DE19847996A1

DE19847996A1 - Object positioning arrangement, such as for microscopy, or similar, having device for producing hammer-like knocks against plot block for shifting object relative to base

Info

Publication number: DE19847996A1
Application number: DE1998147996
Authority: DE
Inventors: Karlheinz Bartzke; Thomas Hertmann; Gunter Maschke; Reinhardt Steiner; Stefan Mack
Original assignee: Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1998-10-17
Filing date: 1998-10-17
Publication date: 2000-04-20

Abstract

A device (10) produces hammer-like knocks against a plot block (4) for shifting the object (6) relative to a base (7), whereby both the knocking device and the plot block are fastened to the object. The knocking device includes preferably an electric coil (12) which encloses a pestle concentrically. The electric coil is preferably composed of two adjacent single coils (15; 16).

Description

Solche Positioniersysteme werden zum Beispiel in der Mikros kopie o. ä. eingesetzt, wo es z. B. beim Verstellen von Blen den um Stellwege im Millimeterbereich geht.Such positioning systems are used, for example, in the micros copy or the like used where it e.g. B. when adjusting Blen that is about travel in the millimeter range.

Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von pneumati schen, hydraulischen, elektromotorisch angetriebenen, piezo elektrischen, elektrostatischen, usw. Positioniersysteme be kannt. Aufgrund der Forderung, z. B. in der Mikroskopie, im Millimeterbereich liegende Stellwege und eine relativ hohe Auflösung zu halten, haben sich eine Reihe von Positionier systeme als besonders günstig herausgestellt. Diese Positio niersysteme nutzen dabei elektro-magneto-mechanische und elektrodynamische Kraftwirkungen aus, wie sie bei klassi schen Linear- oder rotatorischen Motoren zum Einsatz kommen.A large number of pneumati are from the prior art hydraulic, electric motor driven, piezo electrical, electrostatic, etc. positioning systems be knows. Due to the requirement, e.g. B. in microscopy, in Travel ranges within millimeters and a relatively high one Keeping resolution have a number of positioning systems as particularly favorable. This position kidney systems use electro-magneto-mechanical and electrodynamic force effects, as in classic linear or rotary motors are used.

So ist durch den Band 2 des 41. Internationalen Wissen schaftlichen Kolloquium der TU Ilmenau vom September 1996 "Lineardirektantriebe erschließen neue Anwendungen" (Seite 51 ff.), ein elektromotorisch angetriebenes Positionier system bekannt geworden, bei dem ein elektrischer Linear motor eine unmittelbare Positionierung eines Läufers bewirkt und der Läufer teilweise von einer Spule umschlossen ist. Die Spule und der magnetische Rückschluß sind ortsfest ange ordnet. Die Anordnung wird von einer Ansteuerelektronik an gesteuert, wobei das Positionssignal aus einer Überlagerung bzw. Parallelschaltung von Meßsignal und Stellsignal gewon nen wird. Bei dieser Art der Positionierung erhält man prak tisch jedoch nur relativ geringe Stellwege, da die Länge der Motorspule den Stellweg des Linearmotors begrenzt.So is through Volume 2 of the 41st International Knowledge Colloquium of the TU Ilmenau from September 1996 "Linear direct drives open up new applications" (page 51 ff.), An electric motor driven positioning system has become known in which an electrical linear motor causes immediate positioning of a runner and the rotor is partially enclosed by a coil. The coil and the magnetic yoke are fixed arranges. The arrangement is controlled by control electronics controlled, the position signal from an overlay or parallel connection of measurement signal and control signal won will. With this type of positioning you get practical table, however, only relatively short travel, because the length of the Motor coil limits the travel range of the linear motor.

In MMS'95 "The Electrostatic Shuffle Motor" ist ein Positioniersystem beschrieben, bei dem der elektro statische Mikroaktor aus Silizium besteht. Hierbei wirken auf die freitragenden elastischen Strukturen elektrostati sche Kräfte, die zu einer Linearverstellung führen. Nach teilig ist, daß solche Positioniersysteme nur geringe Stell kräfte erzeugen und für Verstellbereiche unter 1 mm verwen det werden können. Des weiteren führen Spannungsabschaltun gen zu einer Veränderung der eingestellten Position.In MMS'95 "The Electrostatic Shuffle Motor" describes a positioning system in which the electro static micro actuator made of silicon. Act here electrostatic on the self-supporting elastic structures forces that lead to a linear adjustment. After Part of it is that such positioning systems only a small amount Generate forces and use them for adjustment ranges under 1 mm can be detected. Furthermore, voltage shutdown to change the set position.

Es ist weiterhin aus der DE-PS 42 36 795 eine Vorrichtung zum Justieren von mechanischen Baugruppen bekannt geworden, bei der eine relativ genaue Justage durch elektromagnetisch er zeugte Kraftimpulse herbeigeführt wird.It is also from DE-PS 42 36 795 a device for Adjustment of mechanical assemblies become known at which a relatively precise adjustment by electromagnetic he witnessed force impulses is brought about.

Für die Positionierung eines Objektes über größere Strecken ist diese Anordnung nicht anwendbar, da von dem feststehen den Aktor nur Wege erzielt werden können, die kleiner als die Aktorlänge sind. Entgegengesetzt gerichtete Stellbewe gungen erfordern zwei Aktoren. Außerdem sind die Stell schritte ungleichmäßig groß, da zwischen den zu justierenden Teilen, die mechanisch z. B. durch Verschraubung undefiniert verspannt sind, keine konstanten Reibkräfte wirken. Uneben heiten der verspannten Teile führen zu unterschiedlich großen Stellschritten oder zum Stillstand der Bewegung.For positioning an object over long distances this arrangement is not applicable because of that the actuator can only achieve paths that are smaller than are the actuator length. Opposing directions requirements require two actuators. In addition, the Stell steps unevenly large, because between those to be adjusted Parts that mechanically z. B. undefined by screwing are tense, no constant frictional forces act. Uneven the tensioned parts lead to different large adjustment steps or to stop the movement.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Auf gabe zugrunde, eine Anordnung zum Positionieren eines auf einer Unterlage verschiebbaren Objektes zu realisieren, die große Stellwege ermöglicht, eine hohe Positioniergenauigkeit aufweist, relativ klein ist und kostengünstig zu produzieren ist und bei der bei Spannungsabschaltung keine Positionsän derung eintritt.Starting from the prior art, the invention is based on based on an arrangement for positioning one to realize a document that can be moved large travel ranges, high positioning accuracy has, is relatively small and inexpensive to produce and in which there is no position when the voltage is switched off change occurs.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer gattungsgemäßen Anordnung zum Positionieren eines Objektes dadurch gelöst, daß eine Spule bzw. ein magnetischer Stößel in einem vorge gebenen Abstand zur Anschlagfläche mit dem Objekt verbunden ist. Die Spule bzw. der magnetische Stößel verschieben sich durch eine Folge von Impulsen mit dem Objekt zu der festste henden Unterlage. In Abhängigkeit von der Stärke und der An zahl der mechanischen Impulse können große Strecken des Ob jektes zurückgelegt werden.The object is achieved according to the invention in a generic Arrangement for positioning an object solved by that a coil or a magnetic plunger in a pre given distance to the stop surface connected to the object is. The coil or the magnetic plunger move through a sequence of impulses with the object to the most solid underlying document. Depending on the strength and the type The number of mechanical impulses can cover long distances be covered.

Gemäß einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung besteht die Spule aus zwei in Reihe liegenden Einzelspulen. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Anschlag flächen an einem am Objekt ausgebildeten oder getrennt von diesem, jedoch mit diesem verbundenen Anschlagblock ange bracht. Es ist von Vorteil, daß auch auf der der einen An schlagfläche gegenüberliegenden Seite eine zweite mit dem Objekt verbundene Anschlagfläche vorgesehen ist. Es ist wei terhin von Vorteil, daß an dem Objekt an der der Unterlage zugewendeten Fläche oder/und der dem Objekt zugewandten Flä che der Unterlage Gitterstrukturen angebracht, aufgebracht bzw. eingelassen sind.According to a preferred embodiment of the invention Coil consisting of two individual coils in a row. At a advantageous further development of the invention are the stop surfaces on a trained on the object or separate from this, but connected with this stop block brings. It is advantageous that also on the one face a second with the Object connected stop surface is provided. It is white still advantageous that the object on the base facing area and / or the area facing the object surface of the substrate attached grid structures, applied or are let in.

Weitere bevorzugte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.Further preferred developments are the dependent claims refer to.

Darüber hinaus wird durch ein integriertes elastisches Federelement das sich bewegende Objekt mit einer relativ konstanten Federkraft in einer Führung einseitig andrückt, wodurch eine Reibkraft zwischen Objekt und Führung bewirkt wird.In addition, an integrated elastic Spring element the moving object with a relative constant spring force in a guide presses on one side, which creates a frictional force between the object and the guide becomes.

Die gegenüber dem Eigengewicht des verschiebbaren Objektes um ein Vielfaches größere Reibkraft bewirkt, daß auch bei einer senkrechten Anordnung der Positionierungseinrichtung sowohl auf- als auch absteigend gleich große Stellschritte erzielt werden und bei Spannungsabschaltung keine Posi tionsänderung eintritt. Kostengünstige Lichtschranken-, Hallsonden- oder andere, z. B. inkrementelle, Wegmeßsysteme ermöglichen die Steuerung des verschiebbaren Objektes mit einer Auflösung von z. B. 1 µm. Auf dem verschiebbaren Objekt und der Unterlage aufgebrachte Gitterstrukturen, z. B. Riefen mit 1 µm Gitterkonstante, ermöglichen durch den zwischen den Gittern wirkenden Rastmechanismus die besonders einfache Po sitionierung des Objekts ohne Wegmeßsystem, indem der bei jedem mechanischen Impuls des Stößels auftretende Stell schritt des Objekts durch die Rastung auf z. B. 1 µm genau begrenzt wird. Die Positionierung erfolgt dann durch beson ders einfache Zählung und Auswertung der Impulse.The compared to the dead weight of the movable object much greater frictional force causes even at a vertical arrangement of the positioning device equally large ascending and descending steps can be achieved and no posi change occurs. Inexpensive light barrier, Hall probes or others, e.g. B. incremental, displacement measuring systems enable control of the movable object with a resolution of e.g. B. 1 µm. On the sliding object and the underlying lattice structures, e.g. B. Grooves with 1 µm lattice constant, made possible by the between the Lattice-like locking mechanism the particularly simple bottom Positioning of the object without a measuring system by using the each mechanical impulse of the ram step of the object by locking on z. B. 1 µm accurate is limited. The positioning is then done by special easy counting and evaluation of the impulses.

Die flach gestaltbaren Elemente der Anordnung können durch Ätzen oder Laserschneiden aus Federstahl, Federbronze, Alu minium oder anderen Materialien produktiv auch bei niedrigen Stückzahlen hergestellt werden.The flat design elements of the arrangement can by Etching or laser cutting from spring steel, spring bronze, aluminum minium or other materials productive even at low Quantities are produced.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Prinzipdarstellun gen noch näher erläutert werden.The invention is illustrated below on the basis of the principle gene will be explained in more detail.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 Eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Posi tioniereinrichtung mit elektromagnetisch angetrie benem Stößel und Gitterstruktur, Fig. 1 is a schematic representation of the invention Posi tioniereinrichtung with electromagnetically trie benem pestle and grating structure,

Fig. 2 Eine Prinzipdarstellung einer höhenmodulierten Git terstruktur, Fig. 2 is a schematic view of a height-modulated Git terstruktur,

Fig. 3 Eine Prinzipdarstellung eines magnetischen Gitter struktur, Fig. 3 A schematic diagram of a magnetic grid structure,

Fig. 4 Eine Prinzipdarstellung einer elektrostatischen Git terstruktur, Fig. 4 is a schematic representation of an electrostatic Git terstruktur,

Fig. 5 Eine Prinzipdarstellung einer hydrophob/hydrophilen Gitterstruktur, Fig. 5 is a schematic representation of a hydrophobic / hydrophilic grid structure,

Fig. 6 Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Positio niereinrichtung mit einem Reflexionslichtschranken wegmeßsystem und 2 Spulen, Fig. 6 shows an embodiment of the invention positio niereinrichtung with a reflection photoelectric position measuring system and two coils,

Fig. 7 Eine Ausführungsform eines Spulensystems der erfin dungsgemäßen Positionieranordnung, Fig. 7 shows an embodiment of a coil system of the positioning arrangement OF INVENTION to the invention,

Fig. 8 Der Verlauf der Lorentzkraft für die Darstellung der Fig. 7, Fig. 8 The course of the Lorentz force for the representation of FIG. 7,

Fig. 9 Eine weitere Ausführungsform des Spulensystems mit weichmagnetischen Kernen, Fig. 9 shows another embodiment of the coil system with soft magnetic cores,

Fig. 10 Eine Ausführungsform der Ansteuerung eines Spulen systems mit Dauermagnet, Fig. 10 An embodiment of the control of a coil system with permanent magnet,

Fig. 11 Eine Ausführungsform der Ansteuerung eines Spulen systems mit 2 weichmagnetischen Kernen, Fig. 11 An embodiment of the driving system of a bobbin 2 the soft magnetic cores,

Fig. 12 Eine Ausführungsform magnetischer Positionierungs gitter, Fig. 12 An embodiment of magnetic positioning grid,

Fig. 13 Eine weitere Ausführungsform magnetischer Positio nierungsgitter. Fig. 13 Another embodiment of magnetic positioning grid.

In Fig. 1 ist eine Positionieranordnung mit einem Element 1 dargestellt, das aus einem Magneten 13 und zwei Stößeln 14 im Bereich eines Spulensystems besteht. Das aus zwei Ein zelspulen 15 und 16 bestehende Spulensystem umschließt vollständig den Magnet 13 des Elementes 1. Die Spule wird durch einen Steuerstrom i einer elektronischen Einrichtung 3 angesteuert. Das Element 1 ist in dem Bereich J zwischen den Anschlagflächen 41 und 51 in Längsrichtung, d. h. in x-Richtung, beweglich angeordnet. Die beiden zu den Anschlag flächen 41 und 51 zugehörigen Anschlagblöcke 4 und 5 müssen nicht aus dem gleichen Material wie das der Anschlagflächen 41 und 51 bestehen. Das Spulensystem ist über eine Verbin dung 11 mit einem Objekt 6 verbunden. Die Verbindung kann elastisch oder fest, auch über Zwischenschichten oder durch übliche Befestigungsarten, wie z. B. Schrauben, Nieten etc. vorgenommen werden. Das Objekt 6 ist auf einer Unterlage 7 so angeordnet, das eine entsprechende translatorische Bewe gung in x-Richtung zwischen dem Objekt 6 und der Unterlage 7 erfolgen kann. Das Objekt 6 und die Unterlage 7 weisen auf den einander zugewandten Seiten je eine Gitterstruktur 9 auf, die, z. B. als Riefen ausgebildet, aufeinanderliegen und einen Rasteffekt bewirken.In Fig. 1 a positioning is shown with an element 1 that consists of a magnet 13 and two plungers 14 in the area of a coil system. The consisting of two single coils 15 and 16 coil system completely encloses the magnet 13 of the element 1 . The coil is controlled by a control current i of an electronic device 3 . The element 1 is arranged in the region J between the stop surfaces 41 and 51 to be movable in the longitudinal direction, ie in the x direction. The two from the stop surfaces 41 and 51 associated stop blocks 4 and 5 need not be made of the same material as that of the abutment surfaces 41 and 51st The coil system is connected via a connec tion 11 to an object 6 . The connection can be elastic or firm, also via intermediate layers or by conventional types of fastening, such as. B. screws, rivets, etc. are made. The object 6 is arranged on a base 7 in such a way that a corresponding translatory movement in the x direction can take place between the object 6 and the base 7 . The object 6 and the base 7 each have a grid structure 9 on the mutually facing sides, which, for. B. formed as grooves, lying on one another and causing a locking effect.

Auf das Objekt 6 wirkt eine Normalkraft F_N, die ein Viel faches seines Eigengewichtes beträgt. Die Länge der Stößel 14 und der Bereich J zwischen den Anschlagflächen 41 und 51 ist so gewählt, daß der Magnet 13 bei einer Bewegung des Elementes 1 zwischen den Anschlagflächen 41 und 51 immer im Bereich der Spule I verbleibt. Mittels des Steuerstromes i, der von einer elektronischen Einrichtung 3 über ein Verbin dungskabel 2 in das Spulensystem gelangt, wird das Element 1 aufgrund der Lorentzkräfte F_L translatorisch in x-Richtung ausgelenkt, so daß in Abhängigkeit von dem positiven bzw. negativen Steuerstrom i die Stößel 14 auf die Anschlagflä chen 41 bzw. 51 auftreffen. Der Stößel 14 überträgt beim Anschlagen an die Anschlagflächen 41 bzw. 51 zumindest einen Teil der kinetischen Energie des Elementes 1 auf die Anschlagblöcke 4 bzw. 5, so daß eine translatorische Bewe gung des Objektes 6 in x-Richtung erfolgt. Die Größe dieser Relativbewegung zwischen dem Objekt 6 und der Unterlage 7 ist abhängig von der Lorentzkraft F_L zwischen Magnet 13 und Spulensystem, der Länge der Beschleunigungsstrecke des Ele mentes 1 zwischen den Anschlagflächen 41 und 51, der Größe der Normalkraft F_N, der Gitterart, der Gitterkonstanten der Gitterstruktur 9 und dem Massenverhältnis zwischen Element 1 und dem Objekt 6. Während der Relativbewegung zwischen dem Objekt 6 und der Unterlage 7 wird die vom Element 1 durch den Aufprall auf die Anschlagblöcke 4 bzw. 5 übertra gene kinetische Energie durch Reibung verbraucht, bis das Objekt 6 zur Ruhe kommt. Der Rasteffekt der Gitterstruktur 9 gleicht Energieunterschiede aus und bewirkt identische Stellschritte pro mechanischem Impuls.A normal force F _N acts on the object 6 , which is a multiple of its own weight. The length of the plunger 14 and the area J between the stop surfaces 41 and 51 is selected so that the magnet 13 always remains in the area of the coil I when the element 1 moves between the stop surfaces 41 and 51 . By means of the control current i, which comes from an electronic device 3 via a connec tion cable 2 in the coil system, the element 1 is translationally deflected in the x direction due to the Lorentz forces F _L , so that the i depending on the positive or negative control current Tappet 14 hit the surfaces 41 and 51, respectively. The plunger 14 transfers at least part of the kinetic energy of the element 1 to the stop blocks 4 and 5 when striking the stop surfaces 41 and 51 , so that a translatory movement of the object 6 takes place in the x direction. The size of this relative movement between the object 6 and the base 7 is dependent on the Lorentz force F _L between the magnet 13 and the coil system, the length of the acceleration path of the element 1 between the stop surfaces 41 and 51 , the size of the normal force F _N , the type of grid, the lattice constants of the lattice structure 9 and the mass ratio between element 1 and the object 6 . During the relative movement between the object 6 and the base 7 , the kinetic energy transmitted by the element 1 by the impact on the stop blocks 4 and 5 is consumed by friction until the object 6 comes to rest. The latching effect of the lattice structure 9 compensates for energy differences and effects identical setting steps per mechanical impulse.

Anstelle des Spulensystems kann auch nur eine Spule 15 oder 16 mit einem magnetischen Stößel 14 zur Anwendung kommen, das jedoch nicht dargestellt wurde. Instead of the coil system, only one coil 15 or 16 with a magnetic plunger 14 can be used, but this has not been shown.

Die Fig. 2 bis 5 zeigen einen Schnitt durch die zwischen dem Objekt 6 und der Unterlage 7 angeordneten Gitterstruk turen 9. Die Fig. 2 zeigt den Schnitt bei Verwendung einer höhenmodulierten Gitterstruktur, z. B. in Form von Riefen Die höhenmodulierte Gitterstruktur mit der Gitterkon stanten a ist sowohl auf dem Objekt 6 (z. B. Translator) als auch auf der Unterlage 7 (z. B. Stator), wie in der Fig. 1 beschrieben, aufgebracht. Figs. 2 to 5 show a section through the between the object 6 and the backsheet 7 arranged grating structural temperatures. 9 Fig. 2 shows the section when using a height-modulated lattice structure, for. B. in the form of grooves. The height-modulated lattice structure with the lattice constant a is applied to both the object 6 (e.g. translator) and the base 7 (e.g. stator), as described in FIG. 1 .

Die Fig. 3 zeigt den Aufbau der Gitterstruktur 9 als magnetische Gitterstruktur. Hierbei ist zwischen dem Objekt 6 und der Unterlage 7 eine magnetische Gitterstruktur (B) angeordnet. Die magnetische Struktur wird durch allgemein in der Elektrotechnik üblichen Beschichtungs- bzw. Be dampfungsverfahren oder durch Einzelmagnete oder durch die Strukturierung der Oberfläche eines Dauermagneten oder einer weichmagnetischen Schicht auf einem Dauermagneten hergestellt. Das Objekt 6 und die Unterlage 7 liegen entwe der kraftschlüssig aufeinander oder weisen durch Öl- oder Luftlagerung einen Abstand von ca. 1 µm auf oder sind durch Gleitschichten getrennt. Die magnetischen Gitterstrukturen auf dem Objekt 6 und der Unterlage 7 sind so angeordnet, daß sich entweder gleichnamige oder ungleichnamige Pole gegenüberstehen. Üblicherweise kommen Magnetinduktionen im Bereich von 0,1-1 Tesla zur Anwendung. Die entsprechend der Gitterkonstante b periodischen Magnetkräfte zwischen dem Objekt 6 und der Unterlage 7 bewirken periodische Nor malkräfte Fund periodische Tangentialkräfte F_X, deren Größe von dem Abstand und der Magnetinduktion der magnetischen Strukturen abhängt. Die Gitterkonstante der magnetischen Gitterstruktur b weist dabei Abmessungen im Bereich von ca. 1 µm auf. Die Gitterkonstanten b der Gitterstrukturen 9 sollen gleich sein. Fig. 3 shows the structure of the lattice structure 9 as magnetic grid structure. Here, a magnetic grid structure (B) is arranged between the object 6 and the base 7 . The magnetic structure is produced by coating or vaporization processes customarily used in electrical engineering or by individual magnets or by structuring the surface of a permanent magnet or a soft magnetic layer on a permanent magnet. The object 6 and the base 7 either lie non-positively on one another or have a distance of approximately 1 μm due to oil or air storage or are separated by sliding layers. The magnetic lattice structures on the object 6 and the base 7 are arranged such that either poles of the same name or opposite poles face each other. Magnetic induction in the range of 0.1-1 Tesla is usually used. The corresponding to the lattice constant b periodic magnetic forces between the object 6 and the base 7 cause periodic normal forces Fund periodic tangential forces F _X , the size of which depends on the distance and the magnetic induction of the magnetic structures. The lattice constant of the magnetic lattice structure b has dimensions in the range of approximately 1 μm. The lattice constants b of the lattice structures 9 should be the same.

In Fig. 4 sind die Gitterstrukturen 9 als elektrostatische Gitterstruktur dargestellt. Die Gitterkonstante der elek trostatischen Struktur mit der Gitterkonstanten c beträgt ca. 1 µm. In Abhängigkeit von dem Aufbau des Gesamtsystems und der Anzahl der Gitterelemente der Gitterstruktur soll an den elektrischen Polen E und F der Gitterstruktur eine Spannung im Bereich von 1-10 Volt anliegen. Zwischen dem Objekt 6 und der Unterlage 7 muß sich mindestens eine dielektrische Schicht befinden. Die dielektrische Schicht zwischen dem Objekt 6 und der Unterlage 7 bewirkt eine Er höhung der elektrostatischen Kräfte zwischen dem Objekt 6 und der Unterlage 7. Die Dielektrizitätskonstante ε_r soll hierbei im Bereich 1-10 000 liegen. In Abhängigkeit von der elektrischen Spannung, der Dielektrizitätskonstanten ε_r der dielektrischen Schicht, dem Abstand der elektrischen Gitterstrukturen und der Relativposition der Gitter in x- Richtung wirken zwischen dem Objekt 6 und der Unterlage 7 periodische Normalkräfte F_N und periodische Tangentialkräfte F_X.In FIG. 4 the grid structures are shown as 9 electrostatic lattice structure. The lattice constant of the electrostatic structure with the lattice constant c is approximately 1 µm. Depending on the structure of the overall system and the number of grid elements of the grid structure, a voltage in the range of 1-10 volts should be applied to the electrical poles E and F of the grid structure. At least one dielectric layer must be located between the object 6 and the base 7 . The dielectric layer between the object 6 and the base 7 causes an increase in the electrostatic forces between the object 6 and the base 7 . The dielectric constant ε _r should be in the range 1-10 000. Depending on the electrical voltage, the dielectric constant ε _{r of} the dielectric layer, the distance between the electrical grid structures and the relative position of the grid in the x direction, periodic normal forces F _N and periodic tangential forces F _X act between the object 6 and the base 7 .

In Fig. 5 weisen die Gitterstrukturen 9 benetzende und nicht benetzende Oberflächeneigenschaften auf, z. B. hydro phil und hydrophob. Bei Verwendung von Silizium als Substrat werden hydrophile Oberflächeneigenschaften, z. B. durch Behandlung mit oxidierender Salpetersäure oder Was serstoffperoxid und hydrophobe Oberflächeneigenschaften durch Behandlung mit Flußsäure oder Hexamethyldisilazan er zielt. Zwischen dem Objekt 6 und der Unterlage 7 befindet sich eine gitterförmige Flüssigkeitsschicht, z. B. Wasser oder Glyzerin. Bei einer Relativbewegung in x-Richtung zwi schen dem Objekt 6 und der Unterlage 7 entstehen durch diese Anordnung periodische Normalkräfte Fund periodische Tangentialkräfte F_X, die aufgrund der unterschiedlichen Oberflächenenergien zwischen der gitterförmigen Flüssig keitsschicht und den benetzenden und nichtbenetzenden Ober flächengittern 10 ⁴ bis 10 ⁵ N/m² bei Strukturbreiten von d = 1 µm betragen können. In FIG. 5, the grating structures 9 have wetting and non-wetting surface properties such. B. hydro phil and hydrophobic. If silicon is used as the substrate, hydrophilic surface properties, e.g. B. by treatment with oxidizing nitric acid or What serstoffperoxid and hydrophobic surface properties by treatment with hydrofluoric acid or hexamethyldisilazane he aims. Between the object 6 and the base 7 there is a grid-like liquid layer, for. B. water or glycerin. With a relative movement in the x-direction between the object 6 and the base 7 , this arrangement creates periodic normal forces and periodic tangential forces F _X , which due to the different surface energies between the lattice-like liquid layer and the wetting and non-wetting surface grids 10 ⁴ to 10 ⁵ N / m ² with structure widths of d = 1 µm can be.

Die Fig. 6 zeige eine weitere Ausführungsform einer Posi tionieranordnung, bei der das aus den Einzelspulen 15 und 16 bestehende Spulensystem mit dem Element 1 im Objekt 6 eingesenkt und über eine Verbindung 11 in dem Objekt 6 be festigt ist. Das Objekt 6 weist einen Federsteg 18 mit einer Nase 19 auf. Durch elastische Biegung, die der Feder steg 18 durch die an der Unterlage 7 anliegende Nase 19 er fährt, wirken auf das Objekt 6 Querkräfte F_Q, die ein Viel faches des Gewichtes des Objektes 6 betragen. An dem Objekt 6 ist ein Reflektor 21 mit einer schrägen Kante 22 be festigt. Auf der Unterlage 7 befindet sich eine Brücke 23, an der eine Reflexionslichtschranke 24 befestigt ist. Mit dieser Meßanordnung ist eine Messung der Relativbewegung zwischen dem Objekt 6 und der Unterlage 7 möglich. Durch Veränderung des Winkels α der schrägen Reflektorkante 22 können unterschiedliche Meßbereiche des Reflexionslicht schrankenmeßsystems erzielt werden. Zur Linearisierung der Lichtschrankenkennlinie und Erhöhung der Empfindlichkeit kann unterhalb des Objektes 6 ein zweiter Reflektor mit entgegengesetzt schräger Kante unter dem Winkel -α und eine zweite Reflexionslichtschranke angeordnet sein. Durch solch eine Anordnung erfährt das Meßsignal U_M1 der einen Lichtschranke eine Zunahme und das Meßsignal U_M2 der anderen Lichtschranke eine Abnahme bei einer Verschiebung des Ob jektes 6. Die Differenzkennlinie wird linearisiert, die Empfindlichkeit verdoppelt, Temperaturabhängigkeit und Drift werden zumindest teilweise kompensiert. Zur Messung der Relativbewegung zwischen dem Objekt 6 und der Unterlage 7 können aber auch andere, im optischen Präzisionsgerätebau übliche Meßsysteme eingesetzt werden, die eine Positionie rung zwischen dem Objekt 6 und der Unterlage 7 anzeigen, wie z. B. numerische Meßsysteme oder Hallsondenwegmeß systeme. Die Verbindung zwischen dem Ausgang U_M der Meß anordnung und der Auswerteelektronik ist nicht dargestellt. The Fig. 6 show another embodiment of a Posi tionieranordnung, wherein the recessed consisting of the individual coils 15 and 16. A coil system with the element 1 at the object 6 and is fastened via a connection 11 be in the object 6. The object 6 has a spring bar 18 with a nose 19 . By elastic bend, the spring web 18 through the abutting against the base 7 nose 19 he drives, act on the object 6 lateral forces F _Q , which are a multiple of the weight of the object 6 . On the object 6 , a reflector 21 is fastened with an oblique edge 22 be. On the base 7 there is a bridge 23 to which a reflection light barrier 24 is attached. With this measuring arrangement, a measurement of the relative movement between the object 6 and the base 7 is possible. By changing the angle α of the oblique reflector edge 22 different measuring ranges of the reflection light barrier measuring system can be achieved. To linearize the characteristic of the light barrier and to increase the sensitivity, a second reflector with an opposite oblique edge at the angle -α and a second reflection light barrier can be arranged below the object 6 . With such an arrangement, the measurement signal U _{M1 of} the one light barrier experiences an increase and the measurement signal U _{M2 of} the other light barrier experiences a decrease when the object 6 is shifted. The difference characteristic is linearized, the sensitivity is doubled, temperature dependence and drift are at least partially compensated. To measure the relative movement between the object 6 and the base 7 , however, other measuring systems which are customary in optical precision instrument construction can also be used, which indicate a position between the object 6 and the base 7 , such as, for. B. numerical measuring systems or Hallsondewegmeß systems. The connection between the output U _{M of} the measuring arrangement and the evaluation electronics is not shown.

In Fig. 7 ist ein Spulensystem 10, bestehend aus den Spu len 15 und 16 und einem in dem Bereich der Spule I angeord neten Magnet 13, dargestellt. Dar Magnet 13, ausgebildet als Permanentmagnet, ist in dem Spulensystem so angeordnet, daß sich der Nordpol des Magneten 13 in der Spule 15 und der Südpol des Magneten 13 in der Spule 16 befinden. Die Spule 15 und die Spule 16 haben unterschiedliche Wickel richtungen oder werden von Strömen i im entgegengesetzten Umlaufsinn angesteuert. Der unterschiedliche Wickelsinn der Spule 15 und 16 oder unterschiedliche Richtungssinn der Ströme i ist für die Addition der Lorentzkräfte notwendig, da der Nord- und Südpol des Dauermagneten unterschiedliche Magnetflußrichtungen aufweisen.In Fig. 7, a coil system 10 , consisting of the spool len 15 and 16 and a angeord in the area of the coil I magnet 13 is shown. The magnet 13 , designed as a permanent magnet, is arranged in the coil system such that the north pole of the magnet 13 is in the coil 15 and the south pole of the magnet 13 is in the coil 16 . The coil 15 and the coil 16 have different winding directions or are driven by currents i in the opposite direction. The different winding sense of the coils 15 and 16 or different sense of direction of the currents i is necessary for the addition of the Lorentz forces, since the north and south poles of the permanent magnet have different directions of magnetic flux.

Die Fig. 8 zeige die translatorisch in x-Richtung wirkende Lorentzkraft F_L, wenn das Spulensystem vom Steuerstrom i durchflossen wird. In dem schraffierten Bereich G befindet sich der Dauermagnet 13 vollständig im Bereich der Spule I, wobei der Nordpol N im Bereich der Spule 15 und der Südpol S im Bereich der Spule 16 angeordnet sind. In den darge stellten Bereichen H befindet sich nur jeweils ein Pol des Dauermagneten 13 in der Spule 15 bzw. 16. Die Lorentzkraft F_L ist in den Bereichen H entgegengesetzt zu der im Bereich G und nur halb so groß wie im Bereich G. Praktisch kommt nur der Bereich zum Einsatz, der in dem gestrichelten Be reich G liegt. Es ist jedoch auch eine Anordnung möglich, die nur aus der Spule 15 und dem Magnet 13 besteht. Die Lorentzkraft ist dann nur halb so groß, wie im Bereich G der Fig. 8. Das Spulensystem kann von einer Hülse 25, z. B. als weichmagnetische Hülse 25 ausgebildet, umgeben sein. Diese weichmagnetische Hülse 25 bündelt die Magnetfelder innerhalb des Spulensystems und führt damit zu einer Ver stärkung der Lorentzkraft F_L und zu einer Erhöhung des me chanischen Impulses und der kinetischen Energie des Elemen tes 1. Die weichmagnetische Hülse 25 hat neben der magnet feldverstärkenden Wirkung noch eine abschirmende Wirkung. Dadurch können auch magnetisch empfindliche Bauelemente, wie z. B. eine Hallsonde für ein Wegmeßsystem, in der Nähe des Spulensystems angeordnet werden. Dies ist insbesondere bei kleinen kompakten Positionier- und Meßanordnungen von besonderem Vorteil.The Fig. 8 show the translationally acting in the x-direction of the Lorentz force F _L, when the coil system the control current flows through i. In the hatched area G, the permanent magnet 13 is located completely in the area of the coil I, the north pole N being arranged in the area of the coil 15 and the south pole S in the area of the coil 16 . In the illustrated areas H there is only one pole of the permanent magnet 13 in the coil 15 and 16 respectively. The Lorentz force F _L is in the areas H opposite to that in the area G and only half as large as in the area G. In practice, only the area that lies in the dashed area G is used. However, an arrangement is also possible which consists only of the coil 15 and the magnet 13 . The Lorentz force is then only half as large as in region G of FIG. 8. The coil system can be supported by a sleeve 25 , e.g. B. formed as a soft magnetic sleeve 25 , be surrounded. This soft magnetic sleeve 25 bundles the magnetic fields within the coil system and thus leads to an increase in the Lorentz force F _L and an increase in the mechanical impulse and the kinetic energy of the element 1 . In addition to the magnetic field-strengthening effect, the soft magnetic sleeve 25 also has a shielding effect. This can also magnetically sensitive components such. B. a Hall probe for a position measuring system in the vicinity of the coil system. This is particularly advantageous in the case of small, compact positioning and measuring arrangements.

Die Fig. 9 zeigt die Spule 15 mit dem weichmagnetischen Kern 26 und die Spule 16 mit dem weichmagnetischen Kern 27. In Abhängigkeit davon, ob die Spule 15 vom Steuerstrom i₁ oder die Spule 16 von dem Steuerstrom i₂ angesteuert wird, erfolgt durch die Magnetkraft ein Hereinziehen der weich magnetischen Kerne 26 oder 27 in den Bereich I der Spulen 15 oder 16. Die Spulen 15 und 16 müssen zueinander keinen entgegengesetzten Wickelsinn und die Ströme i₁ und i₂ keine bestimmte Richtung aufweisen.The Fig. 9 shows the coil 15 with the soft magnetic core 26 and the coil 16 with the soft magnetic core 27. Depending on whether the coil 15 is controlled by the control current i ₁ or the coil 16 by the control current i ₂ , the magnetic force pulls the soft magnetic cores 26 or 27 into the region I of the coils 15 or 16 . The coils 15 and 16 do not have to have an opposite winding direction and the currents i ₁ and i ₂ have no particular direction.

In Fig. 10 ist die Ansteuerung eines Spulensystems nach Fig. 7 und in Fig. 11 die Ansteuerung der Spulen 15 und 16 nach Fig. 9 dargestellt. FIG. 10 shows the control of a coil system according to FIG. 7 and in FIG. 11 the control of the coils 15 and 16 according to FIG. 9.

In Fig. 10 liegen am Spulensystem in Reihe die Gleich spannung U_offset und die Rechteckspannung U_pulse. Beide Spannun gen weisen entgegengesetzte Vorzeichen und unterschiedliche Beträge auf. Der Betrag der Gleichspannung U_offset ist wesent lich niedriger als der Betrag der Rechteckspannung U_pulse. Die Gleichspannung U_offset hat einen Gleichstrom i durch das Spulensystem von z. B. 50 mA zur Folge, der je nach Richtung den Dauermagnet 13 mit relativ geringen Lorentzkräften von ca. 3 mN stets in Richtung eines der beiden Anschlagflächen 41 oder 51 treibt und ihn dort zur Anlage bringt. Die Lorentzkräfte sind größer als die Haftreibung zwischen Magnet 13 und Spulensystem, verursachen aber keinen Stell schritt beim Aufschlag des Stößels 14. Die Rechteckspannung U_pulse besteht aus zur Gleichspannung entgegengesetzt gerich teten z. B. rechteckförmigen Spannungsimpulsen von z. B. 500 Hz und weist zur Gleichspannung U_offset einen ca. viermal größeren Betrag von ca. 1 V auf. Sie verursacht in dem Spu lensystem rechteckförmige Wechselstromimpulse von ca. 200 mA mit zum Gleichstrom entgegengesetzter Richtung. Die zwischen Spulensystem und Dauermagnet 13 entstehenden relativ starken Lorentzkräften von ca. 12 mN beschleunigen den Dauermagnet in Richtung des Gegenanschlages. Der Stößel 14 trifft auf die entsprechenden Anschlagflächen 41 oder 51 auf und überträgt seinen mechanischen Impuls auf das Objekt 6 und bewirkt einen Stellschritt. Durch eine Invertierung der Vor zeichen von U_offset und U_pulse wird die Stellrichtung des Objek tes 6 gewechselt. Die Ansteuerung des Spulensystems kann auch ohne Offsetspannung U_offset nur durch eine Recht eckspannung U_pulse erfolgen, die symmetrisch ist und ein Tastverhältnis von z. B. 4 : 1 aufweist. Das Wechseln der Stellrichtung erfolgt durch Invertierung des Tastverhältnis ses auf z. B. 1 : 4.In Fig. 10 are the DC voltage U _offset and the square wave voltage U _pulse on the coil system in series. Both voltages have opposite signs and different amounts. The amount of the DC voltage U _offset is significantly lower than the amount of the square wave voltage U _pulse . The DC voltage U _offset has a direct current i through the coil system of z. B. 50 mA result, which depending on the direction of the permanent magnet 13 with relatively low Lorentz forces of about 3 mN always drives in the direction of one of the two stop surfaces 41 or 51 and brings it to rest there. The Lorentz forces are greater than the static friction between the magnet 13 and the coil system, but do not cause any adjustment step when the plunger 14 hits. The square wave voltage U _pulse consists of opposed to DC voltage z. B. rectangular voltage pulses of z. B. 500 Hz and has an approximately four times larger amount of approximately 1 V to the DC voltage U _offset . It causes rectangular alternating current pulses of approx. 200 mA in the coil system with the opposite direction to the direct current. The relatively strong Lorentz forces of approx. 12 mN that arise between the coil system and permanent magnet 13 accelerate the permanent magnet in the direction of the counter-stop. The plunger 14 strikes the corresponding stop surfaces 41 or 51 and transmits its mechanical impulse to the object 6 and effects an actuating step. By inverting the signs of U _offset and U _pulse , the direction of object 6 is changed. The control of the coil system can also be done without an offset voltage U _offset only by a square-wave voltage U _pulse , which is symmetrical and has a pulse duty factor of z. B. 4: 1. The direction of change is changed by inverting the duty cycle ses to z. B. 1: 4.

In Fig. 11 werden die Spulen 15 und 16 gesteuert durch die 2 Dioden und die sinusförmige Spannung U_sin abwechselnd von sinusförmigen Stromimpulsen durchflossen. Die Offsetspannung U_offset, die kleiner als die Spannung U_sin ist, bewirkt, daß der Stromimpuls durch die eine Spule stets größer als der Stromimpuls durch die andere Spule ist. Hierdurch werden die mechanisch fest verkoppelten weichmagnetischen Kerne 26 und 27 stets in einer Richtung stärker beschleunigt als in der Gegenrichtung und erhalten in der einen Richtung einen größeren mechanischen Impuls als in der Gegenrichtung. Das Objekt 6 vollführt hierdurch impulsgesteuerte Stellschritte in einer Richtung. Durch eine Invertierung der Offset spannung U_offset wird eine Richtungsumkehr der Stellbewegung des Objektes 6 erzielt.In Fig. 11, the coils 15 and 16 are controlled by the 2 diodes and the sinusoidal voltage U _sin alternately flowed through by sinusoidal current pulses. The offset voltage U _offset , which is less than the voltage U _sin , causes the current pulse through the one coil to always be greater than the current pulse through the other coil. As a result, the mechanically firmly coupled soft magnetic cores 26 and 27 are always accelerated more strongly in one direction than in the opposite direction and receive a greater mechanical impulse in one direction than in the opposite direction. In this way, the object 6 carries out pulse-controlled adjusting steps in one direction. By inverting the offset voltage U _offset , a reversal of the direction of the actuating movement of the object 6 is achieved.

In Fig. 12 und 13 sind zwei Anordnungen mit magnetischen Gitterstrukturen dargestellt, mit denen inkrementelle Stell schritte von z. B. genau 1 µm Schrittweite pro mechanischem Impuls erzielt werden, so daß kein Wegmeßsystem benötigt wird. In Fig. 13, two 12 and arrangements are shown with magnetic lattice structures with which incremental adjustment steps of z. B. exactly 1 micron increment per mechanical pulse, so that no position measuring system is required.

In Fig. 12 sind zwei ebene kunststoffgebundene NdFeB-Magnet schichten 28 und 29 von z. B. jeweils 20 µm Dicke und B_r = 0,6 T Remanenz von jeweils 1 µm dicken strukturierten weichmagnetischen Gitterschicht 30 und 31 bedeckt, die eine Gitterkonstante von 1 µm aufweisen. Die Gitterzwischenräume 32 und 33 der weichmagnetischen Gitter 30 und 31 sind mit einem unmagnetischen Material, z. B. Kunststoff, ausgefüllt, um ein mechanisches Verhaken der Gitterstrukturen beim Stellschritt zu vermeiden. Der magnetische Rückschluß wird durch weichmagnetische Gitterträger 34 und 35 gebildet, die entweder das Objekt 6 und die Unterlage 7 bilden oder mit diesen fest verbunden sind. Die Trennfuge 36 zwischen den weichmagnetischen Rückschlüssen 34 und 35 und den weich magnetischen Gittern 30 und 31 weist gute Gleiteigenschaften auf und besteht z. B. aus dünnen Teflonschichten. Die Strukturierung der weichmagnetischen Schichten 30 und 31 kann durch maskiertes Ionenätzen oder herkömmliche photo lithographische Ätzprozesse erfolgen.In Fig. 12, two flat plastic-bonded NdFeB magnet layers 28 and 29 of z. B. each 20 µm thick and B _r = 0.6 T remanence of 1 µm thick structured soft magnetic lattice layer 30 and 31 , which have a lattice constant of 1 µm. The grid spaces 32 and 33 of the soft magnetic grids 30 and 31 are made of a non-magnetic material, e.g. B. plastic, filled in to avoid mechanical interlocking of the lattice structures during the actuating step. The magnetic yoke is formed by soft magnetic lattice girders 34 and 35 , which either form the object 6 and the base 7 or are firmly connected to them. The parting line 36 between the soft magnetic inferences 34 and 35 and the soft magnetic grids 30 and 31 has good sliding properties and consists, for. B. from thin layers of Teflon. The soft magnetic layers 30 and 31 can be structured by masked ion etching or conventional photo-lithographic etching processes.

Der Magnetfluß wird außerhalb der Magnetschichten 28 und 29 in den weichmagnetischen Gittern 30 und 31 und in den weichmagnetischen Gitterträgern 34 und 35 durch die hohe magnetische Permeabilität µ_r < 1000 sehr gut geführt und ge bündelt und bewirkt magnetische Anziehungskräfte in der Trennfuge 36 von etwa 36.10³ N/m², wenn die weichmagneti schen Gitter 30 und 31 deckungsgleich übereinander liegen. In den unmagnetischen Gitterzwischenräumen 32 und 33 sind wegen µ_r = 1 nur geringe magnetische Streufelder und nur ge ringe magnetische Anziehungskräfte wirksam. Bei Verschiebung eines der Gitter in x-Richtung parallel zur Trennfuge 36 entsteht deshalb eine periodisch zur Gitterkonstante ortsab hängige Modulation der magnetischen Anziehungskräfte F_N von ca. 50% und ein Rasteffekt von z. B. 1 µm durch wechselsei tige magnetische Anziehungskräfte in x-Richtung.The magnetic flux is guided very well outside the magnetic layers 28 and 29 in the soft magnetic grids 30 and 31 and in the soft magnetic grid supports 34 and 35 by the high magnetic permeability μ _r <1000 and bundles and causes magnetic attraction forces in the parting line 36 of about 36.10 ³ N / m ² if the soft magnetic grids 30 and 31 are congruent one above the other. In the non-magnetic lattice spaces 32 and 33 , only small magnetic stray fields and only low magnetic attraction forces are effective because of µ _r = 1. When one of the grids is displaced in the x-direction parallel to the parting line 36 , a periodic modulation of the magnetic attractive forces F _N of approximately 50% and a detent effect of z. B. 1 micron by alternating magnetic attraction forces in the x direction.

Der Vorteil dieser Anordnung besteht in der Verwendung han delsüblicher relativ dicker Magnetschichten 28 und 29, die nicht strukturiert zu werden brauchen. Die dünnen weich magnetischen Schichten 30 und 31 können durch maskiertes Ionenätzen und herkömmliche Lithographieverfahren struktu riert werden. Ein besonders einfacher magnetischer Rast mechanismus ist dadurch erzielbar, daß die bei inkrementel len Längenmeßsystemen üblichen weichmagnetischen Meßbänder auf einer Seite mit einer relativ dicken dauermagnetischen Schicht versehen werden und auf der anderen Seite eine ge ätzte Struktur mit z. B. 1 µm Gitterkonstante aufweisen.The advantage of this arrangement is the use of commercially available relatively thick magnetic layers 28 and 29 , which do not need to be structured. Thin soft magnetic layers 30 and 31 can be patterned by masked ion etching and conventional lithography techniques. A particularly simple magnetic latching mechanism can be achieved in that the soft magnetic measuring tapes customary in incremental length measuring systems are provided on one side with a relatively thick permanent magnetic layer and on the other side a ge etched structure with z. B. 1 micron lattice constant.

In Fig. 13 befinden sich auf den weichmagnetischen Gitter trägern 34 und 35 z. B. eine ca. 1 µm dicke gitterförmige NdFeB-Magnetschichten 37 und 38 mit Gitterkonstanten von z. B. 1 µm. Sie weisen eine Remanenz von B_r = 1,2 T auf. Der Magnetfluß zwischen den magnetischen Gitterstrukturen 37 und 38 bewirkt in der Trennfuge 36 Anziehungskräfte von ca. 140.10³ N/m², wenn die magnetischen Gitter 37 und 38 deckungsgleich übereinander liegen. Bei Verschiebung der Gitter 37 und 38 parallel zur Trennfuge 36 entsteht auch hier eine ortsabhängige Modulation der magnetischen An ziehungskräfte von ca. 50% und ein Rasteffekt aller 1 µm durch periodische Tangentialkräfte. Das Aufbringen der Magnetschichten 37 und 38 erfolgt z. B. durch Sputtern und die Strukturierung z. B. durch maskiertes Ionenätzen, her kömmliche Lithographieprozesse oder durch Ritzen mit einem Diamanten auf einer Gitterteilmaschine. Die Gitterzwischen räume 32 und 33 der strukturierten Magnetschichten 37 und 38 sind ebenfalls mit einem unmagnetischen Material, z. B. Kunststoff, ausgefüllt, um ein mechanisches Verhaken der Gitterstrukturen beim Stellschritt zu vermeiden. Die Trenn fuge 36 zwischen den weichmagnetischen Rückschlüssen 34 und 35 und den Magnetgittern 37 und 38 weist gute Gleiteigen schaften auf und besteht ebenfalls z. B. aus dünnen Teflon schichten. In Fig. 13 are on the soft magnetic grid carriers 34 and 35 z. B. an approximately 1 micron thick lattice-shaped NdFeB magnetic layers 37 and 38 with lattice constants of z. B. 1 µm. They have a remanence of B _r = 1.2 T. The magnetic flux between the magnetic lattice structures 37 and 38 causes attractive forces of approximately 140.10 ³ N / m ² in the parting line 36 when the magnetic lattices 37 and 38 lie congruently one above the other. When the grids 37 and 38 are moved parallel to the parting line 36 , a location-dependent modulation of the magnetic attraction forces of approx. 50% and a detent effect of every 1 μm are also produced here by periodic tangential forces. The application of the magnetic layers 37 and 38 takes place, for. B. by sputtering and structuring z. B. by masked ion etching, forth conventional lithography processes or by scratching with a diamond on a grating machine. The lattice spaces 32 and 33 of the structured magnetic layers 37 and 38 are also with a non-magnetic material, for. B. plastic, filled in to avoid mechanical interlocking of the lattice structures during the actuating step. The parting line 36 between the soft magnetic inferences 34 and 35 and the magnetic grids 37 and 38 has good sliding properties and also consists, for. B. layers of thin Teflon.

Der Vorteil dieser Anordnung besteht in der Verwendung zwar sehr dünner aber reiner NdFeB-Schichten mit hoher Remanenz B_r und größeren magnetischen Anziehungskräften als bei der Anordnung nach Fig. 12 mit kunststoffgebundenen Magnet schichten. Die leicht korrodierenden NdFeB-Magnetschichten müssen z. B. durch eine Aluminiumoxidbeschichtung geschützt werden.The advantage of this arrangement consists in the use of very thin but pure NdFeB layers with high remanence B _r and greater magnetic attraction forces than in the arrangement according to FIG. 12 with plastic-bonded magnet layers. The slightly corrosive NdFeB magnetic layers must e.g. B. be protected by an aluminum oxide coating.

In einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel, sind ca. 1 µm dicke und ebene Magnetschichten auf den weichmagnetischen Gitterträgern 34 und 35 aufgetragen und mit einer Polteilung von 1 µm aufmagnetisiert. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß die Oberfläche der Magnetschicht unverändert bleibt. In a further exemplary embodiment, not shown, approximately 1 μm thick and planar magnetic layers are applied to the soft magnetic lattice carriers 34 and 35 and magnetized with a pole pitch of 1 μm. The advantage of this arrangement is that the surface of the magnetic layer remains unchanged.

Reference numerals

11

Element
element

22nd

Verbindungskabel
connection cable

33rd

elektronische Einrichtung
electronic device

44th

; ;

55

Anschlagblöcke
Stop blocks

66

Objekt
object

77

Unterlage
document

88th

periodische Bewegung
periodic movement

99

Gitterstruktur
Lattice structure

1010th

Einrichtung
Facility

1111

Verbindung
connection

1212th

Spule
Kitchen sink

1313

Magnet
magnet

1414

Stößel
Pestle

1515

; ;

1616

Spulen (Spulensystem)
Coils (coil system)

1818th

Federsteg
Spring bar

1919th

Nase
nose

2020th

Meßeinrichtung
Measuring device

2121

Reflektor
reflector

2222

schräge Kante
sloping edge

2323

Brücke
bridge

2424th

Reflexionslichtschranke
Retro-reflective sensor

2525th

weichmagnetische Hülse
soft magnetic sleeve

2626

; ;

2727

weichmagnetische Kerne
soft magnetic cores

2828

; ;

2929

Magnetschichten
Magnetic layers

3030th

; ;

3131

weichmagnetische Gitter
soft magnetic grid

3232

; ;

3333

unmagnetische Gitterzwischenräume
non-magnetic grid spaces

3434

; ;

3535

weichmagnetische Gitterträger
soft magnetic lattice girders

3636

Trennfuge
Parting line

3737

; ;

3838

Magnetgitter
Magnetic grid

4141

; ;

5151

Anschlagflächen
A Riefen
B magnetische Gitterstrukturen
C elektrostatische Gitterstrukturen
D Flüssigkeitsstrukturen
I Bereich der Spule
J Bereich zwischen den Anschlägen
B_r Abutment surfaces
A grooving
B magnetic lattice structures
C electrostatic lattice structures
D liquid structures
I area of the coil
J Area between the stops
B _r

magnetische Remanenz
K Länge der weichmagnetischen HülseF; E elektrische Pole
F_Q magnetic remanence
K length of the soft magnetic sleeve F; E electric poles
F _Q

Querkraft
F_L Shear force
F _L

Lorentzkraft
F_N Lorentz force
F _N

Normalkraft
F_X Normal force
F _X

Tangentialkraft
G Arbeitsbereich des Magneten
H Bereich
a Gitterkonstante der höhenmodulierten Gitterstruktur
b der magnetischen Gitterstruktur
c der elektrostatischen Gitterstruktur
d der hydrophob/hydrophilen Gitterstruktur
i Steuerstrom
i₁ Tangential force
G working range of the magnet
H area
a Lattice constant of the height-modulated lattice structure
b the magnetic lattice structure
c the electrostatic lattice structure
d the hydrophobic / hydrophilic lattice structure
i control current
i ₁

Steuerstrom der Spule Control current of the coil

1515

i₂ i ₂

Steuerstrom der Spule Control current of the coil

1616

N; S magnetische Pole
T Tesla
U_A N; S magnetic poles
T Tesla
U _A

Aktorspannung
U_M Actuator voltage
U _M

Meßspannung
U_offset Measuring voltage
U _offset

Gleichspannung
U_pulse DC voltage
U _pulse

Rechteckspannung
± x Positionsänderung
α Winkel der Reflektorkante
Square wave voltage
± x change of position
α angle of the reflector edge

Claims

1. Arrangement for positioning an object ( 6 ) which can be displaced on a base ( 7 ) relative to this, with a device ( 10 ) for executing hammer-like blows against a stop block ( 4 ) for moving the object ( 6 ) relative to the base ( 7 ), characterized in that the device ( 10 ) and the stop block ( 4 ) are attached to the object.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the device ( 10 ) for performing hammer-like blows comprises an electric coil ( 12 ) which concentrically includes a plunger.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the electrical coil ( 12 ) consists of two individual coils lying side by side ( 15 ; 16 ).

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that a second stop surface ( 51 ) connected to the object ( 6 ) is also provided on the side opposite the stop surface ( 41 ).

5. Arrangement according to claim 4, characterized in that the second stop surface ( 51 ) is at the same distance as the other stop surface ( 41 ) from the associated end of the electrical coil 12 or from the end of the magnetic plunger ( 14 ).

6. Arrangement according to one of claims 1-5, characterized in that the control unit ( 3 ) is designed so that the striking force of the magnetic plunger ( 14 ) or the electrical coil ( 12 ) against the two stop surfaces ( 41 , 51 ) is adjustable.

7. Arrangement according to one of claims 1-6, characterized in that on the object ( 6 ) and the base ( 7 ) regularly and / or irregularly arranged lattice structures ( 9 ) interact.

8. Arrangement according to claim 7, characterized in that on the object ( 6 ) of the surface ( 7 ) facing surface and / or the object ( 6 ) facing surface of the lower layer ( 7 ) transverse to the direction of movement of the object ( 6 ) as a grid structure ( 9 ) grooves (A), in a complementary form between the object ( 6 ) and base ( 7 ), are attached.

9. Arrangement according to claim 7, characterized in that the lattice structures ( 9 ) are designed as magnetic lattice structures (B).

10. The arrangement according to claim 7, characterized in that the lattice structures ( 9 ) consist of electrostatic lattice structures (C).

11. Arrangement according to one of claims 1-8, characterized in that between the object ( 6 ) and the base ( 7 ) a liquid structure (D) is arranged as a wetting and non-wetting lattice structure ( 9 ).

12. Arrangement according to one of claims 1-11, characterized in that the relative movement between the object ( 6 ) and the base ( 7 ) by means of a measuring device ( 20 ) it captures and an evaluation electronics is supplied.

13. Arrangement according to one of claims 1 to 12, characterized in that the area (I) of the coil is larger than the range of movement metal plunger ( 14 ) between the stop surfaces ( 41 , 51 ).

14. Arrangement according to one of claims 1 to 13, characterized in that the coils ( 15 , 16 ) are surrounded by a soft magnetic table sleeve ( 25 ).

15. Arrangement according to one of claims 1-15, characterized in that the object is guided on the base 7 with a relatively constant spring force re.