DE10155626A1

DE10155626A1 - Motorisierte Antriebseinrichtung für eine X-Y-Stufe

Info

Publication number: DE10155626A1
Application number: DE2001155626
Authority: DE
Inventors: Michael R Busky
Original assignee: Schlumberger Technologies Inc
Current assignee: Schlumberger Technologies Inc
Priority date: 2000-11-21
Filing date: 2001-11-13
Publication date: 2002-07-25
Also published as: FR2818573A1; JP2002181972A; KR20020039622A

Abstract

Es wird eine X-Y-Stufe (10) mit zwei Antriebsmotoren (16, 18) vorgeschlagen, die aneinander gegenüberliegenden Seiten eines anderen Antriebsgliedes (22) derart angeordnet sind, daß gleichmäßige Antriebskräfte auf den beweglichen Stufenschlitten (14) übertragen werden. Die Antriebskräfte wirken gegeneinander und gleichen dabei die quer zur Bewegung des Stufenschlittens (14) gerichteten Komponenten der Antriebskräfte aus, wodurch Verdrehungen minimiert werden.

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen mit Antriebsmo tor zum Antrieb einer X-Y-Stufe entlang mindestens einer von zwei senkrechten Richtungen und insbesondere auf den Ausgleich von Kräften, die dazu führen, ein Verdrehen der Stufe in der Antriebsbewegung hervorzurufen.

In einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik, die allgemein als X-Y-Stufe bekannt ist, ist ein linearer Schiebeantrieb an geordnet, um für eine erste Stufe eine gesteuerte Bewegung in einer von zwei senkrechten Koordinatenrichtung vorzusehen. Eine zweite Stufe ist typischerweise verschiebbar auf der ersten Stufe angeordnet. Durch kombinierte Bewegung der beiden Stufen in den beiden Koordinatenrichtungen kann eine Bewegung zu jedem gewünschten Punkt innerhalb einer Ebene erreicht werden.

In Fig. 1 ist eine X-Y-Stufe nach dem Stand der Technik gezeigt und allgemein mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Die X-Y-Stufe beinhaltet eine Motorgrundplatte 2, auf der ein Antriebsmotor 3 angeordnet ist. Zusätzlich ist eine verlängerte Stufenbasis 4 an der Motorgrundplatte 2 befestigt oder einstückig damit aus gebildet. Ein Stufenschlitten 5 ist unter Verwendung jeder an nehmbaren, wohlbekannten Methode verschiebbar auf der Stufenba sis 4 angeordnet. Insbesondere sind an der Stufenbasis 4 Schie nen 6 mit Wälzlagern 7 befestigt, die in einer in den Schienen 6 verlaufenden Ausnehmung 8 angeordnet sind und Schenkeln 9 des Stufenschlittens 5 gegenüberliegen. Die Innenseiten der Schen kel 9 befinden sich im Rolleingriff mit den Wälzlagern 7. Ent lang einer Kante des Stufenschlittens 5 ist eine Antriebsplatte 8 angeordnet, und zwar in gegenüberliegender Anordnung zu dem Antriebsmotor 3. Unter Verwendung wohlbekannter Techniken ist der Antriebsmotor 3 so ausgebildet, daß er mit der Antriebs platte 8 im Eingriff steht und die Bewegung des Stufenschlit tens 5 relativ zu der stationären Motorgrundplatte 2 und der Stufenbasis 4 steuert.

Der Stufenschlitten 5 ist in einer einzigen linearen Richtung entlang der Längsachse der Stufenbasis 4 beweglich, wobei diese lineare Richtung eine Koordinatenrichtung repräsentiert, wie beispielsweise X. Die X-Y-Stufe 1 kann mit einer zweiten derar tigen Stufe (nicht gezeigt) kombiniert sein, wobei diese in ei ner senkrechten Richtung, wie beispielsweise Y, ausgerichtet ist, um eine gesteuerte Bewegung in beiden Koordinatenrichtun gen X und Y zu ermöglichen.

Der Motor 3 und die Antriebsplatte 8 sind von Nanomotion Ltd. aus Yokneam, Israel, unter der Modell-Nr. SPBV-02 erhältlich. Die Antriebsplatte 8 ist mit einer Oberfläche hergestellt, die die Reibschnittstelle zwischen der Antriebsplatte 8 und dem An triebsmotor 3 verbessert. Beispielsweise ist die von Nanomotion erhältliche Antriebsplatte 8 aus Aluminiumoxid, das eine hoch polierte Oberflächenbearbeitung aufweist, die eine feine Posi tionssteuerung mit dem Antriebsmotor 3 ermöglicht. Zusätzlich steht der Antriebsmotor 3 über Motorfinger 3a in ständigem Kon takt mit der Antriebsplatte 8, und infolgedessen übt der An triebsmotor 3 nicht nur ein Antriebsmoment auf den Stufen schlitten 5 aus, sondern auch eine Bremskraft. Es ist gewollt, daß sich der Stufenschlitten 5 mit der Betätigung des Antriebs motors 3 bewegt. Auf diese Weise kann die Länge der Bewegung und die Geschwindigkeit der Bewegung des Stufenschlittens 5 se lektiv gesteuert werden.

Die Anordnung aus Fig. 1 besitzt jedoch einen signifikanten Nachteil. Die Verwendung eines einzelnen Antriebsmotors führt zu einem Ungleichgewicht von quer zum Stufenschlitten 5 verlau fenden Kräften, die über den oder die Wechselwirkungspunkte zwischen dem Antriebsmotor 3 und dem Stufenschlitten 5 übertra gen werden. Es entstehen Momente, die dazu führen können, daß sich der Stufenschlitten verdreht oder sogar blockiert. Folg lich ist die Genauigkeit der linearen Bewegung des Schubschlit tens beeinträchtigt, ebenso wie die Fähigkeit zur exakten Steuerung (d. h. Stop und Start) der Bewegung des Stufenschlit tens.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte motorisier te Antriebseinrichtung für eine X-Y-Stufe anzugeben.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine motorisierte Antriebseinrichtung für eine X-Y-Stufe anzugeben, die ausgegli chene Kräfte einsetzt, um ein Verdrehen des Stufenschlittens zu vermeiden.

Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden ge mäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung erreicht, der auf eine X-Y-Stufe gerichtet ist, mit einer stationären Grundplatte und einem beweglichen Stufenschlitten, der verschiebbar auf der Grundplatte angeordnet ist, wobei der Stufenschlitten in einer einzigen Koordinatenrichtung verschiebbar ist. Eine erste und eine zweite Antriebsfläche sind an einem von Grundplatte und Stufenschlitten befestigt, und ein erster und zweiter Antriebs motor sind an dem anderen von Grundplatte und Stufenschlitten angeordnet. Der erste und zweite Antriebsmotor steht im Ein griff mit der ersten bzw. zweiten Antriebsfläche, um erste bzw. zweite Antriebskräfte auf den Stufenschlitten zu übertragen und eine Bewegung des Stufenschlittens relativ zu der Grundplatte hervorzurufen. Der erste und zweite Antriebsmotor sind derart angeordnet, daß jeweils quer zur Bewegung des Stufenschlittens gerichtete Komponenten der ersten und zweiten Antriebskräfte in entgegengesetzten Richtungen auf den Schlitten übertragen wer den.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer X-Y-Stufe nach dem Stand der Technik mit einem einzigen Antriebsmotor;

Fig. 2 ist eine Seitenansicht einer X-Y-Stufe gemäß der vor liegenden Erfindung; und

Fig. 3 ist ein Teilausschnitt der in Fig. 2 gezeigten Ein richtung von oben, und zwar zur Veranschaulichung der Kräfte, die von den Antriebsmotoren auf den Stufen schlitten der X-Y-Stufe der Erfindung einwirken.

Wie in Fig. 2 gezeigt, ist eine X-Y-Stufe allgemein mit dem Be zugszeichen 10 bezeichnet. Die X-Y-Stufe 10 beinhaltet eine Grundplatte 12, einen verschiebbar auf der Grundplatte 12 ange ordneten Stufenschlitten 14 sowie einen ersten und einen zwei ten Antriebsmotor 16, 18. Der Stufenschlitten 14 ist für eine lineare Bewegung ausgebildet, wobei eine solche gradlinige Be wegung einer einzelnen Koordinatenrichtung entspricht.

Die Grundplatte 12 ist in der Bewegungsrichtung des Stufen schlittens, die durch den Doppelpfeil M in Fig. 3 angedeutet ist, verlängert. Die Grundplatte 12 besitzt einen flachen Bo denabschnitt 20 und eine sich nach oben erstreckende Montage fläche 21 für ein Antriebsglied 22. Bevorzugt erstreckt sich das Antriebsglied 22 in Längsrichtung ebenso lang wie der Bo denabschnitt 20, und es besitzt hierüber einen gleichmäßigen rechteckigen Querschnitt mit Antriebsflächen 24, 26. Die An triebsmotoren 16, 18 sind bevorzugt dieselben, wie oben für den Antriebsmotor 3 nach dem Stand der Technik beschrieben. Das An triebsglied 22 ist bevorzugt aus dem oben zu der Antriebsplatte 8 beschriebenen Aluminiumoxid-Material hergestellt. Dadurch, daß das Antriebsglied 22 einen konstanten Querschnitt besitzt, können die Antriebsmotoren 16, 18 eine gleichmäßige Antriebs kraft über die gesamte Arbeitslänge des Antriebsgliedes 22 auf bringen. Bevorzugt ist das Antriebsglied 22 mit Schrauben an der Montagefläche 21 befestigt. Die Verwendung von Klebstoffen sollte in Anwendungen vermieden werden, wo die X-Y-Stufe im Va kuum arbeitet, da Klebstoffe zum Ausgasen neigen.

Der erste und zweite Antriebsmotor 16 sind fest an dem Stufen schlitten 14 befestigt. Das Antriebsglied 22 ist zwischen dem ersten und zweiten Antriebsmotor 16, 18 angeordnet, wobei jeder der beiden Antriebsmotoren 16, 18 so angeordnet ist, daß er über Motorfinger 36, die mit Antriebsflächen 24, 26 in Eingriff stehen, eine Antriebskraft auf das Antriebsglied 22 überträgt. Bei dieser Einrichtung sind der erste und der zweite Antriebs motor 16, 18 so angeordnet, daß sie quer zur Bewegung des Stu fenschlittens 14 gerichtete Komponenten der Antriebskräfte auf das Antriebsglied 22 in einander entgegengesetzten Richtungen übertragen, was die am Stufenschlitten angreifenden Reaktiv kräfte ausgleicht. Die einander entgegengesetzten Kräfte sind im wesentlichen gleich, was zu einem Ausgleich der von den An triebsmotoren quer zum Stufenschlitten 14 übertragenen Kräfte führt, so daß sich der Stufenschlitten nicht verdreht oder blockiert.

Fig. 3 zeigt, daß der Antriebsmotor 16 auf das Antriebsglied 22 eine nach links gerichtete Antriebskraft F_L überträgt, während der Antriebsmotor 18 eine nach rechts gerichtete Antriebskraft F_R überträgt. Vorzugsweise werden die Antriebskräfte F_L und F_R entlang einer einzigen Achse, wie beispielsweise der X-Achse, übertragen. Es versteht sich, daß die Antriebskräfte F_L und F_R ebenso resultierende Kräfte sein können, die von den Antriebs motoren 16, 18 erzeugt werden. Daher kann der erste Antriebsmo tor 16 beispielsweise zwei entlang der Richtung M voneinander beabstandete Sätze von Motorfingern 36 besitzen, die mit der ersten Antriebsfläche 24 im Eingriff stehen. Die Antriebskraft F_L ist eine resultierende der beiden einzelnen Kräfte F_L' und F_L", die über die Antriebsrollen 36 übertragen werden.

Der erste und der zweite Antriebsmotor 16, 18 werden über eine Antriebsmotorsteuereinheit MC gesteuert. Für die oben angegebe nen bevorzugten Antriebsmotoren ist die Antriebsmotorsteuerein heit ebenfalls von Nanomotion erhältlich.

Bezugnehmend auf Fig. 2 ist der Stufenschlitten 14 in einem verschlieblichen Eingriff auf der Grundplatte 12 angeordnet, wobei einem Durchschnittsfachmann an sich bekannte Techniken verwendet sind. In einem nicht einschränkenden Beispiel besitzt jede Seite der X-Y-Stufe wenigstens eine Schiene 38, die auf der Grundplatte 12 angeordnet ist. Im oberen Bereich der Schie ne 38 ist eine Ausnehmung 40 eingebracht, und in der Ausnehmung 40 sind am Stufenschlitten 14 angeordnete Wälzlager 42 in rol lendem Eingriff mit dieser aufgenommen. Bevorzugt sind zwei Schienen 38 vorgesehen, wobei der erste und der zweite An triebsmotor 16, 18 jeweils zwischen dem Antriebsglied 22 und einer der Schienen 38 angeordnet sind. Es ist des weiteren be vorzugt, daß die Schienen 38 parallel zum Antriebsglied 22 ver laufen. Ferner sind verschiedene Abstände, wie beispielsweise Abstand 44 zwischen Antriebsglied 22 und Stufenschlitten 14, vorgesehen, um ein Reiben der einander gegenüberstehenden Schiebeflächen zu verhindern.

Wenngleich oben ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorlie genden Erfindung im Detail erläutert wurde, sind verschiedene Abwandlungen davon für jeden Durchschnittsfachmann leicht er sichtlich. Beispielsweise kann die X-Y-Stufe 10 in verschiede nen Anwendungen verwendet werden, und in einer solchen Anwen dung kann es bevorzugt sein, daß die Antriebsmotoren statt an dem beweglichen Stufenschlitten an der stationären Grundplatte angeordnet sind. Das antreibende Glied wäre an dem beweglichen Stufenschlitten befestigt. Eine andere leicht ersichtliche Ab wandlung beinhaltet die Verwendung von mehr als einem Satz von einander gegenüberliegenden Motoren. Dies bietet eine höhere Geschwindigkeit und bessere Steifigkeit der Stufe. Beispiels weise kann die X-Stufe zwei solche Sätze besitzen, während die Y-Stufe, die über der X-Stufe angeordnet ist, nur einen solchen Satz besitzt. Eine weitere derartige Abwandlung besteht darin, daß für das Antriebsglied verwendete Einzelelement aus Alumini umoxid mit einem Element aus einem anderen Material zu erset zen, und für den Eingriff mit den Antriebsmotoren könnten Plat ten aus Aluminiumoxid an den Antriebsflächen befestigt werden. Diese und andere derartige Abwandlungen sollen in den Schutzbe reich der vorliegenden Erfindung fallen, wie sie durch die nachfolgenden Ansprüche definiert ist.

Claims

1. X-Y-Stufe mit:
einer stationären Grundplatte (12)
einem beweglichen Stufenschlitten (14), der ver schiebbar an der Grundplatte (12) angeordnet ist, wobei der Stufenschlitten (14) in einer einzigen Ko ordinatenrichtung (M) verschiebbar ist,
einer ersten und einer zweiten Antriebsfläche (24, 26), die an einem von Grundplatte (12) und Stufen schlitten (14) angeordnet sind, und
einem ersten und einem zweiten Antriebsmotor (16, 18), die an dem anderen von Grundplatte (12) und Stufenschlitten (14) angeordnet sind und mit der er sten und der zweiten Antriebsfläche (24, 26) in Ein griff stehen, um erste und zweite Antriebskräfte auf den Stufenschlitten (14) zu übertragen und eine Be wegung des Stufenschlittens (14) relativ zu der Grundplatte (12) hervorzurufen,
wobei der erste und der zweite Antriebsmotor (16, 18) derart angeordnet sind, daß jeweils quer zur Be wegung des Stufenschlittens (14) gerichtete Kompo nenten (F_R, F_L) der ersten und zweiten Antriebskräfte auf den Stufenschlitten (14) in einander entgegenge setzten Richtungen übertragen werden.

2. X-Y-Stufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Antriebsmotor (16) an der Grundplatte (12) angeord net ist.

3. X-Y-Stufe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Antriebsmotor (18) an der Grundplatte (12) angeordnet ist.

4. X-Y-Stufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Antriebsfläche (24, 26) an der Grundplat te (12) angeordnet sind.

5. X-Y-Stufe nach einem der Ansprüche 1 oder 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die Grundplatte (12) einen im wesentli chen flachen Bodenabschnitt (20) und ein sich nach oben erstreckendes Antriebsglied (22) beinhaltet, wobei das An triebsglied (22) zwischen dem ersten und dem zweiten An triebsmotor (16, 18) angeordnet ist.

6. X-Y-Stufe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsglied (22) die erste Antriebsfläche (24) beinhal tet, die im wesentlichen dem ersten Antriebsmotor (16) zu gewandt ist.

7. X-Y-Stufe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsglied (22) die zweite Antriebsfläche (26) beinhaltet, die im wesentlichen dem zweiten Antriebsmotor (18) zugewandt ist.

8. X-Y-Stufe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner gekenn zeichnet durch wenigstens eine an der Grundplatte (12) an geordnete Schiene (38) mit wenigstens einer Ausnehmung (40), sowie durch an dem Stufenschlitten (14) angeordnete Wälzlager (42), die in rollendem Eingriff in der Ausneh mung (40) der Schiene (38) angeordnet sind.

9. X-Y-Stufe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (12) einen im wesentlichen flachen Bodenab schnitt (20) sowie ein sich nach oben erstreckendes An triebsglied (22) aufweist, wobei die Schiene (38) an dem Bodenabschnitt (20) angeordnet ist und wobei der erste An triebsmotor (16) zwischen der Schiene (38) und dem An triebsglied (22) angeordnet ist.

10. X-Y-Stufe nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiene (38) im wesentlichen parallel zu dem An triebsglied (22) verläuft.

11. X-Y-Stufe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge kennzeichnet, daß die einander entgegengerichteten Kompo nenten (F_R, F_L) der ersten und zweiten Antriebskräfte im wesentlichen gleich sind.

12. X-Y-Stufe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge kennzeichnet, daß die Querkomponenten (F_R, F_L) der ersten und zweiten Antriebskräfte entlang einer einzigen Achse (X) übertragen werden.