DE3615128A1

DE3615128A1 - Device for the unreactive coupling of a slide to its transport spindle

Info

Publication number: DE3615128A1
Application number: DE19863615128
Authority: DE
Inventors: Kurt Ing Grad Eisemann
Original assignee: H Berthold AG
Current assignee: H Berthold AG
Priority date: 1986-05-02
Filing date: 1986-05-02
Publication date: 1987-11-05
Also published as: DE3615128C2

Abstract

A coupling device between a slide or table (1), to be guided without any play, and a spindle, driving the said slide or table and having a spindle nut (9), is specified, the coupling between spindle nut and slide taking place by means of a ball (16) which is held between slide and spindle by tension springs (21), so that the slide (1) is connected to the spindle nut absolutely rigidly and fixedly in its transporting directions, but can move freely with respect to the spindle in its other turning, swivelling and inclining planes. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum rückwirkungs freien Ankoppeln eines geradlinig verfahrbaren Schlittens an seine Transportspindel, dergestalt, daß der spielfrei gelagerte Schlitten ausschließlich in seiner Transportrichtung form schlüssig mit der Spindelmutter verbunden, sonst aber in sei nen fünf Freiheitsgraden frei bewegbar zur Spindel und Spindel mutter angeordnet ist.The invention relates to a device for retroactive free coupling of a straight movable carriage its transport spindle, such that the one with no play Sled only in its transport direction conclusively connected to the spindle nut, but otherwise in Five degrees of freedom can be moved freely to the spindle and spindle mother is arranged.

Bei bekannten Anordnungen zur exakten und spielfreien Ver schiebung eines in X-Richtung hin- und her bewegbaren Tisches oder Schlittens, kommt es sehr darauf an, daß sowohl der Schlitten spielfrei, innerhalb seiner gesamten Wegstrecke, ge führt und gelagert ist und daß ebenfalls, die hier verwendete Transportspindel mit Mutter, jede Drehbewegung in eine lineare Bewegung des Schlittens umsetzt. Derartige Vorrichtungen werden bespielsweise in optisch- elek tronischen Maschinen für verschiedene Aufgaben benötigt, bei denen Wegtoleranzen von 0,005 mm, und zwar reproduzierbar, ver langt werden. Häufig wird die zurückgelegte Strecke mittels op tisch- elektronischer Hilfsmittel, z.B. mittels einer Licht schranke über einem hochauflösenden Glasraster, überwacht und ist damit über entsprechende Speicher/Rechner korrigierbar. Insbesondere, wenn es sich um Vorrichtungen mit längeren Trans portstrecken handelt, ist es äußerst schwierig, eine Abstimmung der Bauteile, z.B. auf Grund der Baulänge der Spindel, der La gerung und Parallelführung, zwischen Schlitten und Spindelmut ter, für jeden Punkt der Wegstrecke gleichermaßen zu erreichen. Nur mit großem Justageaufwand und ausgesuchten Bauteilen ist beispielsweise die Parallelität der spielfreien Schlittenfüh rung zur Spindel zu bewerkstelligen. Ein besonders kritischer Punkt ist daher die Ankoppelung der Spindel/Spindelmutter an einen linear verfahrbaren Schlitten. Die hier bekannten Ankop pelungen sind dergestalt aufgebaut, daß die Mutter fest mit dem anzutreibenden Filmschlitten verbunden ist, so daß sich alle dynamischen Bewegungsungenauigkeiten von Spindel und Mutter di rekt auf den Schlitten übertragen können und damit Auslenkungen in verschiedene Richtungen bewirken können. Beispielsweise in einem Scanner, wo von einer Vorlage, mittels eines hochfeinen Lichtstrahls, ein Bild abgetastet werden kann, wobei sich die Vorlage auf einem schrittweise verschiebbaren Schlitten befin den kann, oder in einem Fotosatzbelichter, wo umgekehrt ein lichtempfindliches Material, mittels eines Strahles, belichtet werden kann. Hier können bereits Vorschubtoleranzen von 0,005 mm eine Belichtungsarbeit unbrauchbar machen. Daher sind die vor bekannten Ankoppelvorrichtungen, mit ihren Schlupffehlern, Ver klemmungen und Verkantungen, für derart hochgenaue Aufgaben nur bedingt verwendbar, müssen sehr eng justiert werden und können sich im Verlauf der Benutzungsdauer lockern oder verän dern.In known arrangements for the exact and play-free displacement of a table or slide movable back and forth in the X direction, it is very important that both the slide play, within its entire path, leads and is stored and that also that The transport spindle with nut used here converts every rotary movement into a linear movement of the slide. Such devices are required, for example, in optoelectronic machines for various tasks in which path tolerances of 0.005 mm, reproducibly, are required. The distance traveled is frequently monitored using optical electronic aids, for example using a light barrier over a high-resolution glass grid, and can therefore be corrected using appropriate memory / computers. Especially when it comes to devices with longer trans port distances, it is extremely difficult to tune the components, for example due to the length of the spindle, the storage and parallel guidance, between slide and spindle nut, equally for each point of the distance to reach. The parallelism of the backlash-free slide guide to the spindle, for example, can only be achieved with great adjustment effort and selected components. A particularly critical point is therefore the coupling of the spindle / spindle nut to a linearly movable slide. The known Ankop pelungen are constructed in such a way that the mother is firmly connected to the film sled to be driven, so that all dynamic movement inaccuracies from the spindle and mother can be transmitted di rectly to the sled and thus cause deflections in different directions. For example, in a scanner where an image can be scanned from a document by means of a very fine light beam, the document can be on a step-by-step slide, or in a photosetter where, conversely, a light-sensitive material is exposed by means of a beam can be. Here, feed tolerances of just 0.005 mm can make exposure work unusable. Therefore, the before known coupling devices, with their slip errors, Ver jamming and tilting, for such highly precise tasks can only be used to a limited extent, must be adjusted very closely and can loosen or change over the course of the period of use.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zum Ankoppeln eines Schlittens an seine Transport spindel anzugeben, mit deren Hilfe einerseits die Mitnahme des Schlittens in Transportrichtung gewährleistet wird und anderer seits der Schlitten in möglichst vielen Dreh-, Schwenk- und Neigungsrichtungen, unabhängig zur Spindel, montiert und ju stiert werden kann.The invention has therefore set itself the task Device for coupling a carriage to its transport specify spindle, with the help of which, on the one hand, the entrainment of the Carriage is guaranteed in the direction of transport and others on the part of the slide in as many turning, swiveling and Inclination directions, independent of the spindle, assembled and ju can be stopped.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die erfindungsgemä ße Vorrichtung somit eine spielfreie Führung und Lagerung des bewegbaren Schlittens, längs seiner Transportstrecke, ermöglicht, wobei jegliche Lageveränderungen zwischen Schlitten und Transportspindelmutter, bezogen auf die sechs möglichen Neigungs-, Schwenk- und Drehachsen, in fünf Freiheitsgraden zueinander, rückwirkungsfrei möglich sind.This object is achieved in that the invention sse device thus a play-free management and storage of movable carriage along its transport route, allows any position changes between sledges and transport spindle nut, based on the six possible Inclination, swivel and rotation axes, in five degrees of freedom to each other, are possible without feedback.

Dies wird dadurch erreicht, daß zwischen dem Mitnehmerarm der Spindelmutter und dem Schlitten eine Kugel angeordnet ist, die somit nur eine punktförmige Berührung zwischen Schlitten und Spindelmutter bewirkt. Beide Teile sind zueinander, mittels in Transportrichtung wirksamer Zugfedern, verbunden, so daß sich z.B. Unparallelität der Schlittenführung zur Transportspindel in mehreren Richtungen nicht negativ auf die Ankoppelstelle auswirken.This is achieved in that between the driver arm a ball is arranged on the spindle nut and the slide, which is only a point contact between the sled and spindle nut. Both parts are mutually, by means of tension springs effective in the direction of transport, connected so that e.g. Non-parallelism of the slide guide to the transport spindle not negative in several directions on the coupling point impact.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschrei bung des Ausführungsbeispieles, welches anhand der Zeichnungen näher beschrieben wird.Further advantages result from the following description Exercise of the embodiment, which is based on the drawings is described in more detail.

Es zeigtIt shows

Fig. 1 das Verhältnis der sechs möglichen Freiheitsgrade eines, von einer Spindel angetriebenen, geradlinig ver fahrbaren Schlittens. Fig. 1 shows the ratio of the six possible degrees of freedom of a, driven by a spindle, rectilinearly movable carriage.

Fig. 2 die Ankoppelung des Schlittens an die Transport spindelmutter von oben. Fig. 2, the coupling of the carriage to the transport spindle nut from above.

Fig. 3 den Schlitten im Gestell mit Ankoppelung in Vor deransicht. Fig. 3 shows the slide in the frame with coupling in front of the view.

Fig. 4 wie Fig. 2 und Fig. 3, als Seitenansicht. Fig. 4 as Fig. 2 and Fig. 3, as a side view.

In Fig. 1 soll demonstriert werden wie, um und in Richtung der verschiedenen Achsen, ein angedeuteter verfahrbarer Schlit ten 1 gedreht, geneigt und schwenkbar ist. Der Schlitten kann Lageveränderungen als Drehung um die Achsen oder Freiheitsgrade "D", "E" und "F" und/oder Lageveränderungen als Neigung/Schwen kung um die Achse "D" in Richtung A, um Achse "F" in Richtung B und um Achse "E" in Richtung C einnehmen. Dabei gilt als Vor aussetzung, daß der Schlitten 1 geradlinig in Achsrichtung der Spindel 8 hin und her bewegbar sein muß, d.h. in Richtung der Achse "E" soll zwischen Spindel 8 und Schlitten 1 eine starre Ankopplung sein.In Fig. 1 it is to be demonstrated how, around and in the direction of the different axes, an indicated movable carriage 1 is rotated, inclined and pivotable. The carriage can position changes as a rotation about the axes or degrees of freedom "D", "E" and "F" and / or changes in position as inclination / pivoting about the axis "D" in direction A , about axis "F" in direction B and Take axis "E" in direction C. It is considered as a precondition that the carriage 1 must be movable back and forth in a straight line in the axial direction of the spindle 8 , ie in the direction of the axis "E" there should be a rigid coupling between the spindle 8 and the carriage 1 .

Ist nun die Parallelität zwischen Spindel 8 und Schlitten 1 nicht in allen Freiheitsgraden "A-F" gewährleistet, müssen aufwendige Ankoppelungsvorrichtungen vorgesehen werden. Deshalb ist es das Bestreben der nachfolgend beschriebenen An koppelvorrichtung, aufwendige Montagen und Justagen, zur exak ten Parallelführung der Transportspindel zu einem spielfrei ge führten Schlitten, zu vermeiden.If the parallelism between spindle 8 and slide 1 is not guaranteed in all degrees of freedom "AF" , complex coupling devices must be provided. Therefore, it is the endeavor of the coupling device described below, complex assemblies and adjustments, for the exact parallel guidance of the transport spindle to a play-free guided slide, to be avoided.

Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen die erfindungsgemäße Vorrichtung von oben, als Vorder- und Seitenansicht. Es sei angenommen, daß eine derartige Ankoppelvorrichtung mit einem Schlitten 1 zur Aufnahme einer Vorlage, innerhalb eines Abtasters (Scanner), oder zum Transport eines lichtempfindlichen Materials, bei spielsweise in einem Fotosatzbelichter, Anwendung findet. Mit 1 soll gleichzeitig der Ort bezeichnet sein, wo ein Material oder eine Vorlage plaziert werden kann. Figs. 2, 3 and 4 show the device of the invention from above, as front and side views. It is assumed that such a coupling device with a carriage 1 for receiving an original, within a scanner (scanner), or for transporting a light-sensitive material, for example in a photosetter, is used. 1 is also intended to denote the location where a material or a template can be placed.

Ein Schlitten 1 wird, mittels gegenüberliegend angeordne ter Rollenpaare 2, in senkrechter Richtung auf Schienen 4 ge führt. Die Schienen 4 sind fest mit dem Geräterahmen 3 verbunden. Insgesamt ist also der Schlitten in dieser ersten Richtung durch acht Rollen 2 geführt. Für die seitliche Führung des Schlittens 1 ist eine Flachschiene 5 mittig zum Geräterah men 3 an diesem angebracht. Der Schlitten 1 hat, jeweils rechts und links der Flachschiene 5, Ausleger 6, welche an ihrem unte ren Ende Rollen 7 besitzen. Diese Rollen 7 übernehmen, über die Schiene 5, die exakte geradlinige Führung des Schlittens 1. Zwischen den beiden Auslegern 6 ist die Spindel 8 angeordnet, welche auch am Rahmen 3 drehbar befestigt ist (Fig. 4) und mit tels eines, nicht näher dargestellten, Antriebes gedreht werden kann. Mit der Spindel 8 ist eine Mutter 9 spielfrei verbunden, wobei durch die Drehbewegung der Spindel 8 die Mutter in wech selseitiger Richtung auf der Spindel bewegt werden kann. Auf der Mutter 9 ist eine Platte 12 befestigt, von welcher ein Steg 13 aufwärts, in eine Aussparung 11 des Schlittens 1, hineinragt. Dieser Steg 13 ist in Fig. 3 nur angedeutet. Der Steg 13 besitzt, an seiner Stirnseite 14, eine zentrische Sen kung 15 für die Aufnahme einer Kugel 16.A carriage 1 is, by means of oppositely arranged ter pairs of rollers 2 , leads in the vertical direction on rails 4 ge. The rails 4 are firmly connected to the device frame 3 . Overall, the carriage is guided by eight rollers 2 in this first direction. For the lateral guidance of the carriage 1 , a flat rail 5 is attached centrally to the device frame 3 on this. The carriage 1 has, respectively right and left of the flat rail 5 , boom 6 , which have rollers 7 at their lower end. These rollers 7 take over, via the rail 5 , the exact linear guidance of the carriage 1 . Between the two arms 6 , the spindle 8 is arranged, which is also rotatably attached to the frame 3 ( Fig. 4) and can be rotated by means of a drive, not shown. With the spindle 8 , a nut 9 is connected without play, the nut 8 being able to be moved in alternating directions on the spindle by the rotational movement of the spindle 8 . A plate 12 is fastened on the nut 9 , from which a web 13 projects upwards into a recess 11 in the carriage 1 . This web 13 is only hinted at in FIG. 3. The web 13 has, on its end face 14 , a central Sen 15 for receiving a ball 16th

Im Schlitten 1 ist, innerhalb der Aussparung 11, eine zweite Platte 17 angebracht, die ebenfalls auf ihrem Rücken einen Steg 18 trägt, welcher an seiner Stirnseite 19 einen keilförmigen Schlitz 20 besitzt. In diesen Keilschlitz 20 greift ebenfalls die Kugel 16 ein. Jeweils in dem Rücken 18 der Platte 17 und dem Rücken 13 der Platte 12 sind Stifte 22 befestigt, an denen Zugfedern 21 somit den Schlitten 1 zur Spindelmutter 9 verbinden.In the carriage 1 , a second plate 17 is attached, within the recess 11 , which also carries a web 18 on its back, which has a wedge-shaped slot 20 on its end face 19 . The ball 16 also engages in this wedge slot 20 . In each case in the back 18 of the plate 17 and the back 13 of the plate 12 , pins 22 are fastened, on which tension springs 21 thus connect the slide 1 to the spindle nut 9 .

Der keilförmige Schlitz 20 und auch die Senkung 15 sind aus dauerfestem Material hergestellt und mit entsprechend glatter Oberfläche versehen, so daß sich die Kugel 16 nicht eindrücken kann.The wedge-shaped slot 20 and the countersink 15 are made of durable material and provided with a correspondingly smooth surface, so that the ball 16 can not impress.

Die Funktionsweise der bisher beschriebenen Vorrichtung ergibt, daß gemäß Fig. 1 und 2 eine formschlüssige Mitnahme des Schlittens 1 in Achsrichtung "E" erfolgt, so daß diese Verbin dung keinen Freiheitsgrad zuläßt. Eine Relativbewegung, zwischen Spindelmutter 9 und Schlitten 1, kann hierbei in dieser Richtung "E" nicht stattfinden.The operation of the device described so far shows that, according to FIGS. 1 and 2, the carriage 1 is positively entrained in the axial direction “E” , so that this connection does not permit any degree of freedom. A relative movement between the spindle nut 9 and the slide 1 cannot take place in this direction "E" .

Wird dagegen die Spindelmutter 9, wie in Fig. 2 mit "A" bezeich net, ausgelenkt, so kann sich der gesamte Schlitten um den Kugelmittelpunkt drehen, so daß keine Zwangsbewegung auf den Schlitten 1 übertragen wird. Das gleiche gilt für eine mögliche Pendelbewegung "B" der Mutter 9 (Fig. 4), ebenso wie die Auslen kungen in "C" und "D" gemäß Fig. 3. Bei Auslenkung der Spindel mutter 9 oder der Spindel in Richtung "C" oder "D" kann, außer der Drehbewegung um den Kugelmittelpunkt, auch noch eine Längs bewegung der Spindelmutter, in Richtung des Schlitzes 20, stattfinden.If, however, the spindle nut 9 , as designated in FIG. 2 with "A" , is deflected, the entire slide can rotate about the center of the ball, so that no forced movement is transmitted to the slide 1 . The same applies to a possible pendulum movement "B" of the nut 9 ( Fig. 4), as well as the deflections in "C" and "D" according to Fig. 3. When deflecting the spindle nut 9 or the spindle in the direction "C " or " D " , in addition to the rotational movement around the center of the ball, also a longitudinal movement of the spindle nut, in the direction of the slot 20 , take place.

Der Vorteil der vorher beschriebenen Vorrichtung besteht überwiegend darin, daß jegliche Unparallelität zwischen den Führungen 4 und 5, des Schlittens 1, zu den Lagerpunkten der Spindel 8, keine zwangsweise Lageveränderung des Schlittens 1 herbeiführen kann. Auch sind Pendelbewegungen, der Spindelmut ter 9, sowie Durchbiegungen der Spindelachse 8, für die exakte Führung des Schlittens 1 unschädlich.The advantage of the device described above consists predominantly in the fact that any non-parallelism between the guides 4 and 5 , the carriage 1 , to the bearing points of the spindle 8 , cannot bring about a forced change in the position of the carriage 1 . Also pendulum movements, the Spindelmut ter 9 , and deflections of the spindle axis 8 , for the exact guidance of the carriage 1 are harmless.

Claims

1. A device for coupling a linearly movable carriage to a rotatable spindle, characterized in that the carriage ( 1 ), by means of a rotating device ( 16 ), only in its transport directions, free of play and rigidly connected to the spindle nut ( 9 ).

2. Device according to claim 1, characterized in that the rotating device is a ball ( 16 ).

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the ball ( 16 ) between the carriage ( 1 ) and spindle nut ( 9 ) is arranged, the carriage and spindle nut being held against one another via tension springs ( 21 ).

4. Device according to the preceding claims, characterized in that two tension springs ( 21 ) are arranged on the opposite sides and centrally to the ball ( 16 ).

5. Device according to the preceding claims, characterized in that the spindle nut ( 9 ) has a, in the recess ( 11 ) of the carriage ( 1 ), projecting web ( 13 ) in which there is a depression ( 15 ) for receiving the Ball ( 16 ) is located.

6. Device according to the preceding claims, characterized in that in the carriage ( 1 ) in the direction of spin delmutter ( 9 ) extending wedge-shaped slot ( 20 ) is present.