DE10124365B4

DE10124365B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Positionieren und Fixieren eines Objektes

Info

Publication number: DE10124365B4
Application number: DE10124365A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Koriath; Bertram Schulz; Andreas Schubert
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2001-05-18
Filing date: 2001-05-18
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2021-05-19
Also published as: DE10124365A1

Abstract

Vorrichtung zum Positionieren und Fixieren eines Objektes (11), insbesondere eines zu bearbeitenden Werkstückes oder Bearbeitungswerkzeuges, mit zumindest einer Stelleinrichtung (100) mit zumindest einem ersten und zweiten Stellglied (1, 4), wobei das erste Stellglied (1) einen zumindest teilweise mit einer magnetorheologischen oder elektrorheologischen Flüssigkeit (10) gefüllten Arbeitszylinder (1) mit einem Gehäuse (2) und einem Kolben (3) und das zweite Stellglied zumindest einen adaptronischen Mikroaktor aufweisen, wobei ein Stellweg des Kolbens (3) im Gehäuse (2) des Arbeitszylinders (1) zu einer Grobpositionierung des Objektes (11) und ein Stellweg des adaptronischen Mikroaktots (4) zu einer Feinpositionierung des Objektes (11) entlang eines Stellweges vorgesehen ist, und wobei eine Gegenkraft für ein Fixieren des Objektes (11) in den Stellweg zur Wirkung bringbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Positionieren und Fixieren eines Objektes, insbesondere eines zu bearbeitenden Werkstückes oder Bearbeitungswerkzeuges.
Derartige Vorrichtungen und Verfahrenen zum Positionieren und Fixieren eines Objektes finden bevorzugt Anwendung im Rahmen der Mikrofertigung von Werkstücken. Im Bereich der Mikrofertigung weisen zu positionierende und fixierende Werkstücke oder Werkzeuge eine ähnliche Baugröße auf, wie die zum Positionieren und Fixieren notwendigen Stelleinrichtungen und Stellglieder.
Dadurch ergeben sich im Vergleich zu konventionellen Fertigungsmethoden von Werk- stücken bei derartigen Vorrichtungen und Verfahrenen zum Positionieren und Fixieren eines Objektes insbesondere erhöhte Anforderungen hinsichtlich den Abmessungen und den (Positionier-)Genauigkeiten von Stelleinrichtungen bzw. Stellgliedern sowie der Anzahl an Funktionselementen.
Bekannte, in der Mikrofertigung einsetzbare Vorrichtungen und Verfahren zum Positionieren und Fixieren eines Objektes weisen bislang jedoch separate Positionier- und Fixiereinrichtungen auf.
Zudem sind die bei bekannten Verfahren verwendeten mechanischen, elektromechanischen oder fluidisch angetriebenen Stelleinrichtungen und Stellglieder aufgrund vorhandener Reibstellen, mechanischen Spieles oder nicht linearen Formänderungen nur eingeschränkt nutzbar für eine genaue Positionierung eines Objektes im Mikrometer- und Nanometerbereich.

Aus der Druckschrift DE 197 17 691 A1 ist ein Aktuator mit einem (einzelnen) Arbeitszylinder mit einem Gehäuse bekannt, wobei das Gehäuse von einem längsbeweglichen Kolben in zwei volumenveränderliche Arbeitskammern unterteilt wird. Zumindest eine der Arbeitskammern ist mit einer elektrorheologischen oder magnetorheologischen Flüssigkeit erfüllt, wobei die mit der elektrotheologischen oder magnetotheologischen Flüssigkeit erfüllte Kammer in einen hydraulischen Kreislauf eingebunden ist, in dem die elektrorheologische/magnetorheologische Flüssigkeit mittels einer Hydraulikpumpe durch die Kammer gefördert wird. Ein Durchfluß der elektrotheologischen/magnetorheologischen Flüssigkeit durch die entsprechende Arbeitskammer ist durch zumindest ein gesteuertes Flüssigkeitsventil geregelt, welches außen am Gehäuse des Arbeitszylinders angeordnet ist. Das Flüssigkeitsventil ist als ein sogenanntes elektrorheologisches/magnetorheologisches Flüssigkeitsventil ausgebildet, welches mit der Saugseite der Hydraulikpumpe und der Arbeitskammer des Arbeitszylinders in Flüssigkeitsverbindung steht, wobei ein Fließwiderstand der elektrorheologischen/magnetorheologischen Flüssigkeit durch das Flüssigkeitsventil mittels eines elektrischen/magnetischen Feldes gesteuert wird.

Aus der Druckschrift JP 11-303804 A ist ein Aktuator mit einem Arbeitszylinder mit einem Zylindergehäuse und einem Kolben bekannt, wobei der Kolben das Zylindergehäuse in zwei Kammern unterteilt, und wobei der Arbeitszylinder mit einer elektrorheologischen Flüssigkeit vollständig erfüllt ist. Eine Verlagerung des Kolbens im Arbeitszylinder wird über den Druck und die Viskosität der elektrorheologischen Flüssigkeit gesteuert, wobei die Viskosität durch eine elektrisches Feld beeinflussbar ist. Das elektrische Feld wirkt durch Flüssigkeitsventile auf die elektrorheologische Flüssigkeit.

Aus der Druckschrift DE 199 55 959 A1 ist ein Druckmittelmotor auf Basis elektrorheologischer Flüssigkeiten bekannt, wobei der Druckmittelmotor einen in einem Zylindergehäuse geführten Kolben aufweist, der das Zylindergehäuse in zwei volumenveränderliche Arbeitskammern unterteilt. Zwischen einer Außenfläche des Zylindergehäuses und einer das Zylindergehäuse umgebenden Hülse sind vier Flüssigkeitsventile gebildet. Über eine Verschaltung der vier elektrorheologischen Ventile (die außerhalb des Zylindergehäuses in hydraulischen Kreisen angeordnet sind) wird ein Fluß der elektrorheologischen Flüssigkeit gesteuert.

Aus der Druckschrift US 3,640,633 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Nachjustieren einer Frässpindelhülse bekannt. Dabei ist ein ortsfester Zylinder mit einem im Zylindergehäuse bewegbar angeordneten Kolben zur Bewegung der Frässpindelhülse vorgesehen, wobei der Kolben über eine Stange mit der Frässpindelhülse verbunden ist. Eine rückwärtige Wand des Zylinderhäuses ist als ein justierbarer Anschlag ausgebildet, wobei dieser Anschlag fest mit einer Drehspindel verbunden ist. Die Drehspindel wieder um ist ein einem ortsfest angeordneten Bauelement mit Innengewinde aufgenommen, wobei eine Drehbewegung in die Drehspindel über einen in Spindelrichtung längsbeweglich gelagerten Schrittmotor einleitbar ist.

Aus der Zeitschrift „Design und Elektronik" 7, 30.03.1993, S. 86–90, ist ein Stoßdämpfer mit einem piezoelektrischen Stellglied bekannt. Zur Wegvergrößerung und zum Ausgleich von Temperatureffekten ist eine elektrorheologische Flüssigkeit vorgesehen, wobei eine hydraulische Wegvergrößerung auf einer Verschiebung eines konstanten Volumens innerhalb eines geschlossenen Systems beruht.

Aus der Druckschrift DE 297 08 546 U1 ist ein elektrischer Festkörperaktuator mit hydraulischer Übersetzung zur Stellwegvergrößerung bekannt. Der Festkörperaktuator weist einen piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktuator auf, der mittels einer Hubvergrößerung ein Ventil schaltet.

Aus der Druckschrift JP 0810 5407 A ist ein Aktuator mit piezoelektrischen und hydraulischen Baugruppen bekannt, wobei der Aktuator drei Zylinder, zwei Piezoelemente und zwei Kolbenstangen aufweist, die miteinander in einer komplexen Weise gemeinsam gekoppelt sind.

Aus der Zeitschrift Sensors and Actuators 78(1999), pp. 220–235 sind optische Meßmethoden zur Überwachung und Steuerung von mikromechanischen Systemen bekannt.

In der Fundstelle F + M Carl Hanser Verlag, München, 104 (1996)4, S. 274–277, wird ein Nanomotor auf Basis von piezoelektrischen Kristallen beschrieben.

Aus der Zeitschrift Sensors and Actuators 73(1999), pp. 30–36, ist ein Aktuator auf Basis von piezoelektrischen Stapelelementen einer bestimmten mechanischen Verriegelungsmethode bekannt.

Aus der Druckschrift JP 63-38 416 A ist eine Klemmvorrichtung mit vier Armen, welche über Piezoelemente bewegbar sind, bekannt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Positionieren und Fixieren eines Objektes anzugeben, die eine vorteilhafte Beeinflussung von Stellwegen einzelner Stellglieder zur genauen Positionierung und Fixierung eines Objekts gestattet.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der vorgenannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Positionieren und Fixieren eines Objektes weist demzufolge zumindest einen zumindest teilweise mit einer magnetorheologischen oder elektrorheologischen Flüssigkeit gefüllten Arbeitszylinder als einem ersten Stellglied auf. Das Objekt umfaßt dabei insbesondere zu bearbeitende Werkstücke oder Bearbeitungswerkzeuge.

Weiterhin ist ein Betriebsdruck der magnetorheologischen oder elektrorheologischen Flüssigkeit im Arbeitszylinder und/oder ein Differenzdruck zwischen den von einem Kolben und einem Gehäuse des Arbeitszylinders gebildeten Kammern vorzugsweise über eine Vorrichtung zur Druckerzeugung und/oder einer Beeinflussung des Volumenstromes einstellbar.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung zum Positionieren und Fixieren eines Objektes zumindest eine felderzeugende Vorrichtung zur Erzeugung eines magnetischen oder elektrischen Feldes aufweist, wobei mittels des magnetischen oder elektrischen Feldes die magnetorheologische bzw. die elektrorheologische Flüssigkeit zumindest in einem Teilbereich des Arbeitszylinders beeinflußbar ist.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung zum Positionieren und Fixieren eines Objektes ein weiteres Stellglied auf. Dabei ist eine Stellung des Kolbens im Gehäuse des Arbeitszylinders als erstes Stellglied für eine Grobpositionierung des Objektes und eine Stellung des zweiten Stellgliedes als zweites Stellglied für eine Feinpositionierung des Objektes vorgesehen.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Positionieren und Fixieren eines Objektes anzugeben, das ein Objekt mittels einer vorteilhaften Beeinflussung von Stellwegen mehrerer Stellglieder in einer bestimmten ungefähren Lage positio niert und fixiert und das Objekt in dieser Lage hochpräzise relativ zu einem Referenzpunkt positioniert.

Diese weitere Aufgabe wird bei einem Verfahren der vorgenannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patenanspruchs 26 gelöst.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Positionieren und Fixieren eines Objektes mittels einem Arbeitszylinder im Rahmen einer Positioniergenauigkeit des Arbeitszylinders in einer Sollposition relativ zu einem Werkzeug (oder Werkstück) positioniert. Durch Anlegen eines elektrischen Feldes bzw. eines magnetischen Feldes zumindest in einem Teilbereich des Arbeitszylinders wird eine im Arbeitszylinder aufgenommene elektrorheologische oder magnetorheologische Flüssigkeit beeinflußt. Dadurch wird ein Kolben des Arbeitszylinders in einer relativen Lage zum Gehäuse des Arbeitszylinders fixiert. Anschließend wird das Objekt mit einem weiteren Stellglied zur Feinpositionierung in die Sollposition relativ zu dem Werkzeug (oder dem Werkstück) präzise positioniert.

Somit kann insbesondere ein Werkstück relativ zu einem Werkzeug hochpräzise positioniert werden. Es ist jedoch genauso möglich, mit dem beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren ein Werkzeug relativ zu einem festgehaltenen Werkstück präzise zu positionieren. Weiterhin ist es denkbar, mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens das Werkstück und das Werkzeug relativ zueinander zu positionieren.

Eine Einspannkraft auf das Werkstück in einer Sollposition relativ zu dem Werkzeug wird vorteilhafterweise durch einen hydraulischen Druck der im Arbeitszylinder aufgenommenen magnetorheologischen oder elektrorheologischen Flüssigkeit eingestellt.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Einspannkraft über das zweite Stellglied zur Feinpositionierung des Werkstückes erfaßt und über diese Erfassung ein Betrag oder eine Begrenzung des Betrages der Einspannkraft kontrolliert wird.

Dadurch wird es in vorteilhafter Weise möglich, ein Werkstück durch ein erstes Stellglied, den zumindest teilweise mit einer magnetorheologischen oder elektrorheologischen Flüssigkeit gefüllten Arbeitszylinder, entlang eines ersten größeren Stellweges in einen Fangbereich eines zweiten Stellgliedes zur Feinpositionierung zu stellen und das Werk stück entlang eines zweiten kleineren Stellweges präzise an einem vorgewählten Punkt, z.B. relativ zu einem Bearbeitungswerkzeug einer Fertigungsanlage, zu stellen und an diesem Punkt bei einer frei wählbaren Einspannkraft zu fixieren.

Eine solche Feinpositionierung wird vorteilhafter Weise anhand vorhandenen Marken oder Konturen des zu positionierenden Werkstückes durchgeführt. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Positioniervorgang des Werkstückes optisch erfaßt wird, und eine Steuerung des Positioniervorganges über eine Bildanalyse auf Basis der optisch ermittelten Positionen bzw. einer Veränderung der Positionen erfolgt.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Positionieren und Fixieren eines Objektes sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

1A schematische Darstellung einer Stelleinrichtung der Vorrichtung zum Positionieren und Fixieren eines Objektes nach einem ersten Ausführungsbeispiel,
1B schematische Darstellung einer Stelleinrichtung der Vorrichtung zum Positionieren und Fixieren eines Objektes nach einem weiteren Ausführungsbeispiel,
2A Darstellung eines Regelkreises der Vorrichtung zum Positionieren und Fixieren eines Objektes nach 1a,
2B Darstellung eines Regelkreises der Vorrichtung zum Positionieren und Fixieren eines Objektes nach 1b, und
3 schematische Darstellung der Vorrichtung zum Positionieren und Fixieren eines Objektes mit vier Stelleinrichtungen nach 1a.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispieles einer Stelleinrichtung 100 der Vorrichtung zum Positionieren und Fixieren eines Objektes. Die Stelleinrichtung 100 weist in diesem Ausführungsbeispiel ein erstes und ein zweites Stellglied 1, 4 auf. Diese beiden Stellglieder 1, 4 wirken entlang einer gemeinsamen Wirkungsachse D gemeinsam auf das zu positionierende und zu fixierende Objekt 11 (nicht gezeigt in 1).
Das Objekt 11 umfaßt insbesondere ein zu bearbeitendes Werkstück, das relativ zu einem Bearbeitungswerkzeug bzw. ein Werkzeug, das relativ zu einem zu bearbeitenden Werkstück positioniert wird.
Zwischen den in einer Reihenschaltung angeordneten Stellgliedern 1, 4 und dem Objekt 11 ist ein Greifer-Bauteil 5 angeordnet. Dieses Greifer-Bauteil 5 ist über eine Verbindungsvorrichtung 6 mit dem Stellelement 3 des ersten Stellgliedes 1 verbunden. Das Greifer-Bauteil 6 ist mittels dieser Verbindungsvorrichtung 6 abhängig von der Form des Objektes 11 auf einfache und zeitsparende Art austauschbar.
In dem gezeigten ersten Ausführungsbeispiel weist die Stelleinrichtung 100 einen hydraulischen Arbeits-Zylinder 1 als erstes Stellglied und einen adaptronischen Mikro-Aktor 4 als zweites Stellglied auf.
Der Arbeitszylinder 1 ist vollständig oder in Teilbereichen mit einer elektrorheologischen oder magnetorheologischen Flüssigkeit 10 gefüllt. Mittels einer Änderung einer Lage eines Kolbens 3 des Arbeits-Zylinders 1 relativ zum Gehäuse 2 ist die Lage des Greiferbauteiles 5 und damit die Lage des Objektes 11 einstellbar.
Die Lage des Kolbens 3 relativ zum Gehäuse 2 des Arbeits-Zylinders 1 entlang dem Stellweg wird dabei über eine Druckdifferenz, die zwischen den durch das Gehäuse 2 und einem Teil des Kolbens 3 gebildeten Kammern eingestellt wird, gesteuert. Dabei ist das Gehäuse 2 des Zylinders 1 über Druckleitungen 8 mit einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Druckdifferenz 13 oder einer Vorrichtung zur Beeinflussung des Volumenstromes (nicht gezeigt) verbunden.
Bei dem beschriebenen Arbeits-Zylinder 1 handelt es sich, wie beschrieben, um einen hydraulischen Zylinder. Bei dem beschriebenen Stellelement handelt es sich, wie beschrieben, um einen in dem Gehäuse 2 des hydraulischen Arbeits-Zylinders 1 verschiebbaren Kolben 3. Der beschriebene Stellweg umfaßt somit die gesamte Länge des Kolbenhubes.
Als hydraulisches Fluid 10 wird wie beschrieben eine magneto- oder elektrorheologische Flüssigkeit 10 eingesetzt. Elektrorheologische Flüssigkeiten bzw. magnetorheologische Flüssigkeiten 10 sind Flüssigkeiten, bei denen die rheologischen Eigenschaften stufenlos über ein elektrisches bzw. magnetisches Feld steuerbar sind. In der Regel handelt es sich bei elektrorheologischen bzw. magnetorheologischen Flüssigkeiten 10 um Suspensionen, d.h. in einem Trägermedium suspendierte Feststoffpartikel, die über das elektrische bzw. magnetische Feld polarisierbar sind.
Bei einer solchen Flüssigkeit 10 kann also mittels eines steuerbaren Magnetfeldes bzw. eines elektrischen Feldes bevorzugt eine Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit 10 bzw. der elektrotheologischen Flüssigkeit 10 im Spalt zwischen dem Kolben 3 und dem Gehäuse 2 verändert werden. Vorzugsweise wird die magnetorheologische bzw. die elektrorheologische Flüssigkeit 10 im Arbeitszylinder verfestigt.
Das Magnetfeld bzw. das elektrische Feld wird mittels einer Vorrichtung 9 zur Erzeugung eines Magnetfeldes bzw. eines elektrischen Feldes zumindest in Teilbereichen des Arbeitszylinders 1 erzeugt und gesteuert.
Über diese Beeinflussung zumindest einer der rheologischen Eigenschaften dieser Flüssigkeit 10 ist der Kolben 3 des Arbeitszylinders 1 in einer frei wählbaren Position fixierbar. Diese Fixierung wird bei Wegnahme des angelegten Magnetfeldes oder elektrischen Feldes aufgehoben.
Somit dient der Arbeitszylinder 1 zur Positionierung des Objektes 11 entlang eines relativ großen Stellweges mittels des Kolbenhubes und zur Erzeugung einer variablen Einspannkraft auf das zu fixierende Objekt 11 aufgrund eines steuerbaren Betriebsdruckes. Die notwendige Gegenkraft zu der Einspannkraft ist beispielsweise über eine Rückstellvorrichtung (nicht gezeigt) entlang der Wirkungsachse D einleitbar.
Die Rückstelleinrichtung weist in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einen Anschlag für die Bewegung des Kolbens 3 im Arbeitszylinder 1 auf, wobei die Rückstelleinrichtung innerhalb oder außerhalb des Gehäuses 2 des Arbeitszylinders 1 und auf der gleichen Seite des Objektes 11 wie die Stelleinrichtung 100 angeordnet ist. Diese Rückstelleinrichtung weist vorzugsweise eine Federanordnung und/oder einen elastischen Anschlag auf.
Somit ist es auf einfache und kostengünstige, jedoch sehr präzise Art und Weise möglich, das Stellelement (den Kolben 3) eines Stellgliedes des Arbeitszylinders an einer vorgewählten Position des Stellweges dieses Stellgliedes zu fixieren.
Bei dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Stellweg des Kolbens 3 im Gehäuse 2 des Arbeitszylinders 1 als erstes Stellglied für eine Grobpositonierung und ein Stellweg des zweiten Stellgliedes 4 für eine Feinpositonierung des Objektes 11 vorgesehen.
Dabei ist der Arbeitszylinder 1 und der adaptronische Mikro-Aktor 4 gekoppelt in einer Reihenschaltung angeordnet. Beide Stellglieder 1, 4 wirken entlang einer gemeinsamen Wirkungsachse D auf das Objekt.
Der adaptronische Mikro-Aktor 4 ist mit dem Gehäuse 2 des Arbeitszylinders 1 verbunden. Weiterhin ist in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach 1 der adaptronische Mikro-Aktor ortsfest bezogen auf einen festen Bezugspunkt, also beispielsweise einen Referenzpunkt einer Fertigungsvorrichtung angeordnet und umfaßt vorzugsweise einen Piezo-Aktor.
Die Vorrichtung zum Positionieren und Fixieren eines Objektes ist jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel mit einem Piezo-Aktor 4 und einem hydraulischen Zylinder 1 beschränkt. Abhängig vom notwendigen Stellweg ist jede Anzahl an hintereinander- und parallelgeschalteten Piezo-Aktoren 4 und/oder Zylindern realisierbar. Im weiteren wird aus Gründen der Einfachheit jedoch nur auf jeweils einen Piezo-Aktor 4 und einen hydraulischen Zylinder 1 Bezug genommen.
Weiterhin ist die beschriebene Abfolge von Arbeitszylindern 1 und adaptronischen Mikroaktor 4 innerhalb der Reihenschaltung umkehrbar, wie aus einem Vergleich der Ausführungsbeispiele nach 1 und 2 ersichtlich.
Weiterhin können als adaptronische Mikroaktoren 4 ebenso andere Aktoren wie beispielsweise magneto/elektrostriktive Aktoren oder Formgedächtnis-Aktoren eingesetzt werden. Im weiteren wird jedoch aus Einfachheitsgründen die Wirkungsweise und Funktion des zweiten Stellgliedes ausschließlich am Beispiel eines Piezo-Aktors 4 beschrieben.
In dem in 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist, wie beschrieben, eine Seite des Piezo-Aktors 4 mit einem ortsfesten Bezugssystem als Referenzkoordinatensystem, z. B. relativ zu einer Fertigungseinrichtung für eine Positionierung und Fixierung des Objektes 11 verbunden, wohingegen die Lage einer zweiten Seite des Piezo-Aktors 4 entsprechend der Funktionsweise des Piezo-Aktors 4, d.h. einer Volumenänderung abhängig einer angelegten Regelgröße (Spannung oder Strom) relativ zu dem Bezugssystem veränderbar ist.
Diese zweite, in ihrer relativen Lage zum Bezugssystem veränderbare Seite des Piezo-Aktors 4 ist in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel mit einer dieser Seite gegenüberliegenden Seitenfläche eines Gehäuses 2 des Arbeits-Zylinders 1 verbunden. Das Gehäuse 2 des Arbeits-Zylinders 1 ist in einer Führungsvorrichtung 7 entlang der Wirkungsachse D verschiebbar angeordnet. Über eine Veränderung einer Position der beschriebenen zweiten, also der frei beweglichen Seite des Piezo-Aktors wird eine Position des Gehäuses 2 des Arbeitszylinders 1 beeinflußbar. Diese Position ist dabei relativ zu dem erwähnten Bezugssystem definiert. Dadurch wird über eine steuerbare Änderung der relativen Lage der zweiten Seite des Piezo-Aktors 4 zum Bezugssystem eine Lage des Gehäuses 2 des Arbeits-Zylinders 1 relativ zu dem Bezugssystem einstellbar.
Ist also, wie beschrieben, der Kolben 3 des Arbeitszylinders 1 in einer vorgewählten Position des Kolbenhubes fixiert, wird eine Feinpositionierung des Objektes entlang einem kleinen Verstellweg durch das zweite Stellglied, also beispielsweise den Piezo-Aktor 4, realisiert. Dabei wirkt der Piezo-Aktor 4, wie beschrieben, direkt auf das Gehäuse 2 des Zylinders 1. Das Gehäuse 2 ist entlang der Wirkungsachse im Rahmen der Vorrichtung zur Führung 7 dieses Gehäuses 2 verschiebbar.
Über ein solches Zusammenwirken des in einem großen Verstellbereich veränderbaren Arbeitszylinders 1 und des in einem kleinen Stellbereich sehr genau steuerbaren Piezo-Aktors 4 kann das Objekt 11 entlang der Wirkungsachse der Stellglieder 1, 4 bei geringem Aufwand positioniert und fixiert werden. Der Kolben 3 des Zylinders 1 in dabei in einer frei wählbaren Position fixierbar, bevor das Objekt 11 mittels des Piezo-Aktors 4 genau positioniert wird.
In 2A wird eine schematische Darstellung einer Ansteuerung der Vorrichtung zum Positionieren und Fixieren des Objektes nach dem bevorzugten Ausführungsbeispiel schematisch vorgestellt.
Dabei wird eine erreichte Ist-Position des Objektes 11 von einem Meßsystem (nicht gezeigt) erfaßt und an eine Steuereinrichtung 12 weitergeleitet. Diese Steuereinrichtung 12 beeinflußt die Vorrichtung zur Erzeugung einer Druckdifferenz 13 zwischen den Kammern im Zylindergehäuse 13 und/oder den Volumenstrom des hydraulischen Fluides, die Vorrichtung 9 zur Erzeugung des Magnetfeldes oder des elektrischen Feldes, die relative Lage des Piezo-Aktors 4 und des Zylinderkolbens 3.
Das Meßsystem orientiert sich bei der präzisen Positionierung des Objektes 11 in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel an vorhandenen Marken bzw. Konturen des Objektes, also insbesondere des Werkstückes oder Werkzeuges. Eine Positionsbestimmung kann dabei direkt über ein Weg-Meßsystem oder indirekt mittels eines berührungslosen Meßsystems erfolgen.
Das Meßsystem weist dabei in einem Ausführungsbeispiel ein berührungsloses, optisches Meßsystem für eine Bestimmung einer Position des Objektes auf. Dabei ist es vorteilhaft, wenn mehrere Positionen des Objektes vor und/oder während und/oder bei Abschluß des Positioniervorganges mittels einer optischen Anordnung, beispielsweise eine Kamera zur Erfassung des sichtbaren Wellenspektrums, kontinuierlich oder in Intervallen oder zu einzelnen bestimmten Zeitpunkten erfaßt und über eine Bildanalyse ausgewertet werden.
Die Bildanalyse kann die direkte automatische oder manuelle Auswertung auf diese Art ermittelter Bilder beispielsweise auf Basis von Konturen des Objektes und/oder auf dem Objekt angebrachten Markierungen und/oder von Helligkeits- und/oder Farbunterschieden umfassen. Diese Auswertung kann auf den gesamten Bildinhalt oder nur auf Teilbereiche des bzw. des Bildes bezogen sein.
Über ein solches Meßsystem ist eine Lage eines Objektes oder eine Änderung der Lage eines Objektes, ausgehend von einem Startwert, beispielsweise eines Werkstückes relativ zu einem Werkzeug (oder auch umgekehrt oder beide relativ zueinander) hochpräzise erfaßbar und kontrollierbar.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel liegt einer Bestimmung und Kontrolle der Position oder der Veränderung der Position des Objektes 11 eine Erfassung einer elektromagnetischen Strahlung, beispielsweise Infrarotstrahlung, zugrunde. Ein Ausführungsbeispiel eines solchen berührungslosen Meßsystems weist zumindest eine Einrichtung zur Erfassung einer elektromagnetischen Strahlung, beispielsweise eine Infrarotkamera, auf, wobei eine Ist-Position des Objektes 11 (oder eine Veränderung der Ist-Position), über einen Vergleich mit gespeicherten Sollwerten und/oder Ist-Werten ermittelt wird.
Weiterhin ist im allgemeinen ein Erscheinungsbild einer Oberfläche des zu positionierenden und zu fixierenden Objektes 11 unterschiedlich zu einem Erscheinungsbild einer Oberfläche von benachbarten Oberflächen, wie beispielsweise eines Positioniertisches einer Fertigungsmaschine oder einer Werkzeugaufnahme. Über einen solchen Unterschied in der Oberflächentextur ist es ebenso möglich, die Position des Objektes 11 zu ermitteln. Eine Methode zur Erkennung einer Textur einer Oberfläche kann beispielsweise die Messung von an der Oberfläche gestreuter elektromagnetischer Strahlung umfassen.
Ist eine Textur der Oberfläche des Objektes und/oder der benachbarten Oberflächen, vorzugsweise den Hintergrundes dieses Objektes, mittels einer Erkennungsmethode beispielsweise in Form von mehreren nacheinander aufgenommenen Bildern ermittelt, ist mittels eines Differenzbildverfahrens eine Ist-Position des Objektes bzw. eine Veränderung der Ist-Position und/oder eine Soll-Position bestimmbar.
Weiterhin ist ein Ist-Wert der verschiedenen Lage des ersten und des zweiten Stellgliedes über ein weiteres direkt oder indirekt wirkendes Meßsystem erfaßbar. Vorzugsweise wird ein Stellweg des Kolbens 3 und ein Stellweg des Piezo-Aktors 4 und eine Position des Zylindergehäuses 2 bzw. eine Änderung dieser Parameter über ein Weg-Meßsystem, bevorzugt induktive Wegaufnehmer erfaßt und an die Steuereinrichtung 12 weitergeleitet.
Eine Steuerung dieser Elemente erfolgt dabei nach vorgegebenen Sollwerten oder Sollwerttabellen, die vorzugsweise in einer Speichereinheit (nicht gezeigt) hinterlegt sind.
In 1B wird ein zweites Ausführungsbeispiel der Stelleinrichtung der Vorrichtung zum Positionieren und Fixieren eines Objektes 11 gezeigt.
Bezogen auf die beschriebene Reihenschaltung des ersten Ausführungsbeispieles ist die Reihenfolge des ersten und des zweiten Stellgliedes, in der bevorzugten Ausführungsform der Arbeitszylinder 1 und der Piezo-Aktor 4 getauscht.
Dabei ist in diesem zweiten Ausführungsbeispiel das Gehäuse 2 des Arbeitszylinders 1 ortsfest mit dem Bezugssystem verbunden.
Über die Bewegung des Kolbens 3 des Arbeitszylinders 1 wird die relative Lage des Piezo-Aktors 4 relativ zu dem Bezugssystem eingestellt.
Der Piezo-Aktor 4 ist mit dem Greiferbauteil 5 über eine Verbindungsvorrichtung 6 verbunden.
Über diese Anordnung des Zylinders 1, des Piezo-Aktors 4 und des Greiferbauteiles 5 gemäß diesem zweiten Ausführungsbeispieles ist die Position des Objektes 11 relativ zu dem Bezugssystem des Referenzkoordinatensystems einstellbar.
Auch mit dieser Stelleinrichtung ist das Objekt 11 zunächst entlang eines großen Verstellweges verschiebbar, der Kolben 3 ist in einer gewählten Position fixierbar und eine Feinpositionierung des Objektes 11 ist über den Piezo-Aktor 4 durchführbar.
Mittels des variablen Betriebsdruckes des Arbeitszylinders 1 ist eine einstellbare Spannkraft auf das Objekt 11 ausübbar.
Die entsprechende Ansteuerung der Vorrichtung zum Positionieren und Fixieren des Objektes gemäß diesem zweiten Ausführungsbeispiel ist in 2b dargestellt.
Entsprechend dieser Ansteuerung wird eine erreichte Ist-Position des Objektes 11 und/oder der Lagen der Stellglieder 1, 4 von zumindest einem Meßsystem erfaßt und an eine Steuerung weitergeleitet.
Die bevorzugte Ausgestaltung des bzw. der Meßsystem(s) in Bezug auf das Objekt 11 und die Stellglieder 1, 4 entspricht der Ausgestaltung wie für das erste Ausführungsbeispiel beschrieben.
Über die Steuervorrichtung 13 wird der Kolbenhub und der Betriebdruck des Arbeitszylinders 1, das Magnetfeld oder das elektrische Feld und der Piezo-Aktor 4 nach vorgegebenen Sollwerten angesteuert.
Bei beiden Ausführungsbeispielen kann das Meßsystem die Lage des Objektes 11 über ein direktes Verfahren oder mittels eines indirekten Verfahrens bestimmen.
Werden zwei der in den 1a oder 1b gezeigten Stelleinrichtungen 100, 101 gemäß dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel entlang einer gemeinsamen Wirkungsachse jedoch auf gegenüberliegenden Seiten des Objektes 11 angeordnet, wird eine freie Positionierung des Objektes 11 im Rahmen der Stellwege der Stelleinrichtungen 100, 101 entlang dieser gemeinsamen Wirkungsachse möglich.
Ein sich auf dieser Wirkungsachse befindendes Objekt 11 kann erfaßt, zwischen den Stelleinrichtungen zentriert oder positioniert, mit einer Vorspannkraft beaufschlagt und präzise positioniert werden.
Derartige Kombinationen der Stelleinrichtungen 100, 101 können als Elemente eines Baukastensystems betrachtet werden.
Dabei ist eine Mehrzahl an Stelleinrichtungen 100 in serieller und/oder parallelen Anordnung kombinierbar, wobei jeweils zumindest zwei der Stelleinrichtungen 100, 110 entlang einer Wirkungsachse angeordnet sind.
Dadurch wird eine Vorrichtung geschaffen, die eine Position eines Objektes 11 im dreidimensionalen Raum im Rahmen der Stellwege der Stelleinrichtungen 100, 101 frei wählbar und positionierbar ermöglicht.
Ebenso ist denkbar, eine der Stelleinrichtungen und eine separate Rückstelleinheit entlang einer gemeinsamen Wirkachse und auf gegenüberliegenden Seiten des Objektes 11 anzuordnen, wodurch eine auf das Objekt durch die Stelleinheit ausgeübte Kraft durch die Rückstelleinheit aufnehmbar wird.
3 zeigt eine Kombination aus vier Stelleinrichtungen, wobei jeweils zwei Stelleinrichtungen entlang einer gemeinsamen Wirkungsachse und auf gegenüberliegenden Seiten des Objektes 11 angeordnet sind.
Dabei sind eine erste und eine zweite Stelleinrichtung 100, 110 entlang einer ersten Wirkungsachse gegenüberliegende Seiten des Objektes angeordnet. Zudem sind eine dritte und eine vierte Stelleinrichtung 120, 130 entlang einer zweiten Wirkungsachse angeordnet, wobei sich die erste und die zweite Wirkungsachse in einem gemeinsamen Schnittpunkt unter einem Winkel schneiden. Vorzugsweise liegt der Schnittpunkt im Schwerpunkt des zu positionierenden und zu fixierenden Objekts 11 und der Winkel beträgt 90°. Dadurch wird eine Positionierung und Fixierung des Objektes 11 entlang der durch die Wirkungsachsen gebildeten Koordinatenebene im Rahmen der Stellwege der Stellglieder möglich.
Dadurch wird bevorzugt eine Vorrichtung geschaffen, welche eine Position eines Objektes 11 genau einstellt und mittels einer Vorspannkraft fixiert. Dadurch wirkt ein flexibles Greifersystem auf eine Kontur, z.B. eines Werkstückes oder Werkzeuges. Dieser wird fixiert und in den Fangbereich einer Feinpositionierung gestellt.
Diese Feinpositionierung orientiert sich an vorhandenen Marken oder Konturen des Werkstückes oder Werkzeuges und stellt dieses Objekt 11 präzise zu einem Referenzkoordinatensystem, z. B. einer Fertigungsanlage, ein, um es daran anschließend in dieser Lage zu spannen.
Das Verfahren zum Positionieren und Fixieren eines Werkstückes oder Werkzeuges wird wie beschrieben hauptsächlich zur hochpräzisen Positionierung und Fixierung eines Werkstückes relativ zu einem Bearbeitungswerkzeug bzw. zur hochpräzisen Positionierung und Fixierung eines Werkzeuges relativ zu einem zu bearbeitenden Werkstück verwendet.
Dabei wird zunächst das Werkstück (oder das Werkzeug) mittels des Arbeitszylinders in eine ungefähre Soll-Position, bezogen auf das Bearbeitungswerkzeug (oder das zu bearbeitende Werkstück) im Rahmen der Positioniergenauigkeit des Arbeitszylinders gebracht. Der Kolben des Arbeitszylinders wird in diesem Zustand in seiner Lage festgelegt durch Anlegen eines entsprechenden elektrischen oder magnetischen Feldes. Mittels des adaptronischen Mikroaktors wird anschließend das Werkstück (oder das Werkzeug) in eine gewünschte Endlage hochpräzise bewegt.
Eine entsprechende Einspannkraft wird dabei über den hydraulischen Druck im Zylinder vorgegeben. Weist der adaptronische Mikroaktor einen Piezo-Aktor auf, so wird in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel diese Einspannkraft über diesen Piezo-Aktor erfaßt und kontrolliert.
Die erreichte Endlage des Objektes und/oder eine Zwischenlage während des Positionierens des Objektes wird bevorzugt über eine optische Meßanordnung zusammen mit einer nachgeschalteten Bildanalyse erfaßt und kontrolliert.
Die Einspannkraft wird vorzugsweise konstant gehalten, indem das Feinpositionieren des Werkstückes relativ zu einem Bearbeitungswerkzeug mittels der adaptronischen Mikroaktoren derart erfolgt, daß die Einspannkraft des ersten Stellgliedes (also des Arbeitszylinders) erhalten bleibt, und auf der gegenüberliegenden Seite des Werkstückes angeordnete Mikroaktoren und/oder Rückstellelemente gleichartige Bewegungen in gleicher Richtung ausführen.

Claims

Vorrichtung zum Positionieren und Fixieren eines Objektes (11), insbesondere eines zu bearbeitenden Werkstückes oder Bearbeitungswerkzeuges, mit zumindest einer Stelleinrichtung (100) mit zumindest einem ersten und zweiten Stellglied (1, 4), wobei das erste Stellglied (1) einen zumindest teilweise mit einer magnetorheologischen oder elektrorheologischen Flüssigkeit (10) gefüllten Arbeitszylinder (1) mit einem Gehäuse (2) und einem Kolben (3) und das zweite Stellglied zumindest einen adaptronischen Mikroaktor aufweisen, wobei ein Stellweg des Kolbens (3) im Gehäuse (2) des Arbeitszylinders (1) zu einer Grobpositionierung des Objektes (11) und ein Stellweg des adaptronischen Mikroaktots (4) zu einer Feinpositionierung des Objektes (11) entlang eines Stellweges vorgesehen ist, und wobei eine Gegenkraft für ein Fixieren des Objektes (11) in den Stellweg zur Wirkung bringbar ist.
Vorrichtung zum Positionieren und Fixieren eines Objektes (11) nach Anspruch 1, wobei ein Betriebsdruck der magnetorheologischen oder elektrorheologischen Flüssigkeit (10) im Arbeitszylinder (1) und/oder ein Differenzdruck zwischen den von dem Kolben (3) und dem Gehäuse (2) des Arbeitszylinders (1) gebildeten Kammern über zumindest eine Vorrichtung zur Druckerzeugung (13) und/oder Beeinflussung eines Volumenstromes einstellbar ist.
Vorrichtung zum Positionieren und Fixieren eines Objektes (11) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Stelleinrichtung (100) eine Führungsvorrichtung (7) zur Führung des Arbeitszylinders (1) aufweist, wobei das Gehäuse (2) des Arbeitszylinders (1) und/oder eine Kolbenstange des Kolbens (3) entlang einer Achsrichtung des Arbeitszylinders (1) verlagerbar ist.
Vorrichtung zum Positionieren und Fixieren eines Objektes (11) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei die Stelleinrichtung (100) zumindest eine felderzeugende Vorrichtung (9) zur Erzeugung eines magnetischen oder elektrischen Feldes aufweist, wobei mittels des magnetischen oder elektrischen Feldes die magnetorheologische bzw. die elektrorheologische Flüssigkeit (10) zumindest in einem Teilbereich des Arbeitszylinders (1) beeinflussbar ist.
Vorrichtung zum Positionieren und Fixieren eines Objektes (11) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei die Vorrichtung ein Greiferbauteil (5) aufweist, das in Kontakt mit dem Objekt (11) bringbar ist.
Vorrichtung zum Positionieren und Fixieren eines Objektes (11) nach Anspruch 5, wobei das Greiferbauteil (5) mit dem Kolben (3) des Arbeitszylinders (1) lösbar verbunden ist.
Vorrichtung zum Positionieren und Fixieren eines Objektes (11) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Arbeitszylinder (1) und der Mikroaktor (4) gekoppelt in einer Reihenschaltung angeordnet sind und entlang einer gemeinsamen Wirkungsachse auf das Objekt (11) wirken.
Vorrichtung zum Positionieren und Fixieren eines Objektes (11) nach Anspruch 7, wobei eine Reihenfolge des Arbeitszylinders (1) und des Mikroaktors (4) innerhalb der Reihenschaltung der Stelleinrichtung (100) umkehrbar ist.
Vorrichtung zum Positionieren und Fixieren eines Objektes (11) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, wobei der Mikroaktor (4) mit dem Gehäuse (2) des Arbeitszylinders (1) verbunden ist, wobei der Mikroaktor (4) bezogen auf einen festen Bezugspunkt ortsfest ist.
Vorrichtung zum Positionieren und Fixieren eines Objektes (11) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, wobei der Mikroaktor (4) mit dem Kolben (3) des Arbeitszylinders (1) verbunden ist, und wobei der Mikroaktor (4) bezogen auf einen festen Bezugspunkt verlagerbar ist.
Vorrichtung zum Positionieren und Fixieren eines Objektes (11) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, mit zumindest einem Meßsystem für eine Bestimmung einer Position des Objektes (11), wobei eine Ermittlung einer Ist-Position des Objektes 11 mittels am Objekt (11) vorhandenen Marken oder Konturen und/oder mittels Texturen einer Oberfläche des Objektes (11) im Vergleich zu Texturen zumindest einer benachbarten Oberfläche vorgesehen ist.
Vorrichtung zum Positionieren und Fixieren eines Objektes (11) nach Anspruch 11, wobei das Meßsystem eine Einrichtung zur Erfassung einer elektromagnetischen Strahlung aufweist, insbesondere Infrarotstrahlung, wobei ein Vergleich mit gespeicherten Ist-Werten und/oder gespeicherten Sollwerten zur Ermittlung einer Ist-Position vorgesehen ist.
Vorrichtung zum Positionieren und Fixieren eines Objektes (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 oder 12, wobei das Meßsystem die Position eines Objektes (11) berührungslos über eine optische Methode ermittelt, wobei die Position und/oder eine Änderung der Position mittels einer Bildanalyse feststellbar ist.
Vorrichtung zum Positionieren und Fixieren eines Objektes (11) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 13, mit einem Weg-Meßsystem, wobei das Weg-Meßsystem zur Bestimmung eines Stellweges des Kolbens (3) des Arbeitszylinders (1) und/oder eines Stellweges des Mikroaktors (4) und/oder einer Verlagerung des Gehäuses (2) des Arbeitszylinders (1) entlang der Führungsvorrichtung (7) und/oder der Position des Objektes (11) vorgesehen ist.
Vorrichtung zum Positionieren und Fixieren eines Objektes (11) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 14, mit zumindest einer Steuereinrichtung (12), wobei die Steuereinrichtung (12) mit der Vorrichtung zur Druckerzeugung (13), der felderzeugenden Vorrichtung (9) und dem weiteren Stellglied (4) und den Meßsystemen verbunden ist.
Vorrichtung zum Positionieren und Fixieren eines Objektes (11) nach Anspruch 15, wobei der Stellweg des Kolbens (3) des Arbeitszylinders (1) unabhängig von dem Stellweg des Mikroaktors (4) von der Steuereinrichtung (12) einstellbar ist.
Vorrichtung zum Positionieren und Fixieren eines Objektes (11) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei der adaptronische Mikroaktor (4) einen Piezo-Aktor oder einen magneto-/elektrostriktiven Aktor oder einen Formgedächtnis-Aktor aufweist.
Vorrichtung zum Positionieren und Fixieren eines Objektes (11) nach Anspruch 17, wobei der Piezo-Aktor auch für eine Messung einer Kraft bei der Fixierung des Objektes vorgesehen ist.
Vorrichtung zum Positionieren und Fixieren eines Objektes (11) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 18, mit einer Rückstelleinrichtung, wobei die Rückstelleinrichtung einen Anschlag für die Bewegung des Kolbens (3) des Arbeitszylinders (1) darstellt und wobei die Rückstelleinrichtung innerhalb oder außerhalb des Gehäuses (2) des Arbeitszylinders (1) und auf einer Seite des Objektes (11) mit der Stelleinrichtung (100) angeordnet ist, wobei die Rückstelleinrichtung insbesondere eine Federanordnung und/oder einen elastischen Anschlag aufweist.
Vorrichtung zum Positionieren und Fixieren eines Objektes (11) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 19, mit zumindest einer weiteren Stelleinrichtung (110), wobei die weitere Stelleinrichtung (110) als zweite Stelleinrichtung und die Stelleinrichtung (100) als erste Stelleinrichtung auf gegenüberliegenden Seiten des Objektes (11) entlang einer ersten Wirkungsachse angeordnet sind.
Vorrichtung zum Positionieren und Fixieren eines Objektes (11) nach Anspruch 20, mit einer dritten und einer vierten Stelleinrichtung (120, 130), wobei die dritte und die vierte Stelleinrichtung (120, 130) auf gegenüberliegenden Seiten des Objektes (11) entlang einer zweiten Wirkungsachse angeordnet sind und wobei sich die erste und die zweite Wirkungsachse in einem Schnittpunkt unter einem Winkel schneiden.
Vorrichtung zum Positionieren und Fixieren eines Objektes (11) nach Anspruch 21, wobei der Schnittpunkt zwischen der ersten und der zweiten Wirkungsachse innerhalb des Objektes (11) liegt und der Winkel zwischen der ersten und der zweiten Wirkungsachse 90° beträgt.
Vorrichtung zum Positionieren und Fixieren eines Objektes (11) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 21 oder 22, wobei die Vorrichtungen zur Druckerzeugung (13) des ersten Stellgliedes (1), die felderzeugenden Vorrichtungen (9) und die zweiten Stellglieder (4) der ersten und der zweiten und der dritten und der vierten Stelleinrichtung (100, 110, 120, 130) mittels der Steuereinrichtung (12) miteinander verschaltet sind.
Vorrichtung zum Positionieren und Fixieren eines Objektes (11) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 23, mit einer Mehrzahl von in serieller und/oder paralleler Anordnung kombinierbaren Stelleinrichtungen (100, 110), wobei zumindest zwei der Stelleinrichtungen entlang einer Wirkungsachse auf gegenüberliegenden Seiten des Objektes (11) angeordnet sind.
Vorrichtung zum Positionieren und Fixieren eines Objektes (11) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 24, wobei das Objekt (11) ein zu bearbeitendes Werkstück ist, wobei das zu bearbeitende Werkstück relativ zu einem Bearbeitungswerkzeug fixierbar und positionierbar ist.
Verfahren zum Positionieren und Fixieren eines Objektes (11), insbesondere eines zu bearbeitenden Werkstückes oder eines Bearbeitungswerkzeuges, wobei: (a) das Objekt (11) mit zumindest einem Arbeitszylinder (1) als einem ersten Stellglied im Rahmen einer Positioniergenauigkeit des Arbeitszylinders (1) in einer Sollposition relativ zu einem Werkzeug oder Werkstück positioniert wird, (b) ein elektrisches Feld bzw. eines magnetisches Feld zumindest in einem Teilbereich des Arbeitszylinders (1) angelegt wird, wobei eine im Arbeitszylinder (1) aufgenommene elektrorheologische oder magnetorheologische Flüssigkeit (10) beeinflusst und ein Kolben (3) des Arbeitszylinders (1) in einer relativen Lage zum Gehäuse (2) des Arbeitszylinders (1) fixiert wird, und (c) das Objekt (11) mit einem zweiten Stellglied (4) einer höheren Positioniergenauigkeit als der des Arbeitszylinders in die Sollposition relativ zu dem Werkzeug oder Werkstück im Mikrometer- oder Nanometerbereich positioniert wird.
Verfahren zum Positionieren und Fixieren eines Objektes (11) nach Anspruch 26, wobei eine Einspannkraft auf das Objekt (11) in der Sollposition durch einen hydraulischen Druck der im Arbeitszylinder (1) aufgenommenen magnetorheologischen oder elektrorheologischen Flüssigkeit (10) eingestellt wird.
Verfahren zum Positionieren und Fixieren eines Objektes (11) nach Anspruch 26 oder 27, wobei die Einspannkraft über das zweite Stellglied (4) zur Feinpositionierung des Objektes (11) erfaßt und über diese Erfassung ein Betrag oder eine Begrenzung des Betrages der Einspannkraft kontrolliert wird.
Verfahren zum Positionieren und Fixieren eines Objektes (11) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 26 bis 28, wobei eine Ist-Position des Werkstückes oder Objektes (11) relativ zu einem Werkzeug oder Werkstück beim Grobpositionieren mit dem Arbeitszylinder (1) und bei dem Feinpositionieren mit dem zweiten Stellglied (4) erfaßt wird.
Verfahren zum Positionieren und Fixieren eines Objektes (11) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 26 bis 29, wobei das Feinpositionieren des Objektes (11) relativ zu dem Werkzeug oder Werkstück mittels adaptronischer Mikroaktoren derart erfolgt, daß die Einspannkraft des ersten Stellglieds beibehalten bleibt, und insbesondere auf einer gegenüberliegenden Seite des Objektes angeordnete Mikroaktoren und/oder Rückstellelemente gleiche Bewegungen in gleicher Richtung ausführen.