DE19853756C1

DE19853756C1 - Machine component positioning device e.g. for precision machine tool, has linear guidance of positioned machine component relative to second machine component provided by linearly adjustable positioning elements

Info

Publication number: DE19853756C1
Application number: DE1998153756
Authority: DE
Inventors: Rolf Wissner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-11-21
Filing date: 1998-11-21
Publication date: 2000-11-30
Anticipated expiration: 2018-11-22

Abstract

The positioning device (1) has 3 separate positioning elements (4), acting on the machine component (2) at different points and each exhibiting a linear length variation in a respective working direction. The parallel guidance of the machine component relative to a second machine component is provided by the torsional rigidity of at least 2 of the positioning elements and the limited pivot movement allowed by the pivot mountings for the positioning elements. An Independent claim for a precision machine tool provided with a positioning device is also included.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Positioniervorrichtung für die Positionierung eines ersten Maschinenteils gegenüber einem zweiten Maschinenteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Meßvorrichtung für die Positionsbestimmung eines ersten Maschinenteils gegenüber einem zweiten Maschinenteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2.The invention relates to a positioning device for the positioning of a first machine part in relation to one second machine part according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a measuring device for compared to determining the position of a first machine part a second machine part according to the preamble of the claim 2nd

Im Fall der Positioniervorrichtung handelt es sich bei den Ma schinenteilen insbesondere um Teile einer Werkzeugmaschine. So kann z. B. das erste Maschinenteil die Halterung für einen Laser oder eine ein Werkzeug tragende Spindel sein, während das zweite Maschinenteil der Rahmen der Werkzeugmaschine oder direkt ein ein Werkstück tragender Tisch ist.In the case of the positioning device, the Ma Rail parts, in particular around parts of a machine tool. So can e.g. B. the first machine part the holder for a laser or a spindle carrying a tool while the second Machine part of the frame of the machine tool or directly one a workpiece-carrying table.

Traditionell werden für die Positionierung eines ersten Ma schinenteils gegenüber einem zweiten Maschinenteil kreuzweise angeordnete und hintereinander geschaltete lineare Positionier einrichtungen verwendet. Die serielle Anordnung der Positionier einrichtungen weist jedoch den Nachteil auf, daß die direkt an dem zweiten Maschinenteil gelagerte Positioniereinrichtung nicht nur das erste Maschinenteil sondern auch noch die ihr nachge schalteten Positioniereinrichtungen positionieren muß. Das heißt, die von dieser Positioniereinrichtung zu positionierende Masse ist erheblich größer als die entsprechende Masse bei der letzten Positioniereinrichtung der Reihe, die nur das erste Maschinenteil selbst positionieren muß. Hierdurch ergeben sich recht früh kinematische Grenzen für die Beschleunigung des zweiten Maschinenteils gegenüber dem ersten Maschinenteil. Hohe Beschleunigungen des ersten Maschinenteils gegenüber dem zweiten Maschinenteil sind jedoch für verschiedene mit einer Werkzeug maschine durchzuführende Bearbeitungsverfahren evident und auch für die Erreichung kurzer Bearbeitungszeiten von grundsätzlicher Bedeutung.Traditionally, for positioning a first Ma part of the rail crosswise compared to a second machine part arranged and connected in series linear positioning facilities used. The serial arrangement of the positioning facilities, however, has the disadvantage that the directly positioning device not mounted on the second machine part only the first machine part but also the one that followed it switched positioning devices must position. The means to be positioned by this positioning device Mass is significantly larger than the corresponding mass at the last positioner of the series, which is only the first Position the machine part yourself. This results in very early kinematic limits for the acceleration of the second machine part compared to the first machine part. Height Accelerations of the first machine part compared to the second However, machine parts are for different with one tool machining processes to be carried out evidently and also for achieving short processing times of fundamental Importance.

Eine Positioniervorrichtung für die Positionierung eines ersten Maschinenteils gegenüber einem zweiten Maschinenteil nach dem Oberbegriff des Anspruch 1 ist aus dem Informationsblatt "Ent wicklung eines Parallelroboters für die Laserbearbeitung" von Dipl.-Ing. Christian Soehner (Produktionstechnische Institute auf der EMO, EMO Hannover 10.-17.09.1997, Sonderschau in Halle 8: Forschung und Entwicklung für den Werkzeugmaschinenbau) bekannt. Die Vorrichtung weist drei Positionierelemente auf, die in äquidistanten Punkten an dem zweiten Maschinenteil im Raum verschwenkbar gelagert sind. Die Positionierelemente greifen an drei wiederum äquidistanten Punkten an dem ersten Maschinenteil an, an dem sie ebenfalls im Raum verschwenkbar gelagert sind. Bei den Positionierelementen kann es sich um Gewindespindel triebe oder Linearmotoren handeln. Die Führung für das erste Maschinenteil gegenüber dem zweiten Maschinenteil weist ein zweiachsiges Gelenk auf, über das eine Stütze für das erste Maschinenteil an dem zweiten Maschinenteil geführt ist. Die Stütze ist nicht nur um die beiden Achsen des Gelenks ver schwenkbar, sondern auch in ihrer Haupterstreckungsrichtung durch den Kreuzungspunkt der beiden Achsen verschiebbar. Die Führung beläßt dem starr an der Stütze angeordneten ersten Maschinenteil drei Bewegungsfreiheitsgrade, so daß das erste Maschinenteil mit den drei Positionierelementen an jeden Ort innerhalb eines dreidimensionalen Verfahrbereichs verfahren werden kann. Dabei wird jedoch das erste Maschinenteil gegenüber dem zweiten Maschinenteil um die beiden Achsen des zweiachsigen Gelenks verkippt. Dies ist bei der Positionierung eines Werk zeugs oder Laserstrahls unerwünscht und muß daher mit einem ansteuerbaren zweiachsigen Handgelenk kompensiert werden, über das das Werkzeug bzw. eine das Werkzeug tragende Spindel oder der Laser an dem ersten Maschinenteil gelagert ist und mit dem die Parallelführung für das erste Maschinenteil gegenüber dem zweiten Maschinenteil erst komplett ist. Die Ansteuerung des zweiachsigen Handgelenks zur Kompensation der Verschwenkung des ersten Maschinenteils gegenüber dem zweiten Maschinenteil ist aufwendig. Erheblicher mechanischer Aufwand fällt für das zweiachsige Gelenk mit der zusätzlichen Verschiebbarkeit für die Stütze und für das ansteuerbare zweiachsige Handgelenk an dem ersten Maschinenteil an.A positioning device for positioning a first one Machine part compared to a second machine part after The preamble of claim 1 is from the information sheet "Ent development of a parallel robot for laser processing "by Dipl.-Ing. Christian Soehner (Production Technology Institutes at the EMO, EMO Hanover September 10-17, 1997, special show in Halle 8: Research and development for machine tool construction) known. The device has three positioning elements that at equidistant points on the second machine part in space are pivotally mounted. The positioning elements attack three again equidistant points on the first machine part on which they are also pivotally mounted in the room. The positioning elements can be threaded spindles Actuate drives or linear motors. The guide for the first Machine part opposite the second machine part biaxial joint on which a support for the first Machine part is guided on the second machine part. The Support is not only ver around the two axes of the joint pivotable, but also in their main direction of extension slidable through the intersection of the two axes. The The guide leaves the first rigidly arranged on the support Machine part three degrees of freedom, so that the first Machine part with the three positioning elements at every location move within a three-dimensional travel range can be. However, the first machine part is compared the second machine part around the two axes of the biaxial Tilted joint. This is when positioning a plant Stuff or laser beam undesirable and must therefore with a controllable two-axis wrist can be compensated for that the tool or a spindle carrying the tool or the laser is mounted on the first machine part and with the the parallel guidance for the first machine part compared to the second machine part is only complete. The control of the biaxial wrist to compensate for the pivoting of the first machine part is opposite the second machine part complex. Considerable mechanical effort is required for this biaxial joint with the additional displaceability for the Support and for the controllable two-axis wrist on the first machine part.

Eine Vorrichtung zum aktiven Positionieren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 kann grundsätzlich in eine Vorrichtung zur aktiven oder passiven Positionsbestimmung abgewandelt werden, wodurch sich eine Meßvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2 ergibt. In diesem Zusammenhang ist unter einer aktiven Positionsbestimmung eine Positionsbestimmung mit automatisiertem Anfahren des jeweiligen Meßpunkts und unter einer passiven Positionsbestimmung eine Positionsbestimmung zu verstehen, bei der das erste Maschinenteil per Hand an den jeweiligen Meßpunkt heranzuführen ist. Entsprechend weist eine Meßvorrichtung zur passiven Positionsbestimmung statt der Positionierelemente dann Wegmeßelemente auf, während eine Meßvorrichtung zur aktiven Positionsbestimmung sowohl Positio nierelemente als auch Wegmeßelemente oder Positionierelemente besitzt, die auch als Wegmeßelemente dienen. Eine Meßvorrichtung zur aktiven Positionsbestimmung weist darüberhinaus noch einen Sensor auf, der detektiert, wann der jeweilige Meßpunkt mit Hilfe der Positionierelemente erreicht ist.A device for active positioning according to the preamble of claim 1 can in principle in a device for active or passive position determination can be modified, whereby a measuring device according to the preamble of Claim 2 results. In this context is under one active position determination with a position determination automated approach to the respective measuring point and under a passive position determination to a position determination understand the first machine part by hand to the the respective measuring point is to be brought up. Accordingly, one Measuring device for passive position determination instead of Positioning elements then on measuring elements while a Measuring device for active position determination both position kidney elements as well as distance measuring elements or positioning elements owns, which also serve as displacement measuring elements. A measuring device for active position determination also has one Sensor on, which detects when the respective measuring point with Help of the positioning elements is reached.

Eine Positioniervorrichtung für die Positionierung eines ersten Maschinenteils gegenüber einem zweiten Maschinenteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist auch aus der DE 196 09 072 A1 bekannt. Diese Vorrichtung weist ebenfalls drei Positionier elemente auf, die in äquidistanten Punkten jeweils im Raum verschwenkbar sowohl an dem ersten Maschinenteil als auch an dem zweiten Maschinenteil gelagert sind. Die Führung für das erste Maschinenteil gegenüber dem zweiten Maschinenteil weist hier zwei hintereinander geschaltete Führungseinrichtungen auf. An dem zweiten Maschinenteil ist ein Führungsstück nach Art eines Kreuzschlittens in einer Ebene geführt. Senkrecht zu der Ebene ist eine starr an dem ersten Maschinenteil gelagerte Führungs stange gegenüber dem Führungsstück teleskopierbar. Beide Führungseinrichtungen zusammen bewirken eine Parallelführung für das erste Maschinenteil gegenüber dem zweiten Maschinenteil und wirken rein passiv. Bei größeren Beschleunigungen des zweiten Maschinenteils gegenüber dem ersten Maschinenteil besteht die Gefahr, daß die Führungseinrichtungen aufgrund der großen Momente, die nicht direkt in Richtung der einzelnen Verfahr barkeiten wirken, blockieren.A positioning device for positioning a first one Machine part compared to a second machine part after The preamble of claim 1 is also from DE 196 09 072 A1 known. This device also has three positioning elements that are in equidistant points in space pivotable both on the first machine part and on the second machine part are stored. The guide for the first Machine part opposite the second machine part points here two guiding devices connected in series. On the second machine part is a guide piece in the manner of a Cross slide in one level. Perpendicular to the plane is a guide rigidly mounted on the first machine part telescopic bar opposite the guide piece. Both Management facilities together lead to parallel guidance for the first machine part opposite the second machine part and look purely passive. At higher accelerations of the second Machine part compared to the first machine part Danger that the management facilities due to the large Moments that are not directly in the direction of each movement act, block.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Positionier vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Meßvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2 aufzuzeigen, bei denen sich zwischen den beiden Maschinenteilen möglichst wenige Bauteile erstrecken.The invention has for its object a positioning device according to the preamble of claim 1 and a Show measuring device according to the preamble of claim 2, where possible between the two parts of the machine few components extend.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Positioniervorrich tung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch die Meßvorrich tung mit den Merkmalen des Anspruchs 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltung dieser Vorrichtungen sind in den Unteransprüchen 3 bis 9 dargelegt. According to the invention, this object is achieved by the positioning device tion with the features of claim 1 and by the measuring device tion solved with the features of claim 2. Beneficial Design of these devices are in the subclaims 3 to 9 set out.

Bei den neuen Vorrichtungen weist die Parallelführung keine separat an den beiden Maschinenteilen gelagerten Führungs elemente auf. Vielmehr ist die Parallelführung in rein passiver Weise ausgebildet, indem mindestens zwei der Positionier- bzw. Wegmeßelemente um ihre Arbeitsrichtung torsionssteif ausgebildet sind, wobei gleichzeitig ein Schwenklager für eines der torsionssteifen Positionier- bzw. Wegmeßelemente an dem ersten Maschinenteil nur eine Schwenkbewegung um eine senkrecht zu der Grundrichtung und senkrecht zu der Arbeitsrichtung des Posi tionier- bzw. Wegmeßelements verlaufende erste Schwenkachse zuläßt. Ansonsten ist dieses Schwenklager steif ausgebildet. Alle anderen Schwenklager für die zwei torsionssteifen Positionier- bzw. Wegmeßelemente an dem ersten Maschinenteil und dem zweiten Maschinenteil lassen jeweils nur Schwenkbewegungen um zwei senkrecht zu der Arbeitsrichtung des jeweiligen Positionier- bzw. Wegmeßelements und senkrecht zueinander verlaufende Schwenkachsen zu. Ansonsten sind auch diese Schwenklager steif ausgebildet. Wenn die beiden torsionssteif ausgebildeten Positionier- bzw. Wegmeßelemente nicht zufällig parallel zueinander ausgerichtet sind, ist durch die Ein schränkungen ihrer Bewegungsfreiheitsgrade bereits sicherge stellt, daß die Grundrichtung des ersten Maschinenteils gegen über dem zweiten Maschinenteil eingehalten wird. Wenn eine Möglichkeit besteht, daß die mindestens zwei torsionssteif ausgebildeten Positionier- bzw. Wegmeßelemente parallel oder auch nur annähernd parallel ausgerichtet sind, ist mindestens ein drittes Positionier- bzw. Wegmeßelement torsionssteif auszubilden und bezüglich seiner Arbeitsrichtung torsionssteif an den beiden Maschinenteilen zu lagern.With the new devices, the parallel guidance has none Guide mounted separately on the two machine parts elements on. Rather, parallel guidance is purely passive Formed by at least two of the positioning or Displacement measuring elements are torsionally rigid around their working direction are, at the same time a pivot bearing for one of the torsionally rigid positioning or displacement measuring elements on the first Machine part just a swivel movement around a perpendicular to the Basic direction and perpendicular to the working direction of the Posi tioning or displacement measuring first pivot axis allows. Otherwise, this swivel bearing is rigid. All other swivel bearings for the two torsionally rigid Positioning or displacement measuring elements on the first machine part and the second machine part only allow swiveling movements by two perpendicular to the working direction of each Positioning or displacement measuring element and perpendicular to each other extending swivel axes. Otherwise these are too Swivel bearing is rigid. If the two are torsionally rigid trained positioning or displacement measuring elements not by chance are aligned parallel to each other is by the on Restrictions on your degrees of freedom are already guaranteed represents that the basic direction of the first machine part against above the second machine part. When a There is a possibility that the at least two torsionally stiff trained positioning or displacement measuring elements in parallel or even aligned approximately parallel is at least a third positioning or displacement measuring element torsionally rigid train and torsionally rigid with regard to its working direction to be stored on the two machine parts.

Jedes lineare Positionier- bzw. Wegmeßelement kann torsionssteif ausgebildet sein, indem zwischen seinen beiden Enden zwei in Reihe angeordnete Schwenkarme vorgesehen werden, die an den Enden und aneinander nur um senkrecht zu der Arbeitsrichtung des Positionier- bzw. Wegmeßelements verlaufende und parallel zueinander ausgerichtete Schwenkachsen verschwenkbar gelagert sind. Every linear positioning or displacement measuring element can be torsionally rigid be formed by two in between its two ends Row arranged swivel arms are provided, which on the Ends and to each other only to be perpendicular to the working direction of the Positioning or displacement measuring elements running and parallel mutually aligned pivot axes pivotally mounted are.

Bei dieser Ausführungsform ist vorzugsweise mindestens ein gemeinsames Schwenklager für ein Ende und einen Schwenkarm des jeweiligen torsionssteifen Positionier- bzw. Wegmeßelements vorgesehen.In this embodiment, there is preferably at least one common pivot bearing for one end and a pivot arm of the respective torsionally rigid positioning or displacement measuring element intended.

Bevorzugt als lineare Positionierelemente bei der neuen Positio niervorrichtung sind Linearmotoren. Bei elektrischen Linear motoren ist üblicherweise eine Führung zwischen Stator und Läufer vorgesehen, die die starken seitlichen elektromagne tischen Abstoßungskräfte zwischen diesen beiden Bauteilen aufnimmt und die zu einer ausreichenden Torsionssteifigkeit des Linearmotors als Positionierelement führt, wie sie für die Realisation der neuen Positioniervorrichtung völlig ausreichend ist.Preferred as linear positioning elements in the new position The linearizers are linear devices. With electrical linear motors is usually a guide between the stator and Runners provided the strong side electromagnetic table repulsive forces between these two components picks up and the sufficient torsional rigidity of the Linear motor as a positioning element leads, as for the Realization of the new positioning device completely sufficient is.

Zur Ausbildung der Schwenklager mit zwei Schwenkachsen für die Positionier- bzw. Wegmeßelemente können neben einfachen Achs lagern auch sphärische Lagerschalen mit die Schwenkbewegung gegenüber der Lagerschale auf eine Schwenkachse beschränkenden Mitteln vorgesehen sein. Zur Realisation beider Schwenkachsen sind dann zwei rechtwinklig ineinander angeordnete Lagerschalen mit derartigen Mitteln vorzusehen. Es ist aber ohne weiteres möglich, für die zweite Schwenkachse auf andere Formen der Schwenklagerung zurückzugreifen.To form the pivot bearing with two pivot axes for the Positioning and displacement measuring elements can be used in addition to simple axes also store spherical bearing shells with the swivel movement limited to a swivel axis relative to the bearing shell Means be provided. To implement both swivel axes are then two right-angled bearing shells to provide with such means. But it is easy possible for the second pivot axis on other forms of To use the swivel bearing.

Besonders bevorzugt bei den neuen Vorrichtungen ist die Ausbil dung von Schwenklagern mit zwei Schwenkachsen als kardanische Aufhängungen. Die für kardanische Aufhängungen typischen Teillager, die jeweils eine Schwenkachse definieren, können leicht so weit auseinander angeordnet werden, daß sich für alle anderen Relativbewegungen sehr hohe Steifigkeiten ergeben.The training is particularly preferred for the new devices of swivel bearings with two swivel axes as gimbal Suspensions. Typical for gimbals Partial stores, each of which can define a swivel axis can be easily arranged so far apart that everyone can other relative movements result in very high stiffness.

In den bevorzugten Ausführungsformen weisen die neuen Vorrich tungen drei oder vier torsionssteife Positionier- bzw. Wegmeß elemente auf. Dabei sind die Punkte, in denen die Positionier- bzw. Wegmeßelemente an dem zweiten Maschinenteil gelagert sind, vorzugsweise in einer senkrecht zu der Grundrichtung des ersten Maschinenteils verlaufenden Ebene angeordnet.In the preferred embodiments, the new devices three or four torsionally rigid positioning or displacement measurements elements on. The points at which the positioning or displacement measuring elements are mounted on the second machine part, preferably in a direction perpendicular to the basic direction of the first Machine part arranged level.

Um die Grundrichtung des ersten Maschinenteils einzustellen, beispielsweise um einen Winkel zwischen einem an dem ersten Maschinenteil drehantreibbar gelagerten Werkzeug und einem Werkstück einzustellen, kann das zweite Maschinenteil gegenüber einem Maschinenrahmen um eine senkrecht zu der Grundrichtung des ersten Maschinenteils verlaufende Kippachse verkippbar sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Werkzeug auch gegenüber der Grundrichtung des ersten Maschinenteils verkippbar sein.To set the basic direction of the first machine part, for example by an angle between one at the first Machine part with a rotatably driven tool and one The second machine part can face the workpiece a machine frame around a perpendicular to the basic direction of the the first machine part extending tilting axis can be tilted. Alternatively or additionally, the tool can also be used opposite the Basic direction of the first machine part can be tilted.

Besonders interessante Anwendungsformen der neuen Positionier vorrichtung betreffen Präzisionswerkzeugmaschinen, bei denen die Positioniervorrichtung für die Positionierung einer drehantreib baren Spindel mit Werkzeughalter oder eines Lasers gegenüber einem Maschinenrahmen genutzt wird.Particularly interesting application forms of the new positioning device concern precision machine tools in which the Positioning device for positioning a rotary drive bar with a tool holder or a laser a machine frame is used.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen der neuen Positioniervorrichtung näher erläutert und beschrie ben. Eine neue Meßvorrichtung würde einen entsprechenden Aufbau aufweisen, wobei die Positionierelemente als rein passive Weg meßelemente oder als aktive Positionierelemente mit zusätzlicher Wegmeßfunktion ausgebildet wären. In den Zeichnungen zeigtThe invention is described below using exemplary embodiments the new positioning device explained and described ben. A new measuring device would have a corresponding structure have, the positioning elements as a purely passive path measuring elements or as active positioning elements with additional Position measuring function would be formed. In the drawings shows

Fig. 1 eine Ansicht einer ersten Positioniervorrichtung von unten, Fig. 1 is a view of a first positioning device from below,

Fig. 2 ein Schwenklager der Positioniervorrichtung gemäß Fig. 1 in einer Seitenansicht, Fig. 2 is a pivot bearing of the positioning device shown in Fig. 1 in a side view;

Fig. 3 das erste Maschinenteil bei der Positioniervorrichtung gemäß Fig. 1 mit daran angeordneten weiteren Schwenk lagern in einer Seitenansicht, Fig. 3, the first machine part in the positioning apparatus according to Fig. 1, arranged thereon further pivot bearings in a side view;

Fig. 4 eine zweite Ausführungsform der Positioniervorrichtung in einer Ansicht von unten, Fig. 4 shows a second embodiment of the positioning device, in a view from below

Fig. 5 das erste Maschinenteil der Positioniervorrichtung gemäß Fig. 4 in einer Seitenansicht mit den daran angreifenden Schwenklagern und Fig. 5 the first machine part of the positioning device shown in FIG. 4 in a side view with the acting thereon pivots and

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform der Positioniervorrich tung. Fig. 6 shows another embodiment of the Positioniervorrich device.

Die in Fig. 1 dargestellte Positioniervorrichtung 1 dient zur Positionierung eines ersten Maschinenteils 2 gegenüber einem zweiten Maschinenteil, an dem Lagerringe 3 ortsfest gelagert sind. Dabei sind hier zwischen den beiden Maschinenteilen drei Positionierelemente 4 angeordnet. Bei den Positionierelementen 4 handelt es sich um Linearmotoren 5, 6 mit Stator 5 und Läufer 6. Die Positionierelemente 4 sind durch Relativbewegung des Läufers 6 zu dem Stator 5 in Richtung des Doppelpfeils 7 auf eine lineare Längenänderung zwischen den beiden Maschinenteilen hin ansteuerbar. Durch die Längen der drei Positionierelemente 4 wird die Raumlage des ersten Maschinenteils 2 gegenüber dem zweiten Maschinenteil festgelegt. Die Winkelorientierung des ersten Maschinenteils 2 gegenüber dem zweiten Maschinenteil bleibt dabei fest, weil alle drei Positionierelemente 4 torsionssteif ausgebildet und in bestimmter, im folgenden zu erläuternden Weise an den beiden Maschinenteilen gelagert sind. Die Torsionssteifigkeit der Positionierelemente 4 ergibt sich aus ihrer Ausbildung als Linearmotoren 5, 6 weil ein üblicher Linearmotor mit einer Führung zwischen dem Stator 5 und dem Läufer 6 versehen ist, die primär zur Aufnahme seitlicher elektromagnetischer Abstoßungskräfte zwischen diesen beiden Bauteilen dient. Die Führung verhindert aber gleichzeitig auch jede Torsion zwischen dem Stator 5 und dem Läufer 6. Im Zusammenhang mit den weiteren Figuren wird aber auch auf andere Ausführungsformen der Positionierelemente 4 eingegangen werden, bei denen die Torsionssteifigkeit durch andere Mittel erreicht wird. Das untere Positionierelement 4 ist in einem Schwenklager 8 um eine einzige Schwenkachse 9 verschwenkbar an dem ersten Maschinenteil 2 gelagert. Die Schwenkachse 9 verläuft senkrecht zu der durch den Doppelpfeil 7 angedeuteten Arbeitsrichtung des Positionierelements 4. Die weiteren Positionierelemente 4, die in Fig. 1 oben wiedergegeben sind, sind in ihren Schwenklagern 10 nicht nur jeweils um eine der Schwenkachse 9 entsprechende Schwenkachse 11, sondern auch um eine hierzu senkrecht und ebenfalls quer zu der Arbeitsrichtung des jeweiligen Posi tionierelements 4 verlaufende Schwenkachse 12 verschwenkbar gelagert. Für alle Positionierelemente 4 sind an dem zweiten Maschinenteil Schwenklager 13 vorgesehen, die jeweils sowohl eine Verschwenkung um eine parallel zu der jeweiligen Schwenkachse 9 bzw. 11 verlaufende Schwenkachse 14 als auch um eine hierzu senkrecht und quer zu der Arbeitsrichtung des Positionierelements 4 verlaufende Schwenkachse 15 erlauben. Konkret sind die Schwenklager 13 gemäß Fig. 1 als kardanische Aufhängungen mit zwei zueinander senkrechten Schwenkachsen 14 und 15 für den Stator 5 des jeweiligen Linearmotors 5, 6 vorgesehen. Dies geht näher aus Fig. 2 hervor, die ein Schwenklager 13 aus der bezüglich des ersten Bauteils 2 rückwärtigen Ansicht zeigt. Die Lagerringe 3 erlauben ein Verschwenken eines Zwischenrings 16 um die Achse 14 gegenüber dem zweiten Maschinenteil. Dabei greifen Lagerbolzen 17 von dem Zwischenring 16 in die Lagerringe 3 ein. Zu den Lagerbolzen 17 um 90° versetzt sind an den Zwischenring 16 Lagerringe 18 angeordnet, in die Lagerbolzen 19 von dem Stator 5 des jewei ligen Linearmotors 5, 6 her eingreifen. Die Lagerringe 18 und die Lagerbolzen 19 definieren die Schwenkachse 15. Fig. 1 zeigt das erste Maschinenteil 2 von unten, wobei das erste Maschinen teil 2 eine drehantreibbare Spindel 20 mit einem ein Werkzeug 21 tragenden Halter 22 aufweist. Das Werkzeug 21 ist mit der Spindel 20 um eine Drehachse 23 antreibbar. Die Drehachse 23 markiert eine Grundrichtung des ersten Maschinenteils 2, die durch die Parallelführung mittels der Positionierelemente 4 beibehalten wird und zu der die Schwenkachsen 12 hier genau parallel und die Schwenkachsen 9 und 11 senkrecht verlaufen. Aus den Fig. 1 und 2 geht hervor, daß die Linearmotoren hochkant angeordnet sind. Bezüglich der Torsionssteifigkeit der Positio nierelemente 4 ist dies nicht erforderlich. Durch die hochkante Anordnung der Linearmotoren 5, 6 nehmen diese aber in dem von ihnen gemeinsam beanspruchten Ringraum um das erste Maschinen teil 2 möglichst wenig Platz ein.The positioning device 1 shown in Fig. 1 is used for positioning a first machine part 2 to a second machine part, are fixedly mounted on the bearing rings 3. Here, three positioning elements 4 are arranged between the two machine parts. The positioning elements 4 are linear motors 5 , 6 with stator 5 and rotor 6 . The positioning elements 4 can be controlled by a relative movement of the rotor 6 to the stator 5 in the direction of the double arrow 7 for a linear change in length between the two machine parts. The spatial position of the first machine part 2 relative to the second machine part is determined by the lengths of the three positioning elements 4 . The angular orientation of the first machine part 2 relative to the second machine part remains fixed because all three positioning elements 4 are torsionally rigid and are mounted on the two machine parts in a certain manner, which will be explained below. The torsional rigidity of the positioning elements 4 results from their design as linear motors 5 , 6 because a conventional linear motor is provided with a guide between the stator 5 and the rotor 6 , which primarily serves to absorb lateral electromagnetic repulsive forces between these two components. However, the guidance also prevents any torsion between the stator 5 and the rotor 6 . In connection with the other figures, other embodiments of the positioning elements 4 will also be discussed, in which the torsional rigidity is achieved by other means. The lower positioning element 4 is mounted in a pivot bearing 8 on the first machine part 2 so that it can pivot about a single pivot axis 9 . The pivot axis 9 perpendicular to the direction indicated by the double arrow 7 the working direction of the positioning member. 4 The other positioning elements 4 , which are shown in Fig. 1 above, are in their pivot bearings 10 not only about a pivot axis 9 corresponding pivot axis 11 , but also about a perpendicular thereto and also transverse to the working direction of the respective positioning element 4 pivot axis 12 pivotally mounted. For all positioning elements 4 , pivot bearings 13 are provided on the second machine part, each of which allows pivoting about a pivot axis 14 running parallel to the respective pivot axis 9 or 11 as well as about a pivot axis 15 running perpendicularly and transversely to the working direction of the positioning element 4 . Specifically, the pivot bearing 13 1 are shown in FIG. As Gimbals having two mutually perpendicular pivot axes 14 and 15 for the stator 5 of the respective linear motor 5, 6 are provided. This is shown in more detail in FIG. 2, which shows a pivot bearing 13 from the rear view with respect to the first component 2 . The bearing rings 3 allow an intermediate ring 16 to be pivoted about the axis 14 with respect to the second machine part. Bearing bolts 17 engage the bearing rings 3 from the intermediate ring 16 . To the bearing bolts 17 offset by 90 ° 16 bearing rings 18 are arranged on the intermediate ring, engage in the bearing bolts 19 from the stator 5 of the respective linear motor 5 , 6 ago. The bearing rings 18 and the bearing bolts 19 define the pivot axis 15 . Fig. 1 shows the first machine part 2 from below, the first machine part 2 having a rotationally driven spindle 20 with a holder 22 carrying a tool 21 . The tool 21 can be driven with the spindle 20 about an axis of rotation 23 . The axis of rotation 23 marks a basic direction of the first machine part 2 , which is maintained by the parallel guidance by means of the positioning elements 4 and to which the pivot axes 12 here are exactly parallel and the pivot axes 9 and 11 are perpendicular. From Figs. 1 and 2 shows that the linear motors are disposed vertically. With regard to the torsional rigidity of the positioning elements 4 , this is not necessary. Due to the upright arrangement of the linear motors 5 , 6 , however, they take up as little space as possible in the annular space around the first machine part 2 which they jointly occupy.

Aus Fig. 1 geht nur ansatzweise hervor, daß die Schwenklager 13 oberhalb der Schwenklager 8 und 10 angeordnet sind, so daß die Positionierelemente von dem ersten Maschinenteil 2 zu dem zweiten Maschinenteil hin ansteigend ausgerichtet sind. Eindeutig erkennbar ist dies jedoch an Fig. 3, die einen Blick auf das erste Maschinenteil 2 aus Richtung eines der Schwenk lager 10 zeigt. Das Schwenklager 10 ist ausgebildet, indem zwischen zwei Vorsprüngen 24 an dem ersten Maschinenteil 2 ein Schwenkrahmen 25 um die Achse 12 verschwenkbar gelagert ist und indem der jeweilige Läufer 6 in dem Schwenkrahmen 25 um die Achse 11 verschwenkbar gelagert ist. Es wäre aber auch ohne weiteres möglich, das innere Bauteil in dem Schwenkrahmen 25 ortsfest an dem zweiten Maschinenteil 2 zu lagern und den Stator 6 an den äußeren Bauteilen an dem Schwenkrahmen 25 zu lagern. Auf die konkrete Ausführungsform der Schwenklager 8 und 10 kommt es im übrigen für die neue Positioniervorrichtung 1 im allge meinen nicht an.From Fig. 1 it is only partially that the pivot bearings 13 are arranged above the pivot bearings 8 and 10 , so that the positioning elements from the first machine part 2 to the second machine part are aligned increasing. However, this is clearly recognizable in FIG. 3, which shows a view of the first machine part 2 from the direction of one of the pivot bearings 10 . The pivot bearing 10 is formed by a pivot frame 25 being pivotably mounted about the axis 12 between two projections 24 on the first machine part 2 and by the respective rotor 6 being pivotably mounted in the pivot frame 25 about the axis 11 . However, it would also be possible to mount the inner component in the swivel frame 25 in a stationary manner on the second machine part 2 and to mount the stator 6 on the outer components on the swivel frame 25 . On the specific embodiment of the pivot bearings 8 and 10 it does not matter for the rest of the new positioning device 1 in general.

Gemäß Fig. 4 sind vier Positioniervorrichtungen 4 in Form von Linearmotoren 5, 6 vorgesehen. Dabei entspricht die Anordnung, außer einer abweichenden Ausbildung der Schwenklager 10 grund sätzlich der Ausführungsform gemäß Fig. 1. Allerdings sind die Schwenklager 13 an den Enden der Positionierelemente 4 zu dem zweiten Maschinenteil hin jeweils nicht dargestellt. In gleicher Weise wie in Fig. 1 ist das untere Positionierelement 4 nur um die Schwenkachse in dem Schwenklager 8 gegenüber dem ersten Maschinenteil 2 verschwenkbar gelagert. Bevor in Zusammenhang mit Fig. 5 auf die Ausbildung der Schwenklager 10 gemäß Fig. 4 näher eingegangen wird, sei noch ergänzend ausgeführt, daß das erste Maschinenteil 2 hier einen einen Laserstrahl 26 abgebenden Laser 27 hält, wobei die Strahlachse 28 der Drehachse 23 gemäß Fig. 1 entspricht.According to FIG. 4, four positioning devices 4 in the form of linear motors 5, 6 are provided. The arrangement corresponds, except for a different design of the pivot bearing 10, basically the embodiment according to FIG. 1. However, the pivot bearings 13 are not shown at the ends of the positioning elements 4 towards the second machine part. In the same way as in FIG. 1, the lower positioning element 4 is only pivotable about the pivot axis in the pivot bearing 8 relative to the first machine part 2 . Before the construction of the pivot bearing 10 according to FIG. 4 is discussed in more detail in connection with FIG. 5, it should be additionally stated that the first machine part 2 here holds a laser 27 emitting a laser beam 26 , the beam axis 28 of the axis of rotation 23 according to FIG corresponds. 1,.

Die aus der Seitenansicht gemäß Fig. 5 ersichtliche Ausge staltung der Schwenklager 10 umfaßt Lagerschalen 29, die eine Lagerkugel 30 einschließen. Dabei ist ein um den Umfang der Lagerkugel 30 umlaufender Führungssteg 31 vorgesehen, der in die Lagerschale 29 eingreift und ein Verschwenken der Lagerkugel 30 gegenüber der Lagerschale 29 nur um die Schwenkachse 12 erlaubt. Die Schwenkbewegung um die Schwenkachse 11 wird durch die schwenkbare Lagerung des Läufers 6 in einem Führungsschlitz 32 in der Lagerkugel 30 realisiert.The apparent from the side view according to FIG. 5 configuration of the pivot bearing 10 comprises bearing shells 29 which include a bearing ball 30 . A circumferential guide web 31 is provided around the circumference of the bearing ball 30 , which engages in the bearing shell 29 and allows pivoting of the bearing ball 30 relative to the bearing shell 29 only about the pivot axis 12 . The pivoting movement about the pivot axis 11 is realized by the pivotable mounting of the rotor 6 in a guide slot 32 in the bearing ball 30 .

In der Ausführungsform gemäß Fig. 6 sind verschiedene Abwand lungsmöglichkeiten gegenüber den bisherigen Ausführungsformen skizziert. Dabei sind drei Positionierelemente 4 vorgesehen, die jeweils auf Gewindespindeltrieben mit Gewindespindel 33 und angetriebener Mutter 34 basieren. Von den Positionierelementen 4 sind dabei nur zwei gegenüber Torsionen versteift. Hierzu ist jeweils ein Paar von Schwenkarmen 35 vorgesehen. Bei dem unteren Positionierelement 4 sind die Schwenkarme 35 einerseits um dieselbe Schwenkachse 9 des Schwenklagers 8 an dem ersten Maschinenteil 2, andererseits um dieselbe Schwenkachse 14 wie die drehantreibbare Mutter 34 für die Gewindespindel 33 gegen über dem Zwischenring 16, der hier gegenüber Fig. 1 um 90° verdreht angeordnet ist, und letztlich um eine parallel zu den Schwenkachsen 9 und 14 verlaufenden weitere Schwenkachse 36 aneinander verschwenkbar gelagert. Dabei sorgt die Art der Lagerung mit jeweils zwei in Richtung der jeweiligen Schwenk achse 9, 14 bzw. 36 beabstandeten Teillagern für die Torsions steifigkeit des Positionierelements 4. Bei dem oben rechts in Fig. 6 dargestellten Positionierelement 4 sind die Schwenkarme 35 um die Schwenkachsen 12 und 15 sowie untereinander um eine dazu parallel verlaufende Schwenkachse 37 verschwenkbar gela gert. Auch hier wäre aber eine schwenkbare Lagerung um die horizontalen Schwenkachsen 11 und 14 möglich, um die gewünschte Torsionssteifigkeit herzustellen. Die Torsionssteifigkeit des verbleibenden dritten Positionierelements 4 ist für die Stabilisierung der Grundrichtung des ersten Maschinenteils 2 entsprechend der Achse 28 des Laserstrahls 26 nicht zwingend erforderlich, solange die torsionssteif ausgebildeten Positio nierelemente nicht vollständig oder auch nur annähernd parallel zueinander ausgerichtet sind. In the embodiment according to FIG. 6, various modification possibilities are outlined compared to the previous embodiments. Three positioning elements 4 are provided, which are each based on threaded spindle drives with threaded spindle 33 and driven nut 34 . Only two of the positioning elements 4 are stiffened with respect to torsions. For this purpose, a pair of swivel arms 35 is provided in each case. In the lower positioning element 4 , the swivel arms 35 are on the one hand about the same swivel axis 9 of the swivel bearing 8 on the first machine part 2 , and on the other hand about the same swivel axis 14 as the rotationally drivable nut 34 for the threaded spindle 33 with respect to the intermediate ring 16 , which is here compared to FIG. 1 Is rotated 90 °, and ultimately pivotally mounted to each other about a further pivot axis 36 extending parallel to the pivot axes 9 and 14 . The type of mounting with two partial bearings spaced in the direction of the respective pivot axis 9 , 14 or 36 ensures the torsional rigidity of the positioning element 4 . In the positioning element 4 shown at the top right in FIG. 6, the swivel arms 35 are pivoted about the swivel axes 12 and 15 and with one another about a swivel axis 37 running parallel thereto. Here, too, a pivotable mounting around the horizontal pivot axes 11 and 14 would be possible in order to produce the desired torsional rigidity. The torsional rigidity of the remaining third positioning element 4 is not absolutely necessary for the stabilization of the basic direction of the first machine part 2 according to the axis 28 of the laser beam 26 , as long as the torsionally rigid positioning elements are not completely or only approximately parallel to one another.

REFERENCE SIGN LIST

11

- Positioniervorrichtung
- positioning device

22nd

- erstes Maschinenteil
- first machine part

33rd

- Lagerring
- bearing ring

44th

- Positionierelement
- positioning element

55

- Stator
- stator

66

- Läufer
- Runner

55

, ,

66

- Linearmotor
- linear motor

77

- Doppelpfeil
- double arrow

88th

- Schwenklager
- swivel bearing

99

- Schwenkachse
- swivel axis

1010th

- Schwenklager
- swivel bearing

1111

- Schwenkachse
- swivel axis

1212th

- Schwenkachse
- swivel axis

1313

- Schwenklager
- swivel bearing

1414

- Schwenkachse
- swivel axis

1515

- Schwenkachse
- swivel axis

1616

- Zwischenring
- intermediate ring

1717th

- Lagerbolzen
- bearing pin

1818th

- Lagerring
- bearing ring

1919th

- Lagerbolzen
- bearing pin

2020th

- Spindel
- spindle

2121

- Werkzeug
- Tool

2222

- Halter
- holder

2323

- Drehachse
- axis of rotation

2424th

- Vorsprung
- Head Start

2525th

- Schwenkrahmen
- swing frame

2626

- Laserstrahl
- laser beam

2727

- Laser
- laser

2828

- Strahlachse
- beam axis

2929

- Lagerschale
- bearing shell

3030th

- Lagerkugel
- bearing ball

3131

- Führungssteg
- Leadership

3232

- Führungsschlitz
- guide slot

3333

- Gewindespindel
- threaded spindle

3434

- Mutter
- Mother

3333

, ,

3434

- Gewindetrieb
- screw drive

3535

- Schwenkarm
- swivel arm

3636

- Schwenkachse
- swivel axis

3737

- Schwenkachse
- swivel axis

Claims

1. Positioning device for positioning a first machine part in relation to a second machine part, wherein at least three positioning elements are pivotally mounted in different points on the second machine part in space, the positioning elements acting on the first machine part and acting on a linear change in length in a working direction between the The first and the second machine part can be controlled and a parallel guide for the first machine part relative to the second machine part is provided, which defines a fixed basic direction of the first machine part, characterized in that the parallel guide does not have guide elements mounted separately on the two machine parts, but is designed , in that at least two of the positioning elements ( 4 ) are designed to be torsionally rigid about their working direction ( 7 ), in that a pivot bearing ( 8 ) for one of the torsionally rigid positioning elements ( 4 ) on the first th machine part ( 2 ) only allows a pivoting movement about a first pivot axis ( 9 ) running perpendicular to the basic direction ( 23 , 28 ) and perpendicular to the working direction ( 7 ) of the positioning element and is otherwise rigid and in that all other pivot bearings ( 10 , 13 ) for the one and at least a second one of the torsionally rigid positioning elements ( 4 ) on the first machine part ( 2 ) and the second machine part, only swivel movements about two swivel axes perpendicular to the working direction ( 7 ) of the respective positioning element ( 4 ) and perpendicular to each other ( 11 , 12 ; 14 , 15 ) and are otherwise rigid.

2.Measuring device for determining the position of a first machine part relative to a second machine part, at least three displacement measuring elements being pivotally mounted in different points on the second machine part in space, the displacement measuring elements acting on the first machine part and each having a linear change in distance in a working direction between the first and register the second machine part and wherein a parallel guide is provided for the first machine part opposite the second machine part, which defines a fixed basic direction of the first machine part, characterized in that the parallel guide has no guide elements mounted separately on the two machine parts, but is formed by at least two of the displacement measuring elements ( 4 ) are designed to be torsionally rigid about their working direction ( 7 ) by a pivot bearing ( 8 ) for one of the torsionally rigid displacement measuring elements ( 4 ) on the first machine part ( 2 ) only a pivoting movement about a first pivot axis ( 9 ) running perpendicular to the basic direction ( 23 , 28 ) and perpendicular to the working direction ( 7 ) of the displacement measuring element and is otherwise rigid and by all other pivot bearings ( 10 , 13 ) for the one and at least a second one of the torsionally rigid displacement measuring elements ( 4 ) on the first machine part ( 2 ) and the second machine part only swivel movements by two pivot axes ( 11 , 12 ) perpendicular to the working direction ( 7 ) of the respective displacement measuring element ( 4 ) and perpendicular to each other ; 14 , 15 ) and are otherwise rigid.

3. Measuring device according to claim 2, characterized in that at least three of the displacement measuring elements also as positioning elements are formed, each on a linear change in distance controllable between the first and the second machine part are.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least one torsionally rigid positioning or displacement measuring element ( 4 ) has two swivel arms ( 35 ) arranged in series between its two ends, which at the ends and to each other only by perpendicular to the working direction of the positioning or displacement measuring element and parallel pivot axes ( 8 , 14 , 36 ; 12 , 15 , 37 ) are pivotally mounted.

5. Apparatus according to claim 1 or 3, characterized in that at least one positioning element ( 4 ) has a linear motor ( 5 , 6 ) with conventional guidance between the stator ( 5 ) and rotor ( 6 ).

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least one pivot bearing ( 13 ) with two pivot axes ( 14 , 15 ) is designed as a gimbal.

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that three or four torsionally rigid positioning elements ( 4 ) or displacement measuring elements are provided.

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the points in which the positioning elements ( 4 ) or displacement measuring elements are mounted on the second machine part lie in a plane perpendicular to the basic direction ( 23 , 28 ) .

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized characterized in that the second machine part opposite one Machine frame around a perpendicular to the basic direction fend tilt axis is tiltable.

10. Precision machine tool with the positioning device according to one of the preceding claims for the positioning of a rotationally drivable spindle ( 20 ) with a tool holder ( 22 ) or a laser ( 27 ) relative to a machine frame.