teilfederpartial spring
- 2727
- Teilfederpartial spring
- 2828
- Halterholder
- 2929
- Aufnahmebohrunglocation hole
- 3030
- Leerraumwhitespace
- 3131
- Rahmenteilframe part
- 3232
- Verstellbewegungadjustment
- 3333
- Verstellbewegungadjustment
- 3434
- Federblattspring leaf
- 3535
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- 3636
- Verstellrichtungadjustment
- 3737
- Federendespring end
- 3838
- Lichtquellelight source
- 3939
- Optischer StrahlOptical beam
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- Ebenelevel
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- CCD-ElementCCD
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- CCD ElementCCD element
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