DE2314379A1

DE2314379A1 - Positions-kontrollsystem unter verwendung magnetischer kraft

Info

Publication number: DE2314379A1
Application number: DE19732314379
Authority: DE
Inventors: Junichi Nishizawa
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-03-27
Filing date: 1973-03-22
Publication date: 1973-10-18
Also published as: DE2314379B2; FR2178640A5; CH558957A; GB1424413A; JPS4912307A; SU637102A3; US3789285A; JPS5245877B2

Description

DIPL.-ING. KLAUS BEHN DIPL.-PHYS. ROBERT MÜNZHUBER

PATENTANWÄLTE O O 1 / OTQ

8 MÜNCHEN 22 Wl DENM AYERSTR ASSE 6 / O I H O / v3

TEL (0811) 232530-295192

A 103 75

Firma HANDOTAI KENKYU SHINKOKAI, Kawauchi, Sendal-Shl, Miyagi-Ken, Japan

Positions-Kontrollsystem unter Verwendung magnetischer Kraft

Die Erfindung betrifft ein Positions-Kontrollsystem, insbesondere ein solches, bei dem Magnetkraft verwendet wird.

übliche Positionssteuerung für ein zu steuerndes Objekt wird mittels Schraubspindeln vorgenommen. Besonders präzise Steuerung ist jedoch mit Hilfe der Spindelsteuerung nicht möglich wegen der Ungleichmäßigkeit der Reibung zwischen einer Spindelmutter und der Spindel selbst, wegen der ungleichmäßigen Steigung der Spindelgänge, der Hysterese der Schraubenspindel u.s.w.. Das übliche Positions-Steuersystem kann deshalb nicht zur Lagesteuerung eines zu steuernden Objektes herangezogen werden, bei dem eine besonders hoch-präzise Steuerung benötigt wird wie etwa die Lagesteuerung einer Maske beim Photoätzen

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oder bei einem BedampfungsVorgang. Außerdem ist eine zwei- oder dreidimensionale Steuerung von besonderer Präzision mit der konventionellen Technik schwer auszuführen.

Mit der Erfindung soll nun ein Positions-Steuersystem geschaffen werden, mit Hilfe dessen die Lage eines zu steuernden Objektes mit großer Präzision mit Hilfe von Magnetkräften durchgeführt werden kann. Außerdem soll die hoch-präzise Lagesteuerung des Objektes in zwei oder drei Dimensionen möglich sein. Schließlich soll die Steuerung auch automatisch durchgeführt werden können.

Gemäß der Erfindung ist wenigstens ein Teil des zu steuernden Objektes aus einer magnetischen Substanz aufgebulat. Dieser magnetischen Substanz wird wenigstens ein Pol eines Elektromagneten mit einem Luftspalt dazwischen gegenübergestellt, so daß ein magnetischer Schließungskreis die magnetische Substanz mitjerfaßt wie auch den Luftspalt und den Elektromagneten selbst. Eine Voreinstellung zum Einstellen der Luftspaltbreite auf einen Wert, der größer ist als ein bestimmter Wert bei Steuerstrom Null, ist vorgesehen. Es sind Trageinrichtungen vorhanden, die wenigstens eine Feder zum Tragen des gesteuerten Objekts aufweisen, so daß das zu steuernde Objekt in eine Richtung beweg-

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bar ist, in der die Magnetkräfte zwischen dem Elektromagneten und der magnetischen Substanz wirken. Steuermittel sind mit dem Elektromagneten verbunden, wodurch der Stauerstram des Elektromagneten für die Einstellung der magnetischen Kraft eingestellt werden kann wie auch die Weite des Luftspaltes, so daß in der oben genannten Richtung eine bestimmte Lage des zu steuernden Objektes eingenommen werden kann. Die Magnetflußdichte oder die Induktion führt im Magnetkreis bei einer Bedingung, bei welcher der Luftspalt einen bestimmten Abstandswert annimmt, bereits im wesentlichen zur Sättigung, wobei dann die elastische Kraft der Feder durch die Magnetkräfte im Gleichgewicht gehalten wird innerhalb des elastischen Bereichs der Feder bei den oben erwähnten Bedingungen, so daß eine gegenseitige Berührung des zu steuernden Objektes und des Elektromagneten vermieden wird. Das vorstehend genannte Prinzip kann zur Ausführung einer zwei- oder dreidimensionalen Steuerung und zur Rotationssteuerung eines zu steuernden Objektes abgewandelt werden.

Es folgt jetzt eine Beschreibung des Aufbaus und der Wirkungsweise von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung , so daß die Grundgedanken der Erfindung dadurch noch deutlicher offenbar werden. Es zeigen:

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Fig.1 und 2 charakteristische Kurven zur Erläuterung des Prinzips der Erfindung;

Fig.^A und J5B Seitenansichten einer Prinzipdarstellung

der Erfindung; .

Fig.4jL und 4 B Draufsicht und Seitenansicht eines die Erfindung aufweisenden Ausführungsbeispiels;

Fig.5 eine weitere Ausführungsform der Erfindung

in Ansicht;

Fig.6 eine ein anderes Ausführungsbeispiel darstellende perspektivische Ansicht,'mit dem eine Zweidimensionaisteuerung vorgenommen werden kann;

Fig.7 eine perspektivische Ansicht eines nochmals

anderen Ausführungsbeispiel für eine Zweidimensionalsteuerung;

Fig.8 die perspektivische Ansicht eines weiteren

ZweidimensionalSteuersystems;

Fig.9 eine perspektivische Ansicht als Ausführungsbeispiel der Erfindung, mit dem eine Eindimensionalsteuerung in vertikaler Richtung durchgeführt wird;

Fig.10 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels mit Rotationssteuerung;

Fig.11 in perspektivischer Darstellung abermals

ein Ausführungsbeispiel der Erfindung Jedoch für dreidimensionale Steuerung;

Fig.12A und Draufsicht und Seitenansicht eines Ausführungen Fig.12B beispiels nach der Erfindung, in welchem

Grobsteuerung und Feinsteuerung vorgenommen

wird;

Fig.13 und 14 Graphische Darstellungen zur Erläuterung

von Abläufen des in der Fig.15 gezeigten Ausführungsbeispiels; und

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Fig.15 ein Blockschaltbild, das die Erfindung

darstellt mit automatischer Steuerung.

Die Fig.^A und JB zeigen Konstruktionen des erfindungsgemäßen Systems. Das zu steuernde Objekt 1 ist zum Teil oder vollständig aus einer magnetisch leitfähigen Substanz 1a hergestellt. Ein Elektromagnet 2 aus U-förmig gestalteter magnetischer Substanz mit einer Steuerwicklung 2a weist zwei Magnetpole auf, die der magnetisch leitfähigen Substanz 1a des zu steuernden Objekts unter Zwischenschaltung eines Luftspaltes gegenüberstehen, so daß der magnetische Schließungskreis durch die magnetische Substans 1a, den Luftspalt und den Elektromagneten 2 verläuft. Der Elektromagnet 2 ist mit einer Schraubspindel 8 verbunden, die durch einen Spindelträger 5 hindurchgeschraubt ist, welcher seinerseits ortsfest bei 7 gehalten ist. Die Schraubenspindel 8 ist so eingestellt, daß die Luftspaltbreite größer ist als eine bestimmte Breite D , wenn der Steuerstrom des Elektromagneten 2 selbst Null ist. Eine Feder k, die ebenfalls an einem weiteren Fixpunkt 6 befestigt ist,ist mit dem zu steuernden Objekt 1 verbunden, so daß dieses in einer Richtung bewegbar ist, in der die magnetischen Anziehungskräfte oder abstoßenden Kräfte zwischen dem Elektromagenten 2 und der magnetischen Substanz 1a wirksam werden. Ein Stromsteller 3 führt einen Steuerstrom an die Wicklung 2a

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auf ein Steuersignal an der Eingangsklemme 9 hinjzu, so daß der Steuerstrom zum Elektromagneten 2 für dieEinstellung der Magnetkraft und auch für die Breite des Luftspaltes gesteuert werden kann, so daß auf diese Weise die gewünschte Lageeinstellung des zu steuernden Objekts 1 in der genannten Richtung erfolgt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel kommt die magnetische Induktion im Magnetkreis im wesentlichen in den Sättigungsbereich, wie dies in Fig.1 gezeigt ist, bereits bei einem Zustand, in welchem der Luftspalt einen bestimmten Abstand L₁ erreicht, während die elastischen Kräfte der Fig.4 durch die Magnetkräfte im Gleichgewicht gehalten werden innerhalb des elastischen Bereichs der Feder 4. Aus Fig.1 läßt sich ersehen, daß die magnetische Induktion in den Abständen C₁, Cp und C, und Cj₊ der Magnetcharakteristik ansteigt. Folglich steigt auch die Magnetkraft zwischen der magnetischen Substanz 1a und dem Elektromagneten 2 in den Bereichen C₁ und Cp sehr stark an, wogegen der Anstieg in den Abständen C-, und C₁, allmählich erfolgt. Der Luftspalt zwischen der magnetischen Substanz 1a und dem Elektromagneten 2 kann durch die Ausnutzung der schwachen Steigung im Abschnitt 4 ganz exakt gesteuert werden. Da darüber hinaus die elastische Kraft der Feder 4 durch die Magnetkräfte im Gleichgewicht gehalten wird, die durch den magnetischen

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Fluß im Magnetkreis entsprechend Abschnitt C, oder Cj. erzeugt werden, ist es möglich, die Berührung zwischen dem zu steuernden Objekt 1 und dem Elektromagneten 2 oder zwischen dem zu

steuernden Objekt 1 und dem festen Teil 6 zuverlässig zu ver-

für
meiden, und zwar sowohl anziehende als auch für abstoßende

Magnetkräfte.

Es ist wünschenswert, den Steuerungsfehler durch Verwendung geeigneter magnetischer Substanz 1A, 2 im Magnetkreis so klein wie möglich zu halten, in^dem im Magnetkreis keine Hysterese (C₁₂, Cj-.-C^ - C₁₅ ""^ci6 "^C17^ ^sondern eine magnetische
Substanz ohne Hysteresiaschleife (C₁₁, C^) zu verwenden, indem etwa Weicheisen genommen wird, wie dies in Fig.2 gezeigt ist.

Die zwei Pole des Elektromagneten 2 stehen, wie dies Fig.3A und 3B zeigen, der magnetischen Substanz 1A gegenüber, Es
genügt jedoch, der magnetischen Substanz 1A auch nur einen
Magnetpol des Elektromagneten gegenüber zu stellen. Es können selbstverständlich auch E-förmige Elektromagneten als Elektromagnet 2 eingesetzt werden.

Es werden jetzt die Fig.4A und 4b beschrieben. In diesen Ausführungsbeispielen der Erfindung wird das zu steuernde Objekt 1 durch ein paar Tischfedern 4a und 4b getragen, die

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parallel zueinander und im rechten Winkel zur Bewegungsrichtung des zu steuernden Objektes angeordnet sind, während die Magnetkraft zwischen dem Elektromagneten 2 und der magnetischen Substanz 1 zur Wirkung kommt. Je" eine Kante der Plattenfedern 4a und 4b ist mit dem zu steuernden Objekt 1 verbunden, während die andere Kante der Federn fest an einer Befestigungsplatte 6a oder an einem Fundament 6 befestigt ist. Mit Hilfe eines Interferometers 10 wird die genaue Lage des zu steuernden Objekts 1 unter Verwendung eines Prismas 10 festgestellt, das mit dem zu steuernden Objekt verbunden ist.

Der Elektromagnet 2 kann weiterhin mit wenigstens einem Paar von Hilfsmagnetpolen 2-3 zusätzlich zu den übrigen Magnetpolen 2-1 und 2-2 in Fig.5 ausgestattet sein. Die Hilfsmagnetpole 2-3 stehen einander gegenüber und sind durch einen Luftspalt voneinander getrennt, dessen magnetischer Widerstand kejliner ist als der des Luftspalts zwischen der magnetischen Substi%z 1A und den Magnetpolen 2-1 und 2-2 zuden Elektromagneten 2. Dadurch wird der magnetische Fluß im Magnetkreis zu dem auch die magnetische Substanz 1A, der Luftspalt und der Elektromagnet 2 gehören, durch den magnetischen Nebenschluß der magnetischen Hilfspole 2-5 zum Teil auf einen Streupfad geleitet, bevor die Induktion den magnetischen

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Schließungskreis vollständig in Sättigung bringt. Zusammengefaßt kann über vorstehend beschriebenes Prinzip gesagt werden, daß die Lage eines zu steuernden Objektes 1A, das ^auf zwei Federn 4-1, 4-2 ruht, durch Stellen des Steuerstroms der Wicklung 2a des Elektromagneten 2 kontrolliert wird, ohne daß eine Berührung zwischen dem zu steuernden Objekt 1 und dem Elektromagenten 2 stattfindet.

Die Fig.6 zeigt ein AusfÜhrungsbeispiel der Erfindung, mit Hilfe dessen zweidimensionale Lagesteuerung möglich ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein zweiter Elektromagnet 2-2 mit einer zweiten Wicklung 2A-2 zusätzlich zum ersten Elektromagneten 2-1 mit seiner ersten Erregerwicklung 2A-1 angebracht. Der erste Elektromagnet 2-1 steuert das zu steuernde Objekt, das auf einer Tragplatte 6k ruht, die mittels zweier parallelenPlattenfedern 4A und 4B abgestützt ist.Die Tragplatte 6A ruht dabei auf dem Fundament 6B-1 und 6B-2 mit einem Paar paralleler Plattenfedern 11A und 11B. Die erste Richtung einer ersten Magnetkraft, die zwischen dem ersten Elektromagneten 2-1 und der magnetischen Substanz des zu steuernden Objektes 1 wirksam wird, steht mit ihren Feldlinien im rechten Win^kel zu einer zweiten Richtung der zweiten magnetischen Kraft, die zwischen dem zweiten Elektromagneten 2-2 und der magnetischen Substanz der Tragplatte 6A wirksam wird. Die Wirkungsweise dieses Ausführungsbeispiels läßt sich

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aus dem bereits vorstehend beschriebenen Prinzip leicht erkennen, so daß Einzelheiten hier keiner neuen Erwähnung bedürfen.

Die Fig.7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, mit Hilfe dessen eine zweidimensional Lagesteuerung vorgenommen werden kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Paare von Stabfedern 4-1 bis 4-4 parallel zueienander angeordnet und an einer Befestigungsplatte 6A so befestigt, daß ein zu steuerndes Objekt 1 fest getragen wird. Ein erster Elektromagnet 2-1 und ein zweiter Elektromagent 2-2 steuern unabhängig vonv»einanander das zu steuernde Objekt 1. Da die Wirkungsweise dieses Ausführungsbeispiels sich leicht aus dem vorstehenden ableiten läßt, werden keine weiteren Einzelheiten hier beschrieben. In der Fig.8 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Durchführung einer zweidimensionalen Steuerung gezeigt. Bei diesem AusfUhrungsbeispiel sind zwei Paare nicht elastischer Seile 12-1 bis 12-4 eingesetzt, die an Fixpunkten 6-3 befestigt sind und das zu steuernde Objekt 1 an vier Eckpunkten halten. Zwei Schraubenfedern 4-3 und 4-4 sind zwischen einen Fixpunkt 6-1 und das zu steuernde Objekt 1 sowie einen Fixpunkt 6-2 und das zu steuernde Objekt 1 dermaßen angeschlossen, daß das Gleichgewicht mit Hilfe der magnetischen Kräfte des

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ersten Elektromagneten 2-1 und des zweiten Elektromagneten 2-2 herbeigeführt wird. Auch in diesem Fall läßt sich die Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels leicht nach obigen Prinzip verstehen, so daß Einzelheiten weggelassen werden.

Wenn die Lage eines zu steuernden Objekts 1 in vertikaler Richtung zu stellen ist, wird das Objekt, wie in Fig.9 gezeigt, durch ein Paar paralleler Plattenfedern 1}A und 1}B getragen, die im rechten Winkel zur Vertikalen angeordnet und an einer festen Wand 6A befestigt sind.

In Fig.10 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, mit dessen Hilfe die Steuerung an einem zu steuernden Objekt 1 vorgenommen wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das zu steuernde Objekt 1 durch eine Torsionsfeder ^-5 gehalten, die einerseits am zu steuernden Objekt 1 und andererseits an einer Befestigungsplatte 6A befestigt ist. Der Elektromagnet 2-4 und der Elektromagnet 2-5 sind so angeordnet, daß sie das zu steuernde Objekt 1 gegenüber dem Fixpunkt der Torsionsfeder 4-5 verdrehen. Einer der Elektromagneten 2-4 und 2-5 kann weggelassen werden, doch sind zwei Elektromagenten 2-4 und 2-5 zur vollständigen Durchführung der Drehsteuerung ohne Verschiebung -4«· der Lage des zu steuernden Objektes 1 wünschenswert.

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In der Pig.11 ist nun ein weiteres AusfUhrungsbeispiel der Erfindung gezeigt, mit Hilfe dessen eine dreidimensionale Steuerung vorgenommen wird. Dieses Ausführungsbeispiel ist im wesentlichen eine Kombination der in Fig.6 gezeigten Anordnung mit der in Fig.9. Mit anderen Worten Tragplatten 6B-1 und 6B-2 sind weiterhin gehalten durch Befestigungspunkte 6C-1 und 6C-2 über zwei Paar paralleler Federplatten I3A-I und I3B-I und I5A-2, 13B-2. Die Elektromagnete 2-2 und 2-3 sind so angeordnet, daß sie die Lage der Tragplatte 6a steuern. Die dreidimensionale Steuerung wird durch unabhängige Steuerung der drei Elektromagnete 2-1, 2-2 und 2-3 durchgeführt. Die Fig.12A und 12B geben ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung wieder, an dem zunächst einmal eine Grobeinstellung der Lage und danach eine Feinsteuerung des zu steuernden Objekts 1 vorgenommen wird. Bei diesem Aus-

führungsbeispiel sind Gleitbuäain 15-I bis 15-4 an einer Tragplatte 6a vorgesehen, die auf ein Paar paralleler Gleitführungen I7A und I7B aufgesetzt sind, welche mittels Tragklötze 16-1, 16-4 gehalten werden. Eine Spindelmutter 5A ist mit der Tragplatte 6A verbunden und auf eine Stellspindel 8 aufgeschraubt. Die Spindel wird von einem Motor 29 angetrieben. Wenn der Motrjj 29 nun durch einen Steuerstrom aus einer Steuereinrichtung 3 versorgt und damit angetrieben wird, wird die Lage des zu steuernden Objektes 1 in grober Weise ver-

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stellt, während eine präzise Lagesteuerung durch Steuerung des Elektromagneten 2 in bekannter Weise durchgeführt wird, der auf dem Tragbett 6 sitzt. Die Steuereinrichtung 3 wird vom Ausgang eines Geschwindigkeitsdetektors 30 gesteuert, wie dies unten noch näher beschrieben wird. Die Fig.15 stellt in einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung eine automatische Lagesteuerung eines zu steuernden Objekts dar, welches auf einer Tragplatte 6A unter Zwischenschätung eines Plattenfederpaars 4A und 4B gehalten ist. Eine Steuercodeeinheit wird zunächst zur Voreinstellung den Eingangsklemmen

20 eines Registers 21 zugeführt. Ein Interferometer 32 stellt die Lage des Steuerobjekts gegenüber einer Bezugsposition fest. Die daraus gebildete Ausgangsgröße des Interferrometers 32 wird einem Wandler 33 zugeleitet, durch den der festgestellte Ausgangswert in Impulse umgewandelt wird. Die Zahl der Impulse ist ein Maß für den Ausgangswert des Interferrometers 32. Ein reversibler Zähler 34- zählt die Ausgangsimpulse des Wandlers 33 unter Berücksichtigung der Polarität des festgestellten Ausgangswertes des Interferrometers 32. Der Zählzustand des Zählers 34- wird dann in einem Register 35 gespeichert. Ein Komparator 22 vergleicht den Inhalt der Register

21 und 35» wodurch ein Steuercode gewonnen wird, der den Unterschied zwischen dem Inhalt des Registers 21 und des Registers 35 anzeigt und der einem Gatterkreis 23 zugeleitet

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wird. Die oberen Stellen des Steuercodes bewirken, daß ein Schrittschaltmotor 29 über eine Motorsteuerung 28 in Gang gesetzt wird, durch den die Grobeinstellung der Tragplatte 6a vorgenommen wird. Die unterste Stelle des Steuercode wird in ein Analogsteuersignal im D-A-Wandler 24 umgewandelt, so bald die oberen Stellen Ν_υ11 geworden sind. Das analoge Steuersignal wird über einen PID-Regler 25 und einem Gleichspannungsverstärker 26 an den Elektromagneten 17 geleitet, wodurch eine exakte Lagesteuerung des zu steuernden Objekts 1 erzielt wird. Ein Geschwindigkeitsdetektor 30 stellt die Bewegungsgeschwindigkeit des zu steuernden Objekts 1 fest und wirkt durch einen logischen Schaltkreis 31 auf den PID-Regler 25 ein, wodurch eine Beschleunigung der gewünschten Stellung für das zu steuernde Objekt 1 erzielt wird.

Eine derartige Einrichtung macht es möglich, daß zunächst die Lage der Tragplatte 6A mit Hilfe der oberen Stellen des Kontrollcodes vom Komparator 22 vorgenommen wird. Nachdem dann die oberen Stellen des Kontrollcodes Null geworden sind, gewinnt die niedrigste Stelle des Kontrollcodes Einfluß auf den PID-Regler 25, bis auch diese niedrigste Stelle auf Null zurückgegangen ist, wie dies in Fig,1j5 durch Pfeile angedeutet ist. Auf den Einfluß der untersten Stelle auf den PID-Reg-

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ler 25 hin wird die Stellung des zu steuernden Objekts 1 auf der Tragplatte 6k verändert, wie dies in Fig.i4 dargestellt ist. So wird die Lage des zu steuernden Objekts 1 automatisch bis zu der gewünschten Stellung geändert, die durch die Steuercodeeinheit am Ausgang 20 angezeigt wird.

Die beschriebene automatische Steuerung kann auch bei den an früherer Stelle genannten zwei- und dreidimensionalen Steuerungen und bei der Drehsteuerung angewendet werden. Es lassen sich auch Kombinationen der einzelnen Steuerungen wie etwa eine Kombination einer eindimensionalen Steuerung und einer Drehsteuerung mit der Erfindung verwirklichen. Wenn außerdem ein Hilfselektromagnet für jeden der oben erwähnten Elektromagnete vorgesehen wird, so daß der eine im Schnelländerungsabschnitt C1 oder C2 und der andere im Langsamänderungsabschnitt Cj5 oder C4 wirksam wird, kann eine Hauptsteuerung ebenfalls durch Elektromagnete statt mit den beschriebenen Steuerspindeln der Figuren 12a, 12b und I5 vorgenommen werden.

Claims

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1. ) Mit Verwendung von Magnetkräften arbeitendes Lagesteuersystem, gekennzeichnet durch folgende Kombination: ein zu steuerndes Objekt (1), von dem wenigstens ein Teil (1a) aus einer magnetisch leitfähigen Substanz besteht, einen ersten Elektromagneten (2), von dem wenigstens ein Magnetpol (2a) der magnetischen Substanz des zu steuernden Objektes unter Zwischenschaltung eines Luftspaltes gegenübergestellt ist, so daß ein magnetischer Schließungskreis unter Einbeziehung der magnetischen Substanz, des Luftspaltes und des Elektromagneten gebildet ist, in dem die magnetische Induktion durch Stromsteuerung am ersten Elektromagneten gesteuert wird, eine erste Stelleinrichtung (5,7,8) zur Voreinstellung der Weite des Luftspaltes auf einen Wert, der größer ist

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als die Luftspaltbreite bei Steuerstrom gleich Null, erste und zweite Unterstützungsmittel (4,4a,4b,6,6a), die wenigstens eine Feder zum Abstützen des zu steuernden Objektes (1) aufweist, so daß es in einerRichtung bewegbar ist, in der Magnetkräfte zwischen dem Elektromagneten und der magnetischen Substanz zur Wirkung kommen, und eine erste Steuereinrichtung (3#9)> die mit dem Elektromagneten zur Steuerung des Steuerstroms des ersten Elektromagneten (2) -veitounden ist für die Einstellung der Magnetkräfte und auch der Breite des Luftspaltes, wodurch eine gewünschte

zu
Lage des/steuernden Objektes (1) in der Richtung erhalten wird und die magnetische Induktion im magnetischen Schliessungskreis im wesentlichen zur Sättigung führt, wenn der Luftspalt einen bestimmten Wert angenommen hat und dabei die elastischen Kräfte der Feder mit der Magnetkraft im Gleichgewicht sind und sich die Feder bei diesem Zustand im elastischen Bereich befindet.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Elektromagnet (2) eine Mehrzahl von Polen aufweist, die in einer Linie angeordnet sind, und eine u-förmige magnetische Substanz ohne Hystereseeigenschaften vorhanden ist, wobei um die u-förmige magnetische Substanz eine Steuerspule gewickelt ist und zwei Pole der u-förmigen

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magnetischen Substanz mit Abstand des Luftspaltes der magnetischen Substanz des gesteuerten Objektes gegenüberstehen.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der erste Elektromagnet (2) wenigstens ein Paar Hilfspole (2-3) aufweist, die einander durch einen Luftspalt getrennt gegenüberstehen und einen magnetischen Widerstand haben, der kleiner ist als der Luftspalt zwischen der magnetischen Substanz (1a) und dem ersten Elektromagneten (2), wodurch ein Nebenschluß für den Magnetfluß des magnetischen Schließungskreises durch die Hilfspole gebildet ist, bevor die magnetische Induktion den magnetischen Kreis vollständig in Sättigung bringt (Figur 5).

4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trageinrichtung ein paar Plattenfedern (4a,4b) aufweist, die parallel zueinander in rechten Winkel zur Bewegungsrichtung des einzustellenden Objektes angeordnet sind, wobei je eine Kante der Plattenfedern mit dem zu steuernden Objekt (1) verbunden ist, während die andere -Kante der Plattenfedern an einer feststehenden Basis (6a) "befestigt ist.

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5. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Meßvorrichtung (10, 32) zum Messen des Abstendes des zu steuernden Objekts (1) von einer Bezugsstellung, Wandler (33» 34-» 35)» die mit der Meßvorrichtung verbunden sind und die Distanzmeßwerte in einen Steuerdigitalwert umwandeln; eine Eingabevorrichtung (20, 21) zum zeitweiligen Speichern eines Eingabedigitalwertes, der die gewünschte Lage des zu steuernden Objekts darstellt, einen Komparator (22), der mit den Wandlern und der Eingabevorrichtung verbunden ist zur Erzeugung einer Differenz zwischen dem gesteuerten Digitalwert und dem Eingabedigitalwert, mit dem Komparator (22) verbundene Einrichtungen (23, 24, 25, 26), die auch mit der Steuereinrichtung (27) verbunden sind, um diese zur Steuerung des Steuerstroms in Abhängigkeit von der Differenz zu steuern und so die Differenz zu verkleinern.

6. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zweiten Elektromagneten (2-2), von dem wenigstens ein Pol der magnetischen Substanz des zu steuernden Objektes 1 gegenübersteht, einen zweiten Luftspalt dazwischen freilassend, so daß ein zweiter magnetischer Kreis, bestehend aus der magnetischen Substanz, dem zweiten Luftspalt und dem zweiten Elektromagneten geschaffen ist und die Induktion des zweiten magnetischen Kreises durch den zweiten Steuer-

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strom des zweiten Elektromagneten gesteuert wird, zweite Einstellmittel zum Voreinstellen der Breite des zweiten Luftspalts auf einen Wert größer als eine zweite vorbestimmte Weite vorgenommen wird, wenn der zweite Steuerstrom des zweiten Elektromagneten Null ist, und eine Trageinrichtung mit wenigstens zwei Federn (4a, 4b, 11a, 11b) zum Unterstützen des zu steuernden Objekts (1) vorgesehen ist, so daß dieses in einer Ebene bewegbar ist, in der eine erste Richtung einer ersten Magnetkraft, die zwischen dem ersten Elektromagneten (2-1) und der magnetischen Substanz wirkt, die zweite Richtung einer zweiten magnetischen Kraft zwischen dem zweiten Elektromagneten (2-2) und der magnetischen Substanz im rechten Winkel schneidet, zweite Kontrollmittel mit dem zweiten Elektromagneten (2-2) zum Steuern des zweiten Steuerstroms des zweiten Elektromagneten vorgesehen sind, um die zweite magnetische Kraft und auch die Breite des zweiten Luftspaltes einzustellen und so die gewünschte Stellung des zu steuernden Objekts in der zweiten Richtung zu erhalten, wobei die Induktion im zweiten magnetischen Kreis im wesentlichen bei einer zweiten Bedingung in Sättigung geht, wo der zweite Luftspalt einen bestimmten zweiten Abstand erreicht und die elastische Kraft der anderen von zwei Federn mit der zweiten magnetischen Kraft innerhalb des elastischen Dehnungsbereichs der anderen Feder bei dieser zweiten Bedingung im Gleichgewicht ist. (Fig. 6)

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7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der ersten Elektromagnete (2-1) und der zweiten Elektromagnete (2-2) eine Mehrzahl von Po len aufweist, die in einer Linie angeordnet sind und eine U-förmige magnetische Substanz ohne Hysterese enthalten und eine Steuerspule um die U-förmige magnetische Substanz gewickelt ist, wobei zwei Pole der U-förmigen magnetischen Substanz der magnetischen Substanz des zu steuernden Objekts (1) unter·Zwischenschaltung des ersten oder zweiten Luftspalts gegenüberstehen. (Fig. 6)

8. System nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet wenigstens ein Paar von Hilfsmagnetpolen (2-3) besitzt, die durch einen Luftspalt getrennt einander gegenüberstehen, welcher einen magnetischen Widerstand hat, der kleiner ist als derjenige des ersten oder auch des zweiten Luftspalts, so daß vom ersten und vom zweiten magnetischen Kreis durch die Hilfsmagnetpole ein Streufluß fließt, bevor die Induktion den ersten Magnetkreis und den zweiten Magnetkreis vollständig in Sättigung gehen läßt. (Fig. 5)

9- System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trageinrichtung zwei Paare von Blattfedern (4a, 4b, 11a, 11b) aufweist, wobei die Blattfedern eines Paares (4a, 4b)

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zueinander parallel und im rechten Winkel zu der ersten Richtung verlaufen, während das Paar (11a, 11b) der anderen Blattfedern zueinander parallel und im rechten Winkel zu der zweiten Richtung angeordnet ist, daß je eine Kante des einen Paars (4a, 4b) der Blattfeder mit dem zu steuernden Objekt (1) verbunden ist, während die andeie Kante des Paars von Blattfedern mit einer beweglichen Tragplatte (6a) verbunden ist, und daß je eine Kante des anderen Paars (11a, 11b) von Blattfedern mit der bewegbaren Tragplatte (6a) verbunden ist, während die ander Kante jedes Paars von Blattfedern mit einer festen Basis (6b-1, 6b-2) in Verbindung steht. (Fig. 6)

10. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragmittel zwei Paare von Stabfedern (4-1, 4-2, 4-3, 4-4) aufweisen, die zueinander parallel angeordnet sind, wobei je ein Ende der Stabfedern mit dem zu steuernden Objekt (1) und das andeie Ende der Stabfedern fest mit einem Fundament (6a) verbunden ist. (Fig. 7)

11. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trageinrichtungen zwei Paar nicht elastischer Seile (12-1, 12-2, 12-3, 12-4) und zwei Schraubenfedern (4-3,4-4)

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aufweist, wobei je ein Ende der Seile an einer festen Basis (6-3) befestigt ist, während die anderen Seilenden an vier Verbindungspunkten mit dem zu steuernden Objekt (1) verbunden sind, wobei eine (4—3) der zwei Schraubenfedern zwischen das zu steuernde Objekt (1) und einen Fixpunkt (6-1) angesetzt ist und in einer ersten Richtung wirkt, während die andere (4—4) der zwei Schraubenfedern zwischen das zu steuernde Objekt (1) und einen zweiten Fixpunkt (6-2) eingefügt ist, so daß sie in der zweiten Richtung wirkt. (Fig. 8)

12. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß für den ersten und für den zweiten Elektromagneten Meßeinrichtungen (32) zum Messen des Abstands des zu steuernden Objekts (1) von einer Bezugsstellung vorgesehen sind, Wandler (33, 34-, 35) mit der Meßeinrichtung verbunden sind zum Umwandeln der gemessenen:Distanz in einen Steuerdigitalwert, Eingabeeinrichtungen (20, 21), die zeitweilig ein digitales Eingangssignal speichern, das die gewünschte Stellung des zu steuernden Objekts beinhaltet, vorgesehen sind, ein Komparator (22) mit den Wandlern und den Eingabemitteln verbunden ist, um die Differenz zwischen dem Steuerdigitalwert und dem Eingangsdigitalwert festzustellen, und Mittel (23, 24, 25, 26) mit dem Komparator und einem der Steuermittel

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in Verbindung sind zum Steuern der Steuermittel (27) und Beeinflussen des Steuerstroms in Abhängigkeit von der Differenz, um diese zu vermindern.

13. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Elektromagnet (2-2) vorgesehen ist, von dem wenigstens ein Pol der magnetischen Substanz am zu steuernden Objekt (1) gegenübersteht und von ihm durch einen zweiten Luftspalt getrennt ist, so daß der zweite Magnetkreis die magnetische Substanz, den zweiten Luftspalt und den zweiten Elektromagneten einschließt und die Induktion im zweiten magnetischen Kreis durch den zweiten Steuerstrom des zweiten Elektromagneten gesteuert wird, ein dritter Elektromagnet (2-3) vorgesehen ist, von dem wenigstens ein Pol der magnetischen Substanz des zu steuernden Objekts unter Zwischenschaltung eines dritten Luftspalts gegenübersteht, so daß ein dritter Magnetkreis entsteht, der die magnetische Substanz, den dritten Luftspalt und den dritten Elektromagneten umfaßt und die Induktion im dritten magnetis chen Schließungskreis durch den dritten Steuerstrom des dritten Elektromagneten gesteuert wird, zweite Voreinstellmittel zum Voreinstellen der Breite des zweiten Luftspalts auf einen Wert von mehr als einer zweiten bestimmten Luftspaltbreite vorhanden sind, wenn der zweite Steuerstrom im

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zweiten Elektromagneten (2-2) Null ist, dritte Einstellmittel zum Einstellen der Luftspaltbreite des dritten Luftspalts vorgesehen sind auf einen Wert, der größer ist als derjenige, der sich einstellt, wenn der dritte Steuerstrom des dritten Elektromagneten (2-3) Null ist, die Trageinrichtung wenigstens drei Federn (4a, 4b, 11a, 11b, 13a-1, 13b-1, 13a-2, 13b-2) zum Tragen des zu steuernden Objekts (1) enthält, so daß dieses in allen drei Dimensionen bewegbar ist, wobei eine erste Magnetkraft in einer ersten Richtung zwischen dem ersten Elektromagneten und der magnetischen Substanz wirkt, eine zweite Magnetkraft zwischen dem zweiten Elektromagneten und der magnetischen Substanz in Wirkung tritt und eine dritte magnetische Kraft zwischen dem dritten Elektromagneten und der magnetischen Substanz einwirkt und sich diese Kräfte sämtlich im rechten Winkel zueinander schneiden, zweite Steuermittel mit dem zweiten Elektromagneten (2-2) zur Steuerung seines Steuerstroms und damit zur Einstellung der zweiten magnetischen Kraft, die auch der Breite des zweiten Luftspalts vorgesehen sind, um eine gewünschte Lage des zu steuernden Objektes auf der zweiten Richtung zu erhalten, wobei die magnetische Induktion im zweiten magnetischen Schließungskreis diesen bei einer Bedingung im wesentlichen sättigt, bei der der zweite Luftspalt eine bestimmte zweite Distanz erreicht hat und dabei

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die elastische Kraft der zweiten Federn mit der zweiten magnetischen Kraft innerhalb der elastischen Dehnungszone der Feder bei dieser zweiten Bedingung im Gleichgewicht ist, und Steuermittel mit einem dritten Elektromagneten (2-3) verbunden sind zur Steuerung des dritten Steuerstroms zum dritten Elektromagneten, um die dritte magnetische Kraft und auch die Luftspaltbreite des dritten Luftspalts so einzustellen, so daß das zu steuernde Objekt eine bestimmte Position in der dritten Richtung einnimmt, wobei die magnetische Induktion im dritten magnetischen Schliessungskreis diesen bei einer dritten Bedingung im wesentlichen in Sättigung gehen läßt, in der der dritte Luftspalt einen bestimmten dritten Abstand hat und die elastischen Kräfte der drei Federn mit der dritten magnetischen Kraft innerhalb des elastischen Bereichs der Feder bei dieser dritten Bedingung im Gleichgewicht sind. (Fig. 11)

14. System nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß der erste Elektromagnet (2-1) der zweite Elektromagnet (2-2) und der dritte Elektromagnet (2-3) eine Mehrzahl von in einer Reihe angeordneten Polen aufweisen und eine !I-förmige magnetische Substanz ohne Hystereseschleife aufweisen und eine Steuerspule auf die U-förmige magnetische Substanz gewickelt ist, wobei zwei Pole der U-formigen magnetischen

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Substanz der magnetischen Substanz des zu steuernden Objekts (1) über einen der drei Luftspalte gegenübersteht.(Fig. 11)

15· System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet wenigstens ein Paar Hilfsmagnetpole (2-3) aufweist, die über einen Luftspalt einander gegenüberstehen, der einen magnetischen Widerstand hat, der kleiner ist als derjenige des ersten, zweiten und dritten Luftspalts, wodurch für die Induktion des ersten magnetischen Schließungskreises, des zweiten magnetischen Schließungskreises und des dritten magnetischen Schließungskreises über die Hilfsmagnetpole ein Streuflußpfad vorhanden ist, bevor die magnetischen Hauptschließungskreise entsprechend der Induktion vollständig in Sättigung gehen. (Fig. 5)

16. Steuersystem nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Trageinrichtung drei Paare von Blattfedern (4a, 4b, 11a, 11b, 13a-1, 13b-1, 13a-2, 13b-2) aufweist, deren erstes Paar (4a, 4b) zueinander parallel und im rechten Winkel zu einer ersten Richtung angeordnet ist, deren zwites Paar (11a, 11b) parallel zueinander und im rechten Winkel zu der zweiten Richtung angeordnet ist und deren drittes Paar (I3a-1, 13b-1, 13a-2, 13b-2) zueinander parallel und im rechten Winkel zu der dritten Richtung angeordnet sind, so

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daß die eine Kante des ersten Paares (4a, 4b) mit dem zu steuernden Objekt (1) verbunden ist, während die andere Kante des ersten Paares von Blattfedern (4a, 4b) an eine erste bewegbare Tragplatte (6a) angeschlossen sind, daß je eine Kante des zweiten Paares von Blattfedern (11a, 11b) an die erste bewegbare Tragplattenanordnung (6a) angeschlossen ist, während die zwäte Kante des zweiten Paares (11a, 11b) des Blattfederpaars an ein Paar von zweiten, bewegbaren Tragplatten (6b-1, 6b-2) angeschlossen ist, und daß je eine Kante des dritten Blattfederpaars (I3a-1» 13t>-1» 13a-2, 13"b-2) mit den zweiten beweglichen Tragplatten (6b-1, 6b-2) in Verbindung stehen, während die andere Kante des dritten Paars (I3a-1, 13b-1, 13a-2, 1Jb-2) fest mit wenigstens einem Fundament (6c-1, 6c- 2) in Verbindung stehen. (Fig. 11)

17· System nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß für die ersten, zweiten und dritten Elektromagnete Meßeinrichtungen (32) zum Messen eines Abstandes des zu steuernden Objekts (T) von einer Bezugsstellung aufweisen sowie Wandler (33₅ 34, 35)» die mit den Meßeinrichtungen verbunden sind und die gemessene Distanz in einen Steuerdigitalwert umwandeln, Eingabemittel (20, 21) zum zeitweiligen Speichern eines Eingabesignals enthalten, das die ange-

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strebte Position des zu steuernden Objekts (1) darstellt, ein Komparator (22) vorgesehen ist, der mit den Wandlern und den Eingabemitteln zur Erzeugung einer Differenz zwischen dem festgestellten Digitalwert und dem Eingabedigitalwert eingeschaltet ist, sowie Mittel (23, 24, 25, 26) vorhanden sind, die mit dem Komparator und der zugehörigen Steuereinrichtung verbunden ist-zum Steuern der Steuermittel (27)» über die der Steurstrom in Abhängigkeit von der Differenz gesteuert wird, um diese zu vermindern.

18. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trageinrichtung eine Torsionsfeder (4-5) zum Tragen des zu steuernden Objekts (1) enthält» so daß dieses bezüglich der Achse der Torsionsfeder drehbar ist und die magnetische Kraft zwischen dem Elektromagneten und der magnetischen Substanz wirksam wird, und daß Steuermittel an den Elektromagneten (2-4, 2-5) zur Steuerung des Steuerstroms des Elektromagneten angeschlossen sind um die magnetische Kraft so einzustellen, daß eine gewünschte Stellung des zu steuernden Objekts in Drehrichtung eingenommen wird, wobei die Induktion den magnetischen Schließungskreis im wesentlichen in Sättigung bringt, wenn der Luftspalt einen bestimmten Abstand erreicht und die Torsionskraft der Torsionsfeder mit der magnetischen Kraft innerhalb des elastischen Bereichs der Feder im Gleichgewichtszustand ist. (Fig. 10)

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19· System nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (2-4, 2-5) zwei Pole auf v/eist, die in einer Linie angeordnet sind und eine U-förmige magnetische Substanz ohne magnetische Hystereseeigenschaften aufweist und eine Steuerspule um die U-förmige magnetische Substanz gewickelt ist, während zwi Pole der U-förmigeη magnetischen Substanz der magnetischen Substanz des zu steuernden Objekts über einen Luftspalt gegenüberstehen. (Fig. 10)

20. System nach Anspruch 19■> dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet wenigstens ein Paar von Hilfsmagnetpolen (2-3) hat, die einander unter Zwischenschaltung eines Luftspalts gegenüberstehen, wobei der magnetische Widerstand kleiner ist als der des Luftspaltes, wodurch ein magnetischer Streufluß des magnetischen Kreises durch die Hilfsmagnetpole erzielt wird, bevor die Induktion den magnetischen Schliessungskreis vollständig in Sättigung bringt. (Fig. 5)

21. System nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden der Elektromagnete eine Meßeinrichtung (23) zum Messen des Abstandes des zu steuernden Objektes von einer Bezugsstellung vorgesehen sind, ferner Wandler (33, 34-» 35), die mit der Meßeinrichtung verbunden sind und die gemessene Substanz in einen Digitalsteuerwert umwandeln, Eingabeein-

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richtungen (20, 21), die ein Eingabesignal zeitweilig speichern, dessen Wert maßgebend ist für die gewünschte Lage des zu steuernden Objektes, einen Komparator (22), der mit den Wandlern und den Eingabemitteln verbunden ist und einen Differenzwert zwischen dem Steuerdigitalwert und dem Eingabedigitalwert bildet, Mittel (23, 24, 25, 26), die mit dem Komparator und den zugehörigen Steuermitteln (27) verbunden sind zur Steuerung des Steuerstroms in Abhängigkeit von der Differenz, um diese zu vermindern. (Fig. 15)

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