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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Grob- und Feinbewegungsmechanismus,
der mit einer Kombination einer Mehrzahl von Aktuatoren aufgebaut
ist, die verschiedene Eigenschaften haben, und insbesondere auf
ein Verfahren zum Antreiben des Grob- und Feinbewegungsmechanismus, bei
der ein Grobbewegungsmechanismus mit hoher Geschwindigkeit bewegt
wird und frei von jeglichen Einschränkungen aufgrund einer Halteschubkraft oder
eines Haltedrehmoments eines Feinbewegungsmechanismus ist.
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Im
Allgemeinen ist ein Hochgenauigkeits-Positionierungsmechanismus,
der eine Positionierung mit hoher Genauigkeit in einem weiten Bewegungsbereich
ausführen
kann, teuer. Daher wird für
solch einen Betriebszweck ein Grob- und Feinbewegungsmechanismus
benutzt, der einen Aufbau aus einer Kombination eines Grobbewegungsmechanismus und
eines Feinbewegungsmechanismus hat, die so hergestellt werden, dass
sie vergleichsweise preisgünstig
sind. Der Grobbewegungsmechanismus kann mit einer hohen Geschwindigkeit
und einer großen
Schubkraft (oder mit einem großen
Drehmoment im Falle eines Rotationsmechanismus) aber mit einer geringen
Güte der
Genauigkeit der Positionierung antreiben. Andererseits hat der Feinbewegungsmechanismus
im Allgemeinen mit einer hochgenauen Positionierungsleistung, aber
bei einer geringen Schubkraft. Beim Betrieb des Grob- und Feinbewegungsmechanismus
mit einem Aufbau aus der zuvor beschriebenen Kombination aus dem
Grobbewegungsmechanismus und dem Feinbewegungsmechanismus wird ein
Werkstück
durch den Grobbewegungsmechanismus mit einer hohen Geschwindigkeit
zu einem Zielpunkt transferiert. Danach wird das Werkstück durch
den Feinbewegungsmechanismus zum Zielpunkt bewegt, um es genau an
dem Zielpunkt zu positionieren. D. h., durch Benutzen des Grob-
und Feinbewegungsmechanismus, der aus einer Kombination einer Mehrzahl
von Aktuatoren aufgebaut ist, die verschiedene Eigenschaften haben, wird
es ermöglicht,
das Werkstück
in kurzer Zeit genau an dem Zielpunkt zu positionieren.
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In
dem Grob- und Feinbewegungsmechanismus wird der Feinbewegungsmechanismus üblicherweise
an dem Grobbewegungsmechanismus befestigt. Ein zu positionierendes
Werkstück
wird an dem Feinbewegungsmechanismus befestigt und der Vorgang des
Positionierens des Werkstücks
am Zielpunkt wird ausgeführt.
Daher wirkt eine Trägheitslast des
Werkstückes,
die von der Übertragung
der Beschleunigung bewirkt wird, auf den Feinbewegungsmechanismus,
auf dem das Werkstück
befestigt ist, wenn der Grobbewegungsmechanismus den Positionierungsvorgang
für das
Werkstück
mit hoher Geschwindigkeit ausführt.
Dementsprechend kann der Grobbewegungsmechanismus während seines
Betriebes praktisch keine Antriebskraft verwirklichen, die größer als
eine Halteschubkraft des Feinbewegungsmechanismus ist, obwohl der
Grobbewegungsmechanismus die Fähigkeit
hat, mit hoher Geschwindigkeit und großer Schubkraft anzutreiben.
Im Ergebnis hat der konventionelle Grob- und Feinbewegungsmechanismus
das Problem, dass die Hochgeschwindigkeits-Antriebsleistung des
Grobbewegungsmechanismus nicht ausreichend genutzt werden kann.
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Z.
B. ist in einem Grob- und Feinbewegungsmechanismus 100 von
einem linearen Antriebstyp, wie er in 2 gezeigt
ist, eine Feinbewegungsschiene 103 auf einem Grobbewegungsgleiter 102 befestigt,
der entlang einer Grobbewegungsschiene 101 gleitet, und
dann gleitet ein Feinbewegungsgleiter 104 entlang der Feinbewegungsschiene 103. Während ein
Werkstück 105 auf
dem Feinbewegungsgleiter 104 befestigt ist, führt der
Grobbewegungsgleiter 102 einen groben Werkstückpositionierungsvorgang
in einem weiten Hubbereich aus und der Feinbewegungsgleiter 104 führt einen
präzisen Werkstückpositionierungsvorgang
in einem engen Hubbereich aus.
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Dann
wird eine Trägheitslast,
die auf den Feinbewegungsgleiter 104 und auf das darauf
befestigte Werkstück
wirkt, aufgrund der Bewegung des Grobbewegungsgleiters 102 eine
Last auf den Feinbewegungsmechanismus. Daher ist die Beschleunigung,
die von dem Grobbewegungsmechanismus verwirklicht wird, durch die
Halteschubkraft des Feinbewegungsmechanismus beschränkt.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren des Antreibens
eines Grob- und Feinbewegungsmechanismus zur Verfügung zu
stellen, dass es einem Grobbewegungsmechanismus erlaubt, mit einer
hohen Geschwindigkeit frei von jeglichen Beschränkungen durch eine Halteschubkraft (ein
Haltedrehmoment) eines Feinbewegungsmechanismus anzutreiben.
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Um
das obige und andere Probleme zu lösen, beinhaltet ein Verfahren
des Antreibens eines Grob- und Feinbewegungsmechanismus gemäß der vorliegenden
Erfindung folgende Schritte:
einen ersten Schritt des Betreibens
eines Grobbewegungsmechanismus, um einen Feinbewegungsmechanismus
in einem Zustand, in dem ein zu positionierendes Werkstück auf dem
Feinbewegungsmechanismus befestigt ist, mit einer ersten Positionierungsgenauigkeit
zu einem Zielpunkt zu bewegen; und
einen zweiten Schritt des
Betreibens des Feinbewegungsmechanismus, um das Werkstück mit einer zweiten
Positionierungsgenauigkeit an dem Zielpunkt zu positionieren, wobei
die zweite Positionierungsgenauigkeit größer als die erste Positionierungsgenauigkeit
ist; wobei
der Grobbewegungsmechanismus im ersten Schritt in
einem Zustand bewegt wird, in dem der Feinbewegungsmechanismus mechanisch
mit dem Grobbewegungsmechanismus verbunden ist, wodurch der Grobbewegungsmechanismus
wenigstens einen Teil der Last trägt, die auf den Feinbewegungsmechanismus
wirkt.
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Ein
Grob- und Feinbewegungsmechanismus zum Positionieren eines Werkstückes durch
die zuvor beschriebene Antriebsmethode beinhaltet:
einen Grobbewegungsgleiter
bzw. -schlitten, der für einen
Positionierungsvorgang in einem ersten Hubbereich mit der ersten
Positionierungsgenauigkeit entlang einer Grobbewegungsschiene gleitet;
einen
Feinbewegungsgleiter bzw. -schlitten, der für einen Positionierungsvorgang
in einem zweiten Hubbereich, der enger als der erste Hubbereich
ist, mit der zweiten Positionierungsgenauigkeit entlang einer Feinbewegungsschiene
gleitet, die an dem Grobbewegungsgleiter befestigt ist;
und
einen Schaltmechanismus, zum Umschalten zwischen einem verbundenen
Zustand, in dem der Feinbewegungsgleiter mechanisch mit dem Grobbewegungsgleiter
verbunden ist, und einem nicht-verbundenen Zustand, in dem der Feinbewegungsgleiter
von dem Grobbewegungsgleiter gelöst
ist.
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Der
Schaltmechanismus kann einen Bremsmechanismus beinhalten, um den
Feinbewegungsgleiter mit einer vorgegebenen Bremskraft mit dem Grobbewegungsgleiter
verbunden zu halten, um zu verhindern, dass sich der Feinbewegungsgleiter
relativ in Bezug auf den Grobbewegungsgleiter bewegt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung treibt der Grobbewegungsmechanismus mit hoher Geschwindigkeit
und einer hohen Schubkraft an, während
der Feinbewegungsmechanismus mechanisch mit dem Grobbewegungsmechanismus
verbunden ist. Daher wird eine Trägheitslast des Werkstückes, die
auf den Feinbewegungsmechanismus wirkt, den der Grobbewegungsmechanismus
mit einer hohen Beschleunigung bewegt, wenn er mit einer hohen Geschwindigkeit
und einer hohen Schubkraft antreibt, von dem Mechanismus getragen,
der eine höhere
Halteschubkraft hat. Daher erlaubt dieser Aufbau den Hochgeschwindigkeitsantrieb
des Grobbewegungsmechanismus frei von jeglichen Beschränkungen
aufgrund einer geringen Halteschubkraft des Feinbewegungsmechanismus
oder verringert solch eine zuvor beschriebene Beschränkung.
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Dementsprechend
kann die vorliegende Erfindung einen Grob- und Feinbewegungsmechanismus
verwirklichen, der beständig
sowohl eine Hochgeschwindigkeitspositionierung durch den Grobbewegungsmechanismus
als auch eine hochgenaue Positionierung durch den Feinbewegungsmechanismus
ermöglicht.
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1 ist
eine schematische Ansicht, die ein Ausführungsbeispiel eines Grob- und Feinbewegungsmechanismus
eines linearen Antriebtyps zeigt, in der die vorliegende Erfindung
benutzt wird.
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2 ist
eine schematische Ansicht, die ein Beispiel eines konventionellen
Grob- und Feinbewegungsmechanismus eines linearen Antriebstyps zeigt.
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Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel
eines Grob- und Feinbewegungsmechanismus beschrieben, in dem die
vorliegende Erfindung benutzt wird.
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1 ist
eine schematische Ansicht eines Grob- und Feinbewegungsmechanismus
von einem linearen Antriebstyp, der mit einer Bremseinheit gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgestattet ist. Ein Grob- und Feinbewegungsmechanismus 1,
der mit einer Bremseinheit ausgestattet ist, umfasst einen Grobbewegungsmechanismus 2 und
einen Feinbewegungsmechanismus 3. Der Grobbewegungsmechanismus 2 hat
eine Grobbewegungsschiene 4 und einen Grobbewegungsgleiter
bzw. -schlitten 5, der entlang der Grobbewegungsschiene 4 gleitet.
Der Feinbewegungsmechanismus 3 hat eine Feinbewegungsschiene 6,
die an dem Grobbewegungsschlitten 5 befestigt ist, und
einen Feinbewegungsgleiter bzw. -schlitten 7, der entlang
der Feinbewegungsschiene 6 gleitet. Ein zu positionierendes
Werkstück 8 ist
an dem Feinbewegungsgleiter 7 befestigt.
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Im
Vergleich zu dem Feinbewegungsgleiter 7 bewegt sich der
Grobbewegungsgleiter 5 mit einer höheren Geschwindigkeit und einer
höheren
Schubkraft in einem weiteren Bewegungsbereich aber mit einer geringeren
Positionierungsgenauigkeit. Der Feinbewegungsgleiter 7 bewegt
sich mit einer geringeren Schubkraft in einem engeren Bewegungsbereich,
aber mit einer höheren
Positionierungsgenauigkeit.
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Der
Grobbewegungsgleiter 5 ist mit einem Bremsmechanismus 9 ausgestattet,
um den Feinbewegungsgleiter 7 mechanisch mit dem Grobbewegungsgleiter 5 zu
verbinden. Eine Steuerkonsole 10 steuert den Betrieb des
Grobbewegungsgleiters 5, des Feinbewegungsgleiters 7 und
des Bremsmechanismus 9. Wenn sich der Grobbewegungsgleiter 5 bewegt,
betreibt die Steuerkonsole 10 den Bremsmechanismus 9,
den Feinbewegungsgleiter 7 mit einer vorgegebenen Bremskraft
mit dem Grobbewegungsgleiter 5 zu verbinden und daran zu
befestigten, um den Feinbewegungsgleiter 7 zu halten und
zu verhindern, dass er sich relativ in Bezug auf den Grobbewegungsgleiter 5 bewegt.
Wenn sich der Feinbewegungsgleiter 7 bewegt, löst die Steuerkonsole 10 die Bremskraft
und hebt die Verbindung zwischen dem Grobbewegungsgleiter 5 und
dem Feinbewegungsgleiter 7 auf.
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Im
Betrieb des Grob- und Feinbewegungsmechanismus 1, der den
zuvor beschriebenen Aufbau hat, wird das auf dem Feinbewegungsgleiter 7 befestigte
Werkstück
durch Bewegen des Grobbewegungsgleiters 5 mit einer hohen
Geschwindigkeit innerhalb eines weiten Hubbereichs grob um einen Zielpunkt
positioniert. Daraufhin wird das auf dem Feinbewegungsgleiter 7 befestigte
Werkzeug durch Bewegen des Feinbewegungsgleiters 7 mit
einer vorgegebenen Geschwindigkeit innerhalb eines engen Hubbereichs
exakt am Zielpunkt positioniert. Während des Grob-Positionierungsvorgangs,
in dem nur der Grobbewegungsmechanismus 2 arbeitet, wird der
Bremsmechanismus 9 betrieben, um den Feinbewegungsgleiter 7 mechanisch
mit dem Grobbewegungsgleiter 5 zu verbinden und daran zu
befestigen. Als ein Ergebnis wirkt die Trägheitskraft, die durch die Beschleunigung
des Grobbewegungsmechanismus 2 auf den Feinbewegungsgleiter 7 wirkt,
nicht auf den Feinbewegungsmechanismus 3 sondern auf den Grobbewegungsmechanismus 2.
Daher kann der Grobbewegungsmechanismus 2 einen Positionierungsvorgang
mit hoher Beschleunigung ausführen und
ist dabei frei von jeglicher Beschränkung durch die Leistungsfähigkeit
des Feinbewegungsmechanismus 3.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung zuvor unter Bezugnahme auf einen Grob- und Feinbewegungsmechanismus
von einem linearen Antriebstyp beschrieben worden ist, ist es unnötig zu sagen,
dass die vorliegende Erfindung auch in ähnlicher Weise auf einen Grob-
und Feinbewegungsmechanismus von einem Rotationstyp, wie z. B. einen
Drehtisch usw., angewandt werden kann.