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Die
Erfindung betrifft eine Werkstückauflage, mit
einen Werkstücktisch,
der eine Auflagefläche
zur Lagerung eines Werkstückes,
sowie wenigstens drei auf einer Basis aufliegende Lagerelemente
zur Lagerung des Werkstücktisches
umfasst, wobei wenigstens eines dieser Lagerelemente längenverstellbar ausgebildet
ist, um den Werkstücktisch
um wenigstens eine parallel zur Auflagefläche ausgerichtete Achse kippen
zu können
und/oder die Lage des Werkstücktisches
senkrecht zur Auflagefläche
verändern
zu können.
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Solche
Werkstückauflagen
sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt.
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Beispielsweise
zeigt die
US 4,731,934 eine solche
Werkstückauflage
in Form eines Drehtisches für
ein Koordinatenmessgerät,
auf dem das zu vermessende Werkstück gelagert werden kann. Der Drehtisch
weist eine Basis auf, die um eine vertikale Achse verdreht werden
kann. Der Werkstücktisch, auf
dem das zu vermessende Werkstück
dann befestigt werden kann ist auf drei Kugeln gelagert, wobei der
Werkstücktisch
dazu mit den Kugeln zusammenwirkende innensphärische Elemente aufweist, die
auf den Kugeln aufliegen. Zwei der drei Kugeln sind über motorische
Antriebe höhenverstellbar,
so dass der Werkstücktisch
um jede Achse parallel zur Auflagefläche rotiert werden kann, um
hierdurch die Werkstückachse
parallel zur Drehachse des Drehtisches ausrichten zu können. Außerdem sind
noch zwei weitere motorische Antriebe vorhanden, über die
der Werkstücktisch
gegenüber
der Basis in der zur Auflagefläche
parallelen Horizontalebene in beliebige Richtungen verfahren werden
kann.
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Die
DE-OS 22 48 535 zeigt ebenfalls
eine Werkstückauflage
für ein
Messgerät,
auf dem ein zu vermessendes Werkstück gelagert werden kann. Diese
umfasst unter anderem drei übereinander
liegende Platten, von denen die oberste Platte zur Lagerung des
Werkstückes
dient und diese Platte damit die Funktion des Werkstücktisches übernimmt.
Diese oberste Platte ist hierbei über drei Kugeln auf der mittleren
Platte gelagert, wobei sowohl die oberste Platte, wie auch die mittlere
Platte für
jede der Kugeln eine V-Führung
aufweisen, wobei alle V-Führungen dieselbe
Ausrichtung haben, so dass die oberste Platte gegenüber der
mittleren Platte in einer ersten horizontalen Richtung bewegt werden
kann. Auf genau dieselbe Weise ist die mittlere Platte auf der unteren
Platte über
drei Kugeln gelagert, wobei die Führungsrichtung dieser V-Führungen
diesmal senkrecht zur Führungsrichtung
der oben bezeichneten V-Führungen
steht, sodass die mittlere Platte gegenüber der unteren Platte in einer
zur ersten Bewegungsrichtung senkrechten zweiten horizontalen Bewegungsrichtung
beweglich ist. Die untere Platte übernimmt damit die Funktion
der Basis. Durch entsprechende manuell bedienbare Präzisionsverschiebungswerke kann
die obere Platte gegenüber
der mittleren Platte und die mittlere Platte gegenüber der
unteren Platte in der jeweiligen Verschiebungsrichtung verschoben werden.
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Zusätzlich ist
sowohl bei der Lagerung der oberen Platte auf der mittleren Platte,
wie auch bei der Lagerung der mittleren Platte auf der unteren Platte
eine der jeweils unten liegenden V-Führungen auf
einem auf- und abwärts
beweglichen Hebel befestigt, dessen Höhe sich jeweils über ein
weiteres Präzisionsverschiebungswerk
verändern
lässt,
indem ein kugelförmiges
Ende des Präzisionsverschiebungswerkes
sich mehr oder weniger weit unter ein keilförmiges Ende des Hebels schiebt.
Hierdurch kann die jeweils darüber
liegende Platte an dieser Stelle angehoben oder abgesenkt werden,
wodurch sich die jeweils darüber
liegende Platte um die beiden anderen Kugeln, die als Drehgelenk
wirken, dreht, so dass die obere Platte auch um zwei senkrecht aufeinander
stehende horizontale Drehachsen rotiert werden kann.
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Die
DE 42 18 984 A1 zeigt
ein Positioniersystem für
optische Prüfgeräte, bei
dem eine als Werkstücktisch
fungierende Auflageplatte, auf der ein zu prüfendes optisches Bauteil angeordnet
werden kann, über
sechs längenveränderliche
Stützen,
gegenüber
einer Basis in allen Freiheitsgraden bewegt werden kann. Die längenveränderlichen
Stützen
sind hierzu gelenkig an der Auflageplatte und an der Basis befestigt.
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Die
Besonderheit der gezeigten Werkstückauflagen besteht darin, dass
Kräfte,
die parallel zur Auflagefläche
des Werkstücktisches
wirken, also im Regelfall in horizontaler Richtung (im folgenden
als Querkräfte
bezeichnet) von den Lagerelementen aufgenommen werden müssen. Im
Falle der
US 4,731,934 handelt
es sich hierbei um die Kugeln und die hiermit zusammenwirkenden
innensphärischen Elemente.
Im Falle der
DE-OS 22 48 535 werden Querkräfte, die
senkrecht zur Führungsrichtung
der V-Führungen
vorhanden sind, ebenfalls von den Kugeln und den V-Führungen
aufgenommen. Im Falle der
DE
42 18 984 A1 werden die Querkräfte durch die längenveränderlichen
Stützen
aufgenommen.
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Bei
relativ kleinen Werkstückauflagen
ist die Aufnahme der Querkräfte
durch die Lagerelemente kein Problem. Bei Werkstückauflagen für größere Werkstücke können hier
jedoch beträchtliche
Querkräfte
auftreten, die zu unerwünschten
Hystereseeffekten führen
können.
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Aufgabe
ist es daher eine Werkstückauflage eingangs
genannter Art vorzuschlagen, mit der Hystereseeffekte vermieden
werden können.
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Die
Aufgabe wird durch eine Werkstückauflage
mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst, wobei die Werkstückauflage
erfindungsgemäß eine Führung enthält, die
Querkräfte
parallel zur Auflagefläche
aufnimmt und damit eine Bewegung des Werkstücktisches in Richtungen parallel
zur Auflagefläche verhindert
aber eine Kippung um wenigstens eine parallel zur Auflagefläche ausgerichtete
Achse und/oder eine Bewegung des gesamten Werkstücktisches in einer Richtung
senkrecht zur Auflagefläche zulässt.
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Der
Grundgedanke der Erfindung ist darin zu sehen, dass eine von den
Lagerelementen unabhängige
Führung
vorgesehen wird, die alle Querkräfte
in Richtungen parallel zur Auflagefläche aufnimmt. Hierdurch wird
erreicht, dass die beweglichen Lagerelemente nur in Richtung ihrer
Längenverstellbarkeit mit
Kräften
beaufschlagt werden und somit keine Hystereseffekte auftreten.
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Als
Führungen
sind eine Vielzahl von Lösungen
denkbar. Für
eine Anordnung, bei der der Werkstücktisch nur in einer Richtung
senkrecht zur Auflagefläche
bewegt werden soll, würde
beispielsweise eine Linearführung
(z.B. eine Kugel-Schienenführung
oder eine Luftlagerführung)
vollkommen ausreichen, die den Werkstücktisch in dieser Richtung
beweglich lagert.
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Vorteilhaft
kann die Führung
aber auch als ein elastischer Körper
ausgebildet sein, der in Richtungen parallel zur Auflagefläche und
bezüglich
Torsionen um eine senkrecht zur Auflagefläche stehende Achse steif ist
und damit eine Bewegung des Werkstücktisches in Richtungen parallel
zur Auflagefläche
verhindert, aber bei einer Kippung um wenigstens eine parallel zur
Auflagefläche
ausgerichtete Achse elastisch ausgebildet ist und/oder hinsichtlich einer
Bewegung des gesamten Werkstücktisches
in einer Richtung senkrecht zur Auflagefläche elastisch ausgebildet ist.
Dies hat den Vorteil, dass eine solche Führung praktisch vollkommen
Hysteresefrei ist, da diese Führung
keine gegeneinander beweglichen Teile besitzt.
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Eine
besonders einfache, und damit vorteilhafte Ausgestaltung für einen
solchen elastischen Körper,
der als Führung
wirkt, kann eine Blattfeder sein. Eine solche Blattfeder weist dabei
vorteilhaft einen Bereich auf, der zur Auflagefläche des Werkstücktisches
parallel ist. Hierdurch können
einerseits die Querkräfte
in Richtungen parallel zur Auflagefläche aufgenommen werden, da
die Blattfeder in diesen Richtungen nahezu steif ist, während die
Blattfeder hinsichtlich Bewegungen des Werkstücktisches senkrecht zur Auflagefläche und
auch hinsichtlich Rotationen des Werkstücktisches um Achsen parallel zur
Auflagefläche
flexibel ist.
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Die
Blattfeder kann hierbei prinzipiell an Ihrem einen Ende mit dem
Werkstücktisch
starr verbunden sein, während
sie an ihrem anderen Ende mit der Basis starr verbunden ist.
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Um
eine verbesserte Beweglichkeit des Werkstücktisches in der zur Auflagefläche senkrechten
Bewegungsrichtung zu gewährleisten,
kann die Blattfeder an zumindest einem der Enden des zur Auflagefläche parallelen
Bereiches einen gegenüber diesem
Bereich rechtwinklig abgewinkelten zweiten Bereich aufweisen, der
senkrecht zur Auflagefläche liegt.
Vorteilhaft sind in einer solchen Ausführungsform dann
- – entweder
beide Enden der Blattfeder starr mit der Basis verbunden und der
Werkstücktisch
mittig zwischen den beiden starren Verbindungen der Blattfeder zur
Basis starr mit der Blattfeder verbunden
- – oder
beide Enden der Blattfeder starr mit dem Werkstücktisch verbunden und die Basis
mittig zwischen den beiden starren Verbindungen der Blattfeder zum
Werkstücktisch
starr mit der Blattfeder verbunden.
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Natürlich können anstelle
der Blattfeder auch anders geformte elastische Körper verwendet werden, die
zumindest Teile der Funktionen der eben beschriebenen Blattfeder übernehmen.
Beispielsweise könnte
ein an und für
sich steifer Rahmen verwendet werden, der durch entsprechende Einfräsungen an definierten
Stellen torsionsweich wird. Es könnten auch
mehrere Blattfedern, z.B. mehrere elastische Stäbe, die nebeneinander angeordnet
sind, verwendet werden.
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Als
Lagerelemente können
eine Vielzahl von Lagerungen verwendet werden, wie sie auch Eingangs
im Stand der Technik genannt wurden. Es könnten beispielsweise Kugeln
verwendet werden, die mit innensphärischen Elementen oder V-Führungen
zusammenwirken oder gelenkig angekoppelte, längenveränderliche Beine. Besonders
vorteilhaft können
jedoch Lagerelemente verwendet werden, die keinerlei Querkräfte, also
Kräfte
parallel zur Auflagefläche,
aufnehmen können.
Ein solches Lagerelement umfasst ein Laufelement mit einer ebenen Fläche sowie
eine Kugel, die auf der ebenen Fläche des Laufelementes beweglich
gelagert ist. Es ist klar, dass das Laufelement mit der ebenen Fläche natürlich auch
integraler Bestandteil des Werkstücktisches oder der Basis sein
kann, indem Beispielsweise einfach in dem Werkstücktisch oder in der Basis selber eine
ebene Fläche
eingearbeitet wird. Ein solches Lagerelement könnte beispielsweise eine Kugelrolle mit
einer hierin kugelgelagerten Kugel umfassen, die auf der ebenen
Fläche
beweglich gelagert ist. Alternativ könnte ein solches Lagerelement
auch eine Kugel umfassen, die mit zwei Laufelementen mit jeweils ebenen
Flächen
zusammenwirkt, wobei eines der Laufelemente mit dem Werkstücktisch
verbunden ist und das andere Laufelement mit der Basis verbunden
ist.
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Zusätzlich kann
die ebene Fläche
des Laufelementes auch gegenüber
der Auflagefläche
geneigt sein, indem das Laufelement beispielsweise keilförmig ausgebildet
ist. Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine Relativbewegung
der Kugel gegenüber
der ebenen Fläche
in einer Richtung parallel zur Auflagefläche in eine Bewegung senkrecht
zur Auflagefläche umgesetzt
wird, um hierdurch die Längenänderung des
Lagerelementes zu erreichen. Um dies zu erreichen, kann beispielsweise
auf der Basis ein Laufelement, beispielsweise in Form eines Keils
vorgesehen sein, der in einer zur Auflagefläche parallelen Richtung beweglich
gelagert ist und dessen ebene Fläche in
Verschiebungsrichtung gegenüber
der Auflagefläche
geneigt ist, so dass bei einer Verschiebung des Laufelementes in
Verschiebungsrichtung die Kugel senkrecht zur Auflagefläche bewegt
wird und der Werkstücktisch
hierdurch senkrecht zur Auflagefläche bewegt wird, also bei einer
horizontalen Auflagefläche
angehoben oder abgesenkt wird. Es sind viele Varianten möglich. Alternativ
kann beispielsweise auch am Werkstücktisch ein keilförmiges Element
mit einer ebenen Fläche
befestigt sein, die gegen die Auflagefläche geneigt ist, während die
Kugel an der Basis in Richtung der Auflagefläche verschieblich gelagert
ist. Durch Verschiebung parallel zur Auflagefläche kann der Werkstücktisch
in analoger weise gehoben oder gesenkt werden.
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Soweit
ebene Flächen
Einsatz finden, die gegen die Auflagefläche geneigt sind, ergibt sich
durch die auf das Lagerelement wirkende Gewichtskraft des Werkstücktisches,
die auf das verschieblich gelagerte Laufelement mit der geneigten
ebenen Fläche
wirkt, nach dem Prinzip des Hangabtriebes eine Kraft in Verschiebungsrichtung
des Laufelementes, also in einer Richtung parallel zur Auflagefläche. In einer
besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist daher wenigstens
eine Feder vorgesehen, die diese Kraft in Verschiebungsrichtung
zumindest teilweise kompensiert. Die Feder kann, je nach Anordnung,
entweder als Zugfeder oder als Druckfeder ausgestaltet sein.
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Der
Werkstücktisch
weist eine Auflagefläche auf,
auf der ein Werkstück
gelagert werden kann. Das Werkstück
kann entweder direkt auf dem Werkstücktisch gelagert werden, indem
das Werkstück hieran
direkt befestigt wird. Alternativ kann jedoch auch auf dem Werkstücktisch
eine weitere Vorrichtung, wie beispielsweise ein Drehtisch oder
eine Aufspannvorrichtung montiert sein, auf der dann wiederum das
Werkstück
befestigt ist.
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Auch
bei den Werkstücken
kann es sich um die unterschiedlichsten Varianten handeln. Es kann sich
beispielsweise um einen Wafer handeln, der zur Herstellung einer
integrierten Schaltung bearbeitet wird oder um ein Substrat, wie
eine Glasscheibe, die auf einer Seite mit einer Halbleiterschicht überzogen ist.
Es kann sich aber auch um ein Werkstück handeln, das von einem Messgerät vermessen
wird oder um ein Werkstück
das von einer Werkstückbearbeitungsmaschine
bearbeitet wird.
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Auch
die Basis kann unterschiedlich ausgestaltet sein. Es kann sich hierbei
im einfachsten Fall um den Hallenboden handeln, auf dem der Werkstücktisch über die
Lagerelemente gelagert ist. Alternativ kann es sich hierbei um ein
Bauteil der Maschine handeln, das ggf. sogar in einer oder in mehreren Richtungen
beweglich gelagert ist.
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Eine
weitere Verbesserung ergibt sich, wenn der Werkstücktisch
zusätzlich
auf wenigstens einem federnden Element gegenüber der Basis gelagert ist, das
zumindest Teile der Gewichtskraft des Werkstücktisches aufnimmt. Dies hat
den besonderen Vorteil, dass die Lagerelemente nur geringe Gewichtskräfte aufnehmen
müssen,
und hierdurch den ggf. schweren Werkstücktisch mit relativ geringen Kräften bewegen
können.
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Wie
oben bereits ausgeführt,
kann die oben beschriebene Werkstückauflage in unterschiedlichsten
Maschinen verwendet werden. Vorteilhaft ist die Werkstückauflage
jedoch in einer Bearbeitungsanlage mit einem Bearbeitungswerkzeug
zur Bearbeitung eines Werkstückes
einsetzbar, das ein zu bearbeitendes Halbleitermaterial umfasst,
beispielsweise bei einer Anlage, mit der durch einen Laserstrahl
die Oberfläche
eines Wafers oder eines mit einem Halbleitermaterial beschichteten
Trägersubstrates
aufgeschmolzen wird, um die Kristallstruktur des Halbleitermaterials
zu verändern.
Das Bearbeitungswerkzeug kann dann eine Laservorrichtung sein, die
einen Laserstrahl so auffächert,
dass der auf dem Halbleitermaterial des Werkstückes auftreffende Laserstrahl eine
Linie ergibt. In einem solche Fall ist es insbesondere wichtig den
Werkstücktisch
hochgenau in der oben angegebenen Weise um eine beliebige Achse parallel
zur Auflagefläche
zu kippen oder ihn senkrecht zur Auflagefläche zu bewegen, um die zu bearbeitende
Oberfläche
des Halbleitermaterials bestmöglich
in die Fokuslinie zu bewegen. Da eine Bewegung des Laserstrahl in
einer solchen Anordnung nur schwer möglich ist, sollte außerdem die
Basis der Werkstückauflage
in wenigstens einer Richtung verschieblich gelagert sein und zwar
senkrecht zur Ebene, die durch den aufgefächerten Laserstrahl definiert
wird.
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Damit
die jeweilige Position der Auflagefläche des Werkstücktisches
genau ermittelt werden kann, ist wenigstens einem Lagerelement ein
Wegmesssystem zugeordnet, über
das der Abstand zwischen der Basis und dem Werkstücktisch
bestimmt werden kann. Ist der Werkstücktisch auf drei längenveränderlichen
Lagerelementen gelagert und ist jedem Lagerelement ein Wegmesssystem
zugeordnet, so können
aus den Signalen der Wegmessysteme hochgenau die Lage der Auflagefläche in der
zur Auflagefläche
senkrechten Richtung, wie auch Kippwinkel um Drehachsen, die parallel
zur Auflagefläche ausgerichtet
sind, bestimmt und eingestellt werden. Zur Messung können die
Wegmesssysteme unterschiedlich ausgestaltet sein, beispielsweise
mit Inkrementalmassstäben,
oder mit einem Induktivmeßsystem.
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Weitere
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den Figuren. Hierin zeigen:
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1:
Eine Bearbeitungsanlage 1 mit einer erfindungsgemäßen Werkstückauflage 27;
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2:
Perspektivische Darstellung des Werkstücktisches 4 im abmontierten
Zustand gesehen von seitlich unten;
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3:
Ein Lagerelement 7a aus 2 in der Seitenansicht;
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4:
Das Lagerelement 7a nach 3 in der
Draufsicht;
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5 + 6:
schematische Darstellung der Zusammenwirkung zwischen dem Schlitten 17a und
der Kugel 16a der Kugelrolle 15a;
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7:
Perspektivische Darstellung der Kugelrolle 15a mit einem
aufgeschnittenen Gehäuse 33a;
und
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8:
Perspektivische Darstellung des Wegmesssystems 29a aus 2,
das dem Lagerelement 7a zugeordnet ist.
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In 1 ist
eine Bearbeitungsanlage 1 mit einer erfindungsgemäßen Werkstückauflage 27 zu sehen.
Wie hieraus zu sehen, weist die Bearbeitungsanlage 1 einen
Laser 2 auf, mit dem der für die Bearbeitung des hier
nicht näher
zu sehenden Werkstückes
(eine Glasplatte, die mit einer Halbleiterschicht überzogen
ist) erforderliche Laserstrahl erzeugt wird. Der Laserstrahl wird über Spiegel
in ein optisches System 3 eingespiegelt, über das
der Laserstrahl so aufgefächert
wird, dass der auf dem Halbleitermaterial auftreffende Laserstrahl
eine Linie quer zur Bewegungsrichtung (siehe Pfeil y) der Werkstückauflage 27 ergibt.
Das optische System 3 ist hierbei über eine Stahlkonstruktion 23 auf
einem Grundgestell 6 gelagert, das wiederum über Dämpfer 26 auf
dem darunter liegenden Boden gelagert ist. Die Werkstückauflage 27,
auf der das zu bearbeitende Werkstück aufliegt ist hier in 1 nur
grob zu erkennen. Diese Werkstückauflage 27 umfasst
eine Basis 5, die über
Luftlager 25 in Richtung des Pfeils y beweglich geführt sind.
Außerdem
ist im Grundgestell 6 ein Kanal 24 eingearbeitet, über den
die Werkstückauflage 27 auch
seitlich geführt.
Die Werkstückauflage 27 wird über einen
hier nicht näher
gezeigten Reibradantrieb angetrieben, wobei die genaue Position
der Werkstückauflage über einen
ebenfalls hier nicht näher
zu sehenden Maßstab
bestimmt wird. Außerdem
umfasst die Werkstückauflage
auch einen Werkstücktisch 4,
auf dem das Werkstück
(eine Glasplatte mit einer Halbleiterschicht) aufliegt. Der Werkstücktisch 4 weist
eine Auflagefläche 28 auf,
die im vorliegenden Fall horizontal ausgerichtet ist.
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Um
das Werkstück
möglichst
genau gegenüber
dem Laserstrahl in dessen Fokus positionieren zu können, der
hier als Fokuslinie ausgebildet ist, kann die Lage des Werkstücktisches 4 in
der mit dem Pfeil z bezeichneten Richtung senkrecht zu seiner horizontalen
Auflagefläche 28 bewegt
werden, auf der das Werkstück
aufliegt, so dass das Werkstück
also in vertikaler Richtung insgesamt gegenüber dem Laserstrahl auf- und
abbewegt werden kann. Außerdem kann
der Werkstücktisch 4 auch
um eine beliebige Achse parallel zur Auflagefläche 28 verkippt werden, also
sowohl um eine Drehachse, die zu dem mit x bezeichneten Pfeil parallel
ist, als auch um eine zum Pfeil y parallele Drehachse. Hierdurch
kann die Auflagefläche 28 und
mithin die Oberfläche
des hierauf aufliegenden Werkstückes
auch gegenüber
dem Laserstrahl gekippt werden.
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Die
Steuerung des Lasers 2, des optischen Systems 3,
der Bewegung der Werkstückauflage 27 in
der mit dem Pfeil y gezeigten Richtung sowie die Bewegung des Werkstücktisches 4 gegenüber der Basis 5 erfolgt
hierbei, wie üblich,
durch eine Steuerung, die hier nicht näher zu sehen ist. Die konkrete Mechanik, über die
der Werkstücktisch 4 in
der zur Auflagefläche 28 senkrechten
Richtung z bewegt wird und um die zur Auflagefläche parallelen Achsen (Achsen
parallel zur x und y-Achse) rotiert wird, wird näher anhand der nun folgenden 2 bis 8 näher erläutert.
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2 zeigt
hierbei Teile des Werkstücktisches 4 gemeinsam
mit den Elementen, die zur Bewegung des Werkstücktisches 4 notwendig
sind, im abmontierten Zustand in einer perspektivischen Ansicht
von seitlich unten. Wie hierbei zunächst zu sehen ist, sind am
Werkstücktisch 4 drei
Lagerelemente 7a, 7b, 7c zur Lagerung
des Werkstücktisches 4 auf der
hier nicht zu sehenden Basis 5 vorgesehen. Die Lagerelemente 7a, 7b, 7c sind
dazu einerseits auf ihrer Oberseite mit dem Werkstücktisch 4 verbunden, während ihre
Unterseite, im vorliegenden Fall die Platten 13a, 13b und 13c auf
der in 2 nicht zu sehenden Basis 5 aufliegen
und hier befestigt sind. Im vorliegenden Fall sind alle drei Lagerelemente 7a, 7b, 7c in
der mit dem Pfeil z gezeigten Richtung längenverstellbar ausgebildet,
wie dies anhand der 3 bis 8 weiter
unten noch näher
beschrieben wird. Hierdurch kann der Werkstücktisch 4 einerseits
so bewegt werden, dass die Lage des Werkstücktisches 4 senkrecht
zur Auflagefläche 28 verändert wird.
Dazu muß lediglich
bei allen Lagerelementen 7a, 7b, 7c die jeweilige
Länge La
(Länge
des Lagerelementes 7a, vgl. 3), Lb (Länge des
Lagerelementes 7b) und Lc (Länge des Lagerelementes 7c) um
denselben Betrag verlängert
oder verkürzt
werden. Außerdem
kann die Auflagefläche 28 des
Werkstücktisches
auch um eine im wesentlichen beliebige, zur Auflagefläche 28 parallel
ausgerichtete Achse gekippt werden, also eine Achse, die zu den
Pfeilen x oder y parallel ist, indem die Längen La, Lb und Lc der Lagerelemente 7a, 7b und 7c so
verändert
werden, dass sich die Längenunterschiede
La–Lb und/oder
La–Lc
und/oder La–Lb
verändern.
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Wie
bereits oben ausgeführt,
ist ferner eine Führung
vorgesehen, die Querkräfte
parallel zur Auflagefläche 28 aufnimmt,
also in den mit den Pfeilen x und y bezeichneten Richtungen und
damit eine Bewegung des Werkstücktisches 4 in
Richtungen parallel zur Auflagefläche 28 verhindert,
aber eine Kippung um wenigstens eine parallel zur Auflagefläche ausgerichtete
Achse und/oder eine Bewegung des gesamten Werkstücktisches 4 senkrecht
zur Auflagefläche 28 zulässt.
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Die
Führung
ist vorteilhaft als ein elastischer Körper ausgeführt, der in Richtungen parallel
zur Auflagefläche 28,
also in Richtungen der Pfeile x und y und bezüglich Torsinnen um eine senkrecht
zur Auflagefläche
stehende Achse, also Torsinnen um eine zur Achse z parallele Achse,
steif ist. Hierdurch werden Bewegungen des Werkstücktisches
in Richtungen parallel zur Auflagefläche 28 verhindert,
also Bewegungen in Richtungen x und y und auch Rotationen um eine
zur Achse z parallele Drehachse. Bezüglich Kippungen um eine parallel
zur Auflagefläche 28 ausgerichtete
Achse ist der elastische Körper
hingegen elastisch ausgebildet ist und hinsichtlich einer Bewegung
des gesamten Werkstücktisches 4 in
einer Richtung z senkrecht zur Auflagefläche 28.
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Im
vorliegenden Fall wurde dieser elastische Körper, durch den die Führung realisiert
ist, durch eine Blattfeder 8 realisiert, die unter anderem
einen Bereich 8a aufweist, der zur Auflagefläche 28 des Werkstücktisches
parallel ist und an einem Ende des zur Auflagefläche 28 parallelen
Bereiches 8a einen gegenüber diesem Bereich rechtwinklig
abgewinkelten zweiten Bereich 8b aufweist, der senkrecht
zur Auflagefläche 28 liegt.
Wie zu sehen, sind hierbei beide Enden der Blattfeder 8 starr
mit dem Werkstücktisch 4 verbunden,
nämlich
einmal über
eine Klemmleiste 11, und zum anderen über eine Klemmleiste 12.
Die in 2 nicht dargestellte Basis 5 hingegen ist
mittig zwischen den beiden starren Verbindungen der Blattfeder 8 zum
Werkstücktisch 4 starr
mit der Blattfeder verbunden, indem eine Klemmleiste 9 hieran
befestigt ist, an der wiederum eine Seite eines Winkelstückes 10 befestigt
ist, wobei die andere Seite des Winkelstückes 10 an der Basis 5 befestigt
ist. Bedingt durch die Blattfeder 8 ist der Werkstücktisch 4 und
die Basis 5 mithin in den mit den Pfeilen y und x bezeichneten
Richtungen, die parallel zur Auflagefläche 28 sind, steif
miteinander gekoppelt und auch hinsichtlich Torsinnen um senkrecht
zur Auflagefläche 28 stehende
Achsen, die parallel zur z-Achse sind, so dass Querkräfte parallel
zur Auflagefläche 28 aufgenommen
werden. Bewegungen des Werkstücktisches 4 senkrecht
zur Auflagefläche,
also in der mit dem Pfeil z bezeichneten Richtung lässt die
Blattfeder 8 hingegen zu, nachdem die Blattfeder sich in
der betreffenden Richtung elastisch verformen kann. Genauso lässt die
Blattfeder 8 auch Kippungen um parallel zur Auflagefläche 28 ausgerichtete
Achsen, also um Kippachsen zu, die zu den Achsen x und y parallel
sind, da sich die Blattfeder 8 auch entsprechend elastisch
verformen kann.
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Damit
die Lagerelemente 7a, 7b, 7c möglichst
wenig Kräfte
aufnehmen müssen,
ist der Werkstücktisch 4 zusätzlich auf
federnden Elementen 22a, 22b, 22c gelagert,
die jeweils Teile der Gewichtskraft des Werkstücktisches 4 aufnehmen.
Hierdurch wird praktisch die gesamte Gewichtskraft des Werkstücktisches 4 von
den federnden Elementen 22a, 22b und 22c aufgenommen,
so dass die Lagerelemente 7a, 7b, 7c den
Werkstücktisch 4 mit
sehr geringen Kräften
bewegen können.
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Mit
dem Bezugszeichen 29c ist ein Wegmesssystem bezeichnet,
mit dem die jeweilige eingestellte Länge Lc (vgl. die Länge La für das Lagerelement 7a in 3)
des zugeordneten Lagerelementes 7c bestimmt werden kann,
die hier dem Abstand zwischen der Basis 5 und dem Werkstücktisch 4 enspricht.
Auch die anderen Lagerelemente 7a und 7b weisen
entsprechende Wegmesssysteme auf, mit denen die jeweilig eingestellte
Länge Lb
und Lc erfasst werden kann, so dass über einen entsprechenden Regelkreis
durch die Steuerung hochgenau eine gewünschte Position des Werkstücktisches 4 in
der zur Auflagefläche 28 senkrechten
Richtung (siehe Pfeil z) und/oder eine Kippung um eine zur Auflagefläche 28 parallele
Achse eingestellt werden kann.
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Anhand
der 3 bis 8 soll nunmehr die Funktion
eines dieser drei Lagerelemente 7a, 7b, 7c erläutert werden,
nämlich
für das
Lagerelement 7a. 3 zeigt
hierbei das Lagerelement 7a in der Seitenansicht und 4 in
der Draufsicht. Wie aus 3 ersichtlich, ist das Lagerelement 7a über eine Platte 13 an
der in 3 nur ausschnittsweise im Schnitt dargestellten
Basis 5 befestigt. Zur Veränderung der Länge La des
Lagerelementes 7a weist dieses einen Linearantrieb auf,
der beispielhaft in Form eines Spindelantriebes ausgebildet ist.
Der Spindelantrieb umfasst hierbei einen elektromotorischen Antrieb 20a und
eine Gewindespindel 19a, die über den elektromotorischen
Antrieb 20a angetrieben wird.
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Die
Gewindespindel 19a wirkt mit einem Innengewinde eines auf
einer Kugelschienenführung 35 geführten Schlittens 17a zusammen
und bewegt diesen in der mit dem Pfeil x bezeichneten Richtung. Der
Schlitten 17a ist teilweise von einer Feder 18a verdeckt,
deren genaue Funktion noch später
erläutert
wird. Der Schlitten 17a weist hierbei eine Ebene 32a auf,
die gegen die Horizontale und damit gegenüber der Auflagefläche 28 geneigt
ist, wobei auf dieser Ebene 32a die Kugel 16a einer
Kugelrolle 15a läuft.
Die Kugelrolle 15a wiederum ist leicht geneigt in einer
Halterung 14a befestigt, die wiederum am in 3 nur
ausschnittsweise im Schnitt dargestellten Werkstücktisch 4 befestigt
ist.
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Das
Zusammenwirken zwischen dem Schlitten 17a und der Kugel 16a der
Kugelrolle 15a soll nunmehr näher anhand von 5 und 6 dargestellt
werden. In 6 ist rein schematisch der Schlitten 17a aus 3 zu
sehen, der vom Spindelantrieb in der mit dem Pfeil x bezeichneten
Richtung verfahren wird. Bedingt durch die schräge Ebene 32a des Schlittens 17a wird
die Kugel 16a der Kugelrolle 15a in der mit dem
Pfeil z bezeichneten Richtung angehoben. Über die in 3 zu
sehende Halterung 14a wird der Hub auf den Werkstücktisch 4 übertragen.
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In 7 ist
genau der umgekehrte Vorgang zu 6 dargestellt.
Hierin wird der Schlitten 17a in der mit dem Pfeil –x bezeichneten
Richtung verschoben. Bedingt durch die schräge Ebene 32a des Schlittens 17a wird
die Kugel 16a der Kugelrolle 15a in der mit dem
Pfeil –z
bezeichneten Richtung abgesenkt. Über die in 3 zu
sehende Halterung 14a wird die Absenkung auf den Werkstücktisch 4 übertragen.
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Der
Aufbau einer Kugelrolle 15a mit der Kugel 16a soll
kurz anhand von 7 erläutert werden. Wie aus 7 zu
sehen, ist die Kugel 16a über eine Vielzahl von kleinen
Kugeln 21a in einem Käfig
beweglich gelagert. Der Käfig
wird durch ein Gehäuse, von
dem nur die eine aufgeschnittene Hälfte 33a zu sehen
ist und durch einen Kern 34a gebildet.
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Damit
umfasst das hier dargestellte Lagerelement 7a ein keilförmig ausgebildetes
Laufelement (Schlitten 17a) das parallel zur Auflagefläche 28 verschieblich
gelagert ist und das eine ebene Fläche 32a, aufweist,
die in Verschiebungsrichtung gegenüber der Auflagefläche 28 geneigt
ist. Das Lagerelement 7a umfasst außerdem eine in einer Kugelrolle 15a kugelgelagerte
Kugel 16a, die auf der ebenen Fläche 32a des Laufelementes
(Schlitten 17a) beweglich gelagert ist. Durch eine Verschiebung
des Laufelementes (Schlitten 17a) in Verschiebungsrichtung
ist also eine Bewegung der Kugel 16a senkrecht zur Auflagefläche 28 erzeugbar.
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Bedingt
durch die auf das betreffende Lagerelement 17a wirkende
Gewichtskraft des Werkstücktisches 4 auf
das verschieblich gelagerte Laufelement (Schlitten 17a)
mit der geneigten ebenen Fläche
(32a) wird nach dem Prinzip der „Hangabtriebskraft" eine Kraft in Verschiebungsrichtung
des keilförmigen
Laufelementes (Schlitten 17a) erzeugt, die in der mit dem
Pfeil –x
bezeichneten Richtung der 6 wirkt.
Um diese Kraft aufzunehmen sind seitlich des Schlittens 17a Federn 18a und 34a vorgesehen,
die diese Kraft in Verschiebungsrichtung kompensieren. Es handelt
sich hierbei um Zugfedern, die, wie in 4 dargestellt,
befestigt sind. 4 zeigt hierbei eine Aufsicht
auf das Lagerlement 7a.
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8 zeigt
eine perspektivische Darstellung eines Wegmesssystems 29a,
das genauso wie das Wegmesssystem 29c gemäß aus 2 aufgebaut ist,
und das jedoch dem Lagerelement 7a zugeordnet ist. Hierbei
handelt es sich um ein Wegmesssystem, bei dem über eine entsprechende Messeinrichtung der
Abstand einer Platte 30a gegenüber der gekapselten Messvorrichtung 31a gemessen
wird. Die gekapselte Messvorrichtung 31a ist hierbei an
der Basis 5 befestigt, während die Platte 30a am
Werkstücktisch 4 befestigt
ist. Die Platte 30 ist hierbei über einen Stab mit einem im
Inneren der Messvorrichtung 31a befindlichen Ablesekopf
verbunden, der die jeweilige Position gegenüber einem ebenfalls im Inneren
der Messvorrichtung 31a befindlichen Inkrementalmassstab
bestimmt. Hierüber
kann die jeweilige Position der Platte 30a gegenüber der
Messvorrichtung 31a bestimmt werden. Das Signal der Messvorrichtung 31a wird,
wie auch für
die Signale der anderen Messvorrichtungen, die den Lagerelementen 7b und 7c zugeordnet
sind, an die Steuerung geliefert, und hier in einen Regelkreis eingebunden,
in den auch die Antriebe 20a, 20b und 20c eingebunden sind,
so dass hochgenau für
jedes Lagerelement 7a, 7b und 7c die
entsprechende Länge
La, Lb und Lc eingestellt werden kann.
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Abschließend sei
noch bemerkt, dass die Erfindung natürlich in keiner Weise auf das
beschriebene Ausführungsbeispiel
beschränkt
ist und vielfältig variieren
kann, wie dies bereits oben ausgeführt ist. Beispielsweise muss
die Auflagefläche 28 nicht
horizontal ausgerichtet sein, sondern kann genauso mit der Horizontalen
einen Winkel einschließen.