DE68905624T2

DE68905624T2 - Tischausruestung.

Info

Publication number: DE68905624T2
Application number: DE8989100820T
Authority: DE
Inventors: Mitsuo Sumiya; Katsunobu Ueda
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-02-02
Filing date: 1989-01-18
Publication date: 1993-07-29
Anticipated expiration: 2009-01-19
Also published as: JPH01199740A; EP0326859A2; KR890012747A; EP0326859B1; US4958815A; DE68905624D1; JPH0523891B2; EP0326859A3; KR930004838B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Tischausrüstung bzw. -anordnung mit einem Tisch, der sich auf einer zur Horizontalebene geneigten Linie bewegt bzw. verschiebt.
Die bei Werkzeugmaschinen oder anderen Maschinen verwendete Tischanordnung weist im allgemeinen einen längs einer Horizontalebene verschiebbaren Tisch auf.
Für einige Maschinenbearbeitungsmethaden ist eine Art einer Tischanordnung mit einem Tisch, der in der Vertikalrichtung verschiebbar ist, erforderlich.
Wenn der Tisch in der Vertikalrichtung bewegt bzw. verschoben wird, ändert sich die Antriebskraft zum Verschieben des Tisches mit dessen Bewegungsrichtung, weil der Tisch dem Einfluß der Schwerkraftbeschleunigung unterworfen ist. Genauer gesagt: zum Hochfahren des verschiebbaren Tisches ist eine Antriebskraft entsprechend der Reibungskraft plus seiner Schwere erforderlich. Für das Herabfahren des Tisches ist eine Antriebskraft entsprechend der Reibungskraft, abzüglich seiner Schwere, nötig.
Die Tischanordnung benötigt daher einen Motor, der eine zum Hochfahren des Tisches ausreichende Ausgangs- bzw. Antriebskraft liefert. Je größer die Antriebskraft des Motors ist, um so größer und kostenaufwendiger ist der Motor. Die Tischanordnung muß unvermeidbar insgesamt ziemlich groß und vergleichsweise kostenaufwendig sein. Ein Motor, der eine große Antriebskraft erzeugt, besitzt in seinem Betrieb eine große Trägheit und ein mangelhaftes Ansprechen auf Betätigungssignale. Aus diesem Grund ist es (dabei) unmöglich, den verschiebbaren Tisch mit hoher Geschwindigkeit zu positionieren.
Außerdem ist es schwierig, den Betrieb des Antriebsmotors genau zu steuern, weil sich die Belastung oder Last am Motor beim Hoch- und Herab fahren des verschiebbaren Tisches ändert. Wenn beispielsweise ein Gleichstron-Servomotor als Antriebsmotor eingesetzt wird, ist es nötig, die Verstärkung der Regelschleife in der Regel- oder Steuervorrichtung, etwa einem Servoverstärker, entsprechend der Bewegungsrichtung des verschiebbaren Tisches zu ändern. Eine solche Regelung ist äußerst schwierig, wenn der verschiebbare Tisch mit hoher Geschwindigkeit bewegt oder verfahren und in kurzen Zyklen bzw. Takten positioniert wird.
Eine Tischanordnung, welche das obige Problem löst, ist in den JP-OSen 62-68207, 62-68208, 62-68209 und 62-68210, sämtlich von der Anmelderin der vorliegenden Anmeldung eingereicht, offenbart. Außerdem ist eine solche Tischanordnung aus der DE-C-633 122, welche den am nächsten kommenden Stand der Technik repräsentiert, bekannt. Bei jeder dieser Veröffentlichungen ist ein verschiebbarer Tisch mit einem seinem Gesamtgewicht entsprechenden Gegengewicht in der Weise verbunden, daß das Gegengewicht lotrecht bewegbar ist, wodurch der Einfluß der auf den verschiebbaren Tisch wirkenden Schwerkraft oder Schwere aufgehoben wird. Hierdurch wird es möglich, den verschiebbaren Tisch mit hoher Geschwindigkeit und in Kurzzeit-Takten genau zu positionieren.
Beijeder der obigen Erfindungen besitzt jedoch die Anordnung eine große Gesamtgröße, weil das Gewicht des Gegengewichts dem des verschiebbaren Tisches und der daran befestigten Elemente gleich sein muß.
Diese Erfindung ist mit dem Ziel der Lösung der oben geschilderten Probleme entwickelt worden; ihre Aufgabe ist die Schaffung einer kompakten Tischanordnung, mit welcher ein verschiebbarer Tisch, dessen Bewegungsvektor eine Komponente in der Richtung der Gravitations- oder Schwerkraftbeschleunigung enthält, mit hoher Geschwindigkeit und mit einer vergleichsweise kleinen Antriebskraft verschiebbar oder verfahrbar und außerdem der verschiebbare Tisch genau und in Kurzzeit-Takten positionierbar ist.
Zur Lösung der obigen Aufgabe umf aßt die Tischanordnung: einen Rahmen,
einen relativ zum Rahmen bewegbaren Tisch zum Haltern eines Objekts,
eine Führung zum Führen des Tisches am Rahmen auf einer zur Horizontalebene geneigten Linie,
eine mechanisch mit dem Tisch gekoppelte Antriebskraftquelle zum Antreiben des Tisches längs der Führung, ein mit dem Tisch gekoppeltes Gegengewicht zum Ausbalancieren oder Ausgleichen des Gesamtgewichts des Tisches und des an ihm gehalterten Objekts sowie einen Übertragungsmechanismus zum Koppeln von Gegengewicht und Tisch für das Ausbalancieren oder Ausgleichen des Gesamtgewichts des Tisches und des an ihm gehalterten Objekts, wobei das Gegengewicht leichter ist als das Gesamtgewicht, wobei der Übertragungsmechanismus eine am Rahmen angebaute vertikale Fluidkammer zum Dämpfen der durch den Übertragungsmechanismus erzeugten Schwingung aufweist, welche Fluidkammer ein viskoses Fluid zum bewegbaren Aufnehmen des Gegengewichts enthält, um damit den Tisch sich gleichmäßig bzw. ruhig bewegen zu lassen.
In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung umfaßt die Kraftanlegeeinrichtung langgestreckte flexible Elemente und Seilscheibenmechanismen zum Führen der flexiblen Elemente, wobei das flexible Element mit einem ersten Teil desselben mit dem Gegengewicht und mit einem zweiten Teil mit dem verschiebbaren Tisch verbunden ist. Infolgedessen kann die Kraftanlegeeineinrichtung kompakt und mit vergleichsweise einfacher Konstruktion geformt sein.
Die anderen Merkmale und Vorteile dieser Erfindung ergeben sich ohne weiteres aus der folgenden genauen Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen.
Ein besseres Verständnis dieser Erfindung ergibt sich aus der folgenden genauen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht der Tischanordnung gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung,
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht, in Richtung der Linie (bzw. Pfeile) II-II in Fig. 1 gesehen,
Fig. 3 eine schematische Draufsicht, in Richtung der Linie (bzw. Pfeile) III-III in Fig. 1 gesehen, und
Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Prinzips der Kraftanlegeeinrichtung.
Gemäß den Fig. 1 und 2 weist die Tischausrüstung oder -anordnung gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung einen Rahmen 1 auf; am Rahmen 1 ist ein verschiebbarer Tisch 2 so gelagert, daß er in Vertikalrichtung verfahrbar ist.
Gemäß Fig. 3 ist dieser verschiebbare Tisch 2 durch eine Vertikalführung 3 geführt, die bei dieser Ausführungsform durch ein hydrostatisches Lager gebildet ist. Das die Führung 3 bildende hydrostatische Lager weist zwischen der Führungfläche des Rahmens 1 und der Gleitfläche des Tisches 2 eine Tasche auf, in welche von einer (nicht dargestellten) Druckfluidquelle her ein Druckfluid eingespeist und damit der verschiebbare Tisch 2 vertikal bzw. lotrecht verfahren wird. Die Tasche 3a dieses hydrostatischen Lagers ist flüssigkeitsdicht abgedichtet.
Der Tisch 2 ist antriebsmäßig über eine Verbindungseinrichtung mit der Antriebskraftquelle verbunden.
Gemäß Fig. 1 umfaßt die Verbindungseinrichtung ein Schraubspindel-Aufnahmeglied 5, das im Tisch 2 vorgesehen ist, und eine Antriebs-Schraubspindel 4, die über ein Schraubspindellager 6 im Rahmen 1 drehbar gelagert ist und in Antriebs- oder Mitnahmeeingriff mit dem Schraubspindel-Aufnahmeglied 5 steht. Bei dieser Ausführungsform ist die Antriebs-Schraubspindel 4 unmittelbar mit einem Gleichstrommotor als Antriebskraftquelle verbunden. Der Antriebsmotor 7 wird durch einen Tachometergenerator (Drehzahlgeber) 8 gesteuert. Wenn sich der Antriebsmotor 7 unter der Steuerung seines Betriebs durch den Tachometergenerator 8 dreht, wird der verschiebbare Tisch 2 über die Antriebs-Schraubspindel 4 und das Schraubspindel-Aufnahmeglied 5 lotrecht verfahren.
Der Drehwinkel der Antriebs-Schraubspindel 4 wird durch einen über eine Kupplung 9 mit dem Antriebsmotor und dem Tachometergenerator 8 verbundenen Drehstellungsgeber 10 erfaßt. Drehrichtung und -winkel des Antriebsmotors 7 werden oder sind durch ein (nicht dargestelltes) Antriebssteuersystem so gewählt, daß der verschiebbare Tisch 2 in eine hochgefahrene Stellung a, eine Mittelstellung b und eine herabgefahrene Stellung c gemäß Fig. 2 verfahrbar ist. Die Bewegungs- oder Verschiebestellung des verschiebbaren Tisches 2 wird durch einen Linearstellungsgeber 12 erfaßt. Die durch den Linearstellungsgeber 12 erfaßte Stellungsinformation des verschiebbaren Tisches 2 wird dem erwähnten Antriebssteuersystem zugespeist.
Andererseits ist mit dem verschiebbaren Tisch 2 eine Kraftbeaufschlagungs- oder Kraftanlegeeinrichtung verbunden, die dazu dient, auf den verschiebbaren Tisch 2 eine Kraft auszuüben, die - in entgegengesetzter Richtung wirkend - die Kraft ausgleicht, die durch die Schwerkraftbeschleunigung des Gesamtgewichts des verschiebbaren Tisches 2 und anderer, an ihm montierter Elemente, z.B. Schraubspindel-Aufnahmeglied 5 und zu verschiebender Gegenstand, bewirkt wird.
Gemäß den Fig. 1 und 3 sind bei dieser Ausführungsform zwei Scheibenmechanismen 13 an der oberen linken Seite und der oberen rechten Seite (gemäß den Fig. 1 und 3) des Rahmens 1, Gegengewichte 14 und langgestreckte flexible Elemente, welche den verschiebbaren Tisch 2 mit den Gegengewichten 14 verbinden, vorgesehen.
Gemäß Fig. 4, welche das Prinzip der Kraftanlegeeinrichtung schematisch veranschaulicht, umfassen die Seilscheibenmechanismen 13 jeweils zwei abgestufte Seilscheiben 15 und 16, die in einer oberen Position am Rahmen angebracht und in Vorwärts/Rückwärtsrichtung aufeinander ausgerichtet sind. Gemäß Fig. 4 ist ein erstes flexibles Drahtseil 19, das am einen Ende mit dem verschiebbaren Tisch 2 verbunden ist, um einen Abschnitt 17 eines kleinen Durchmessers der abgestuften Seilscheibe 15 an der linken Seite gemäß Fig. 4 herumgelegt und mit dem anderen Ende an einem Abschnitt 18 kleinen Durchmessers der rechten abgestuften Seilscheibe 16 befestigt. Infolgedessen drehen sich die abgestuften Seilscheiben 15 und 16 gleichzeitig, wenn die Abschnitte kleineren Durchmessers bzw. dünneren Abschnitte 17 und 18 durch das erste Drahtseil 19 angetrieben werden. Ein am einen Ende mit dem Gegengewicht 14 verbundenes Drahtseil 22 ist um den Abschnitt 20 großen Durchmessers der rechten abgestuften Seilscheibe 16 herumgelegt und mit dem anderen Ende an diesem Abschnitt großen Durchmessers bzw. großen Abschnitt 20 befestigt.
Diese Seilscheiben 15 und 16 sind in der oberen Position des Rahmens 1 an Lagerplatten 25 drehbar gelagert.
Gemäß Fig. 2 sind an der Oberseite des Gegengewichts 14 Leitplatten 27 montiert. In jeder Leitplatte 17 ist eine Leitbohrung 26 ausgebildet, in welche eine Leitstange 28 eingesetzt ist, die ihrerseits am Rahmen 1 befestigt ist und sich in Vertikalrichtung erstreckt. Das Gegengewicht 14 wird daher bei seiner Aufwärts- und Abwärtsbewegung durch die Leitstange 28 so geführt, daß es an einer Schwingung gehindert wird.
Wenn das Gesamtgewicht des gesamten verschiebbaren Tisches 2, d.h. des verschiebbaren Tisches 2 (selbst) und der daran montierten Elemente, mit WT, das Gewicht des Gegengewichts 14 mit Ww, der Radius der den kleinen Durchmesser besitzenden Seilscheibe 18 mit r1 und der Radius der den großen Durchmesser besitzenden Seilscheibe 20 mit r2 bezeichnet werden, wird oder ist im Seilscheibenmechanismus 13 die folgende Gleichung gegeben:
WT r1 = Ww r2
Wenn beispielsweise angenommen wird, daß der Radius r1 der genannten Seilscheibe 18 gleich 22 mm und der Radius r2 der den großen Durchmesser besitzenden Seilscheibe 20 gleich 55 mm sind, dürfte zwischen WT und Ww die folgende Beziehung bestehen:
Ww = (2/5) WT
Infolgedessen kann das Gewicht Ww des Gegengewichts 14 kleiner sein als das Gesamtgewicht WT des verschiebbaren Tisches 2.
Die oben beschriebene Tischanordnung ist für Werkzeugmaschinen, wie Fräsmaschinen, verwendbar. Außerdem ist sie für die Tischausrüstung und -anordnung von Halbleiterplättchen-Justiervorrichtungen verwendbar. Wenn diese Tischanordnung für eine Halbleiterplättchen-Justiervorrichtung benutzt wird, wird oder ist eine Aufspannbasis 2a zum Aufspannen eines Halbleiterplättchens am verschiebbaren Tisch 2 in betrieblicher Beziehung zu einer Justiervorrichtung fixiert.
Bei der vorstehend beschriebenen Tischanordnung wird das Gesamtgewicht des verschiebbaren Tisches 2 und der daran montierten Elemente über den Seilsdheibenmechanismus 13 mit dem Gegengewicht 14 ausbalanciert bzw. ausgeglichen. Wenn der verschiebbare Tisch aufwärts verfahren wird, wobei eine Last aufgrund der Schwerkraftbeschleunigung in seiner Bewegungsrichtung wirkt, wird daher die Last durch das Gegengewicht 14 ausgeglichen bzw. aufgehoben. Beim Herabfahren des verschiebbaren Tisches 4 wirkt die Last aufgrund der Schwerkraftbeschleunigung auf das Gegengewicht 14 ein, doch wird diese Last durch die Last des sich in entgegengesetzter Richtung bewegenden verschiebbaren Tisches 2 aufgehoben. Infolgedessen ist beim Hoch- oder Herabfahren des verschiebbaren Tisches 2 der Einfluß der Schwerkraftbeschleunigung stets ausgeschaltet. Damit ist es möglich, den verschiebbaren Tisch 2 mit einer kleinen Kraft jeweils gleicher Größe sowohl beim Hoch- als auch beim Herabfahren desselben zu bewegen.
Gemäß dieser Erfindung ist es daher nicht nötig, einen kostenaufwendigen Antriebsmotor höher Ausgangsleistung zu verwenden, um eine beim Hochfahren des verschiebbaren Tisches 2 auftretende große Last oder Belastung zu berücksichtigen. Dabei kann ein Gegengewicht 14 einer geringen Größe verwendet werden. Die Tischanordnung ist infolgedessen mit kompakten Abmessungen und niedrigen Kosten herstellbar. Bei Verwendung eines Motors mit einer Leistung zur Erzeugung einer großen Antriebskraft macht es im allgemeinen die große Trägheit im Betrieb und die niedrige Ansprechgeschwindigkeit eines derartigen Motors unmöglich, den verschiebbaren Tisch mit hoher Geschwindigkeit zu positionieren. Bei der Tischanordnung gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform kann dagegen als Antriebskraftquelle ein Motor einer vergleichsweise kleinen Antriebskraft benutzt werden. Da weiterhin die Anstiegscharakteristik oder -kennlinie des Motors auch bei Ånderung seiner Drehrichtung gleich groß gehalten werden kann, läßt sich der Motorbetrieb einfach steuern, so daß demzufolge die Tischanordnung genau und mit hoher Geschwindigkeit betätigbar ist.
Da ferner die Kraftanlegeeinrichtung der oben beschriebenen Tischanordnung den Seilscheibenmechanismus 13 aufweist, welcher den verschiebbaren Tisch mit dem Gegengewicht 14 über die Drahtseile 19 und 20 ausbalanciert, kann die Anordnung oder Einrichtung kompakt und einfach aufgebaut sein. Bei der in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsform enthält jeder Seilscheibenmechanismus 13 zwei abgestufte Seilscheiben 15 und 16, doch kann anstelle der abgestuften Seilscheiben auch ein geeigneter (anderer) Mechanismus, etwa in Form von Differentialseilscheiben, verwendet werden.
Gemäß Fig. 2 ist es möglich, in den Rahmen 1 eine ein viskoses Fluid (Strömungsmittel) enthaltende Fluidkammer 1a einzubauen und das Gegengewicht 14 sich im Fluid in dieser Kammer bewegen zu lassen. In diesem Fall ist es zweckmäßig, einen Zwischenraum zwischen dem Gegengewicht und den Innenwänden der Fluidkainmer 1a vorzusehen, um damit sicherzustellen, daß sich das Fluid bei der Bewegung des Gegengewichts 14 durch den Raum bewegen kann. Wenn Gegengewicht 14 und Fluidkammer 1a auf oben beschriebene Weise ausgebildet sind, wirken sie als Fluiddämpfer bei der Bewegung des Gegengewichts 14 in der Fluidkammer 1a, wodurch Schwingung des Gegengewichts 14 und des Drahtseils 22 bei der Aufwärts- und Abwärtsbewegung des Gegengewichts 14 verringert oder verhindert und eine gleichmäßige bzw. zügige Bewegung des verschiebbaren Tisches 2 ermöglicht wird.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist als Antriebskraftquelle ein Gleichstrom-Servomotor 7 vorgesehen, doch kann auch eine geeignete (andere) Antriebskraftquelle, etwa ein Linearmotor oder ein gewöhnlicher Friktionsantriebsmechanismus, verwendet werden.
Obgleich sich der verschiebbare Tisch 2 bei der oben beschriebenen Tischanordnung lotrecht oder vertikal bewegt, ist diese Erfindung ersichtlicherweise auch auf eine Tischanordnung mit einem verschiebbaren Tisch anwendbar, der sich mit einer Neigung bzw. schräg zur Vertikalrichtung verschiebt.
Es ist darauf hinzuweisen, daß diese Erfindung nicht auf die obige bevorzugte Ausführungsform beschränkt ist, sondern zahlreiche offensichtliche Anderungen und Abwandlungen der Erfindung möglich sind, ohne vom Rahmen der beigefügten Ansprüche abzuweichen.

Claims

1. Tischanordnung mit einem Tisch zum Haltern eines Objekts, umfassend:

einen Rahmen (1),

einen relativ zum Rahmen (1) bewegbaren Tisch (2) zum Haltern eines Objekts,

eine Führung (3) zum Führen des Tisches (2) am Rahmen (1) auf einer zur Horizontalebene geneigten Linie,

eine mechanisch mit dem Tisch (2) gekoppelte Antriebskraftquelle (7) zum Antreiben des Tisches (2) längs der Führung (3),

ein mit dem Tisch (2) gekoppeltes Gegengewicht (14) zum Ausbalancieren oder Ausgleichen des Gesamtgewichts des Tisches (2) und des an ihm gehalterten Objekts sowie

einen Übertragungsmechanismus (15, 16, 19, 20, 1a) zum Koppeln von Gegengewicht (14) und Tisch (2) für das Ausbalancieren oder Ausgleichen des Gesamtgewichts des Tisches (2) und des an ihm gehalterten Objekts, wobei das Gegengewicht (14) leichter ist als das Gesamtgewicht,

dadurch gekennzeichnet, daß

der Übertragungsmechanismus (15, 16, 19, 20, 1a) eine am Rahmen (1) angebaute vertikale Fluidkammer (1a) zum Dämpfen der durch den Übertragungsmechanismus (15, 16, 19, 20, 1a) erzeugten Schwingung aufweist, welche Fluidkammer ein viskoses Fluid zum bewegbaren Aufnehmen des Gegengewichts (14) enthält, um damit den Tisch (2) sich gleichmäßig bzw. ruhig bewegen zu lassen.

2. Tischanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kraftanlegeeinrichtung ein langgestrecktes flexibles Element (19, 20) und einen Seilscheibenmechanismus zum Führen des flexiblen Elements aufweist und das flexible Element ein mit dem Gegengewicht (14) verbundenes erstes Teil (22) sowie ein mit dem Tisch (2) verbundenes zweites Teil (19) aufweist.

3. Tischanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Seilscheibenmechanismus (13) eine Seilscheibe (15, 16) mit einem Abschnitt (20) großen Durchmessers, um den das erste Teil (22) herumgewickelt ist, und einem Abschnitt (17, 18) kleinen Durchmessers, um den das zweite Teil (19) herumgewickelt ist, aufweist und der Abschnitt großen Durchmessers sowie der Abschnitt kleinen Durchmessers gemeinsam miteinander drehbar sind.

4. Tischanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (1) eine sich in lotrechter Richtung erstreckende Leitstange (28) zum Führen des Gegengewichts (14) und das Gegengewicht (14) ein auf der Leitstange (28) verschiebbares Plattenelement (27) aufweisen.

5. Tischanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidkammer (1a) mit solchen Abmessungen geformt ist, daß um das Gegengewicht herum Raum vorhanden ist, durch den das viskose Fluid strömt.

6. Tischanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der verschiebbare Tisch (2) in einer waagerechten Ebene bewegbar ist.

7. Tischanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (1) auf einem waagerechten Tisch verschiebbar gehaltert oder gelagert ist.