DE69712849T2

DE69712849T2 - Höhenverstellung für Positionierungsvorrichtung

Info

Publication number: DE69712849T2
Application number: DE69712849T
Authority: DE
Inventors: Boyette, Jr.; Robert Edward Brown
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1996-10-10
Filing date: 1997-08-22
Publication date: 2003-01-02
Anticipated expiration: 2017-08-23
Also published as: EP0836098A3; EP0836098B1; TW358882B; EP0836098A2; JP3299482B2; KR100240926B1; DE69712849D1; KR19980032202A; US5757159A; JPH10122326A

Description

GRUNDLAGEN DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf ein lineares Betätigungselement, das eine ungewöhnlich große Steifigkeit hat, und insbesondere auf eine starre und leistungsfähige Höhenverstellung, die in einem Positioniersystem, das Verstelleinrichtungen in X- und Y-Richtung enthält, Bewegung in Z-Richtung bereitstellt.

Grundlageninformation

Positioniersysteme werden dafür benutzt, verschiedene Bauelemente über vorbestimmte Bewegungen mit relativ hohen Geschwindigkeiten zu bewegen. Beispielsweise kann ein Positioniersystem dafür benutzt werden, eine oder mehrere Sonden zu positionieren, um zu Schaltungsprüfzwecken Kontakt mit verschiedenen Punkten einer elektronischen Leiterplatte herzustellen. Andererseits werden Positioniersysteme bei Montagevorgängen benutzt, wie etwa dem Zuführen von Bauelementen auf Leiterplatten, um sie einzusetzen, und das Bewegen der Verdrahtungseinrichtung an Ort und Stelle. Eine Anzahl von Mechanismen werden benutzt, um Bewegungen innerhalb einer Ebene bereitzustellen, die üblicherweise als Bewegungen in X- und Y-Richtung innerhalb von Positioniersystemen bezeichnet werden. Diese Ebene ist beispielsweise die Ebene einer Leiterplatte, die mit einer oder mehreren beweglichen Sonden einer Prüfung unterworfen wird. Es ist beispielsweise auch rechtwinklig zu dieser Ebene eine Bewegung in Z-Richtung erforderlich, damit die Sonde von der Leiterplatte abhebt, so dass sie an einen nächsten Prüfpunkt bewegt werden kann. Da die Höhe einer Sonde oder eines anderen Bauelementes über der Leiterplatte gesteuert wird, wird die Verstelleinrichtung für die Z-Richtung oftmals als Höhenverstelleinrichtung bezeichnet. Obgleich im Allgemeinen in Z-Richtung viel weniger Gesamtbewegung als in den X- und Y-Richtungen erforderlich ist, muss eine derartige Bewegung in Z-Richtung schnell und genau sein.
Es werden Leitspindeln dafür benutzt, gesteuerte Bewegungen von Bauelementen bereitzustellen, die innerhalb von verschiedenen Arten von Vorrichtungen positioniert werden. Eine handelsübliche Anwendung dieser Art enthält jedoch eine Leitspindel, die so befestigt ist, dass sie innerhalb eines Lagerpaares ein Wellenpaar dreht, auf dem sich das Bauelement, das bewegt werden soll, innerhalb von Gleitbuchsen bewegt, und eine Mutter, die an dem Bauelement befestigt ist und in welche die Leitspindel eingreift. Da sowohl die Drehachse der Leitspindel als auch der Verschiebungsweg des Bauelementes, das positioniert wird, durch Lager beziehungsweise Buchsen genau einzuhalten sind, ist ein beträchtliches Spiel zwischen dem Außengewinde der Leitspindel und dem Innengewinde der Mutter erforderlich, damit ein Festfahren verhindert wird. Ein derartiges Spiel führt jedoch zu einem Totgang, der beispielsweise zu einer schnellen Bewegung aufgrund des Spiels zwischen der Leitspindel und der Mutter führen kann, wenn die von dem zu positionierenden Bauelement aufgebrachte Belastungskraft ihre Richtung ändert. Weiterhin erfordert der Einsatz von Lagern und Buchsen, dass der Leitspindelmechanismus ziemlich lang ist, sogar in Anwendungen, die relativ geringe Gesamtbewegung erfordern. Beispielsweise ist ein Leitspindelmechanismus, der nur eine Bewegung von einem halben Zoll erzeugt, üblicherweise über zwei Zoll lang (1 Zoll = 0,0254 m).
Bei vielen Anwendungen in Positioniersystemen ist für den Fall rascher Bewegungen eine große Starrheit zwischen dem zu positionierenden Bauteil und dem Rahmen des Systems erforderlich, so dass der bei der Verwendung herkömmlicher Mechanismen mit Leitspindeln auftretende Totgang unannehmbar ist. Zudem sind bei einer Verstelleinrichtung für die Z- Richtung, die von den Verstelleinrichtungen für die X- und Y- Richtung betätigt wird, eine besonders geringe Masse, kleine Abmessungen sowie ein Mechanismus erforderlich, bei dem die Eingabe- und Ausgabeabschnitte dicht beieinander liegen.

Beschreibung des Standes der Technik

US-Patentschrift 5 543 726 beschreibt ein Sondensystem mit einem offenen Portal, das ein Paar von Plattformen in X- und Y-Richtung hat, die auf jeder Seite einer zu prüfenden Leiterplatte beweglich sind. US-Patentschrift 5 467 020 legt eine Spannvorrichtung dar, die in diese Art von Sondensystem eingebaut werden kann, um das Prüfen von Schaltungen auf biegsamen Substraten zu erleichtern.
In der Vorrichtung von US-Patentschrift 5 543 726 wird ein elektromagnetisches Betätigungselement dafür benutzt, Sondenbewegung in Z-Richtung bereitzustellen. Dieses Betätigungselement enthält einen spulenförmig gewickelten Draht, der sich rund um einen Dauermagneten erstreckt, der als zentrale Säule einer Baugruppe ausgebildet ist, welche die Sonde trägt. Um die Sonde zu bewegen, wird durch den Spulendraht elektrischer Strom geschickt. Diese Patentschrift beschreibt auch eine Makrofunktion des 2-Antriebes, die über einen Motor bereitgestellt wird, der einen Nocken bewegt, um Dickendifferenzen in innerhalb der Vorrichtung zu prüfenden Leiterplatten auszugleichen.
US-Patentschrift 4 723 086 beschreibt ein Positioniersystem zum Bewegen einer Plattform zum Anbringen eines Halbleiterwafers, das mit einer Leitspindel und einer spielfreien Mutter für die Grobbewegung der Plattform arbeitet. Ein getrennter doppelter Mechanismus wird für jede der Bewegungen in X- und Y-Achse des Gehäuses und der Plattform für genaues Bewegen benutzt. US-Patentschrift 4 723 086 und US-Patentschrift 4 525 852 legen Anpassung in der 2- Achse dar.
Obwohl für geringe Belastung, wie es diejenige ist, die durch das Bewegen einer einfachen elektrischen Sonde auftritt, wie es in diesen US-Patentschriften dargelegt wird, diese Kombination einer feststehenden Spule und eines beweglichen Dauermagneten sehr gut arbeitet, erfordern andere Anwendungen von Positionierelementen viel größere Belastungen, im Allgemeinen deshalb, weil das in Z-Richtung zu bewegende Bauelement eine größere Masse hat. Für derartige Anwendungen ist eine andere Art von Antrieb erforderlich, der mechanisch Anspruchsvoller ist und eine viel größere Steifigkeit hat, so dass größere Kräfte entwickelt werden können. Ein derartiger Antrieb sollte in der Lage sein, sowohl die Funktionen der Sondenbewegung als auch die eines Makroantriebes in Z-Richtung bereitzustellen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Nach der vorliegenden Erfindung stellen wir ein Betätigungselement zum Bereitstellen gesteuerter Relativbewegung in einer ersten Richtung zwischen einer ersten Plattform und einer zweiten Plattform bereit, wobei das Betätigungselement Folgendes umfasst: ein erstes mit Gewinde versehenes Bauteil, das drehbar auf der ersten Plattform angebracht ist; ein zweites mit Gewinde versehenes Bauteil, das an der zweiten Plattform befestigt ist, das in das erste mit Gewinde versehene Bauteil eingreift; und Antriebsmittel zum Drehen des ersten mit Gewinde versehenen Bauteils; dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsmittel Folgendes umfasst: geradliniges Auflagemittel zwischen der ersten Plattform und der zweiten Plattform, wobei das geradlinige Auflagemittel eine Bewegung der ersten Plattform und der zweiten Plattform in der ersten Richtung zulässt und das Drehen des zweiten mit Gewinde versehenen Bauteiles um eine parallel zu der ersten Richtung liegende Achse verhindert, wobei das lineare Auflagemittel Folgendes enthält: eine Gleitplatte, die für eine Bewegung in der ersten Richtung gleitend an der ersten Plattform befestigt ist; und eine biegsame Verbindung zwischen der Gleitplatte und der zweiten Plattform, die in der ersten Richtung starr und rechtwinklig zu der ersten Richtung relativ biegsam ist.
Weiterhin stellen wir nach der vorliegenden Erfindung ein Positioniersystem bereit, das Folgendes umfasst: eine erste Positioniereinrichtung, die eine erste Plattform und eine zweite Plattform in einer Ebene bewegt, die rechtwinklig zu einer ersten Richtung ist; und ein Betätigungselement, das die zweite Plattform in der ersten Richtung in Bezug auf die erste Plattform bewegt, wobei das Betätigungselement Folgendes enthält: ein erstes mit Gewinde versehenes Bauteil, das auf der ersten Plattform drehbar angebracht ist; ein zweites mit Gewinde versehenes Bauteil, das an der zweiten Plattform befestigt ist und das in das erste mit Gewinde versehene Bauteil eingreift; und Antriebsmittel zum Drehen des ersten mit Gewinde versehenen Bauteils; dadurch gekennzeichnet, dass das Positioniersystem Folgendes umfasst: eine zweite Positioniereinrichtung, die an der zweiten Plattform befestigt ist, die eine Sonde in der Ebene bewegt, die rechtwinklig zu der ersten Richtung liegt; und wobei das Betätigungselement weiterhin Folgendes umfasst: ein geradliniges Auflagemittel zwischen der ersten Plattform und der zweiten Plattform, wobei das geradlinige Auflagemittel eine Bewegung der ersten Plattform und der zweiten Plattform in der ersten Richtung zulässt und das Drehen des zweiten mit Gewinde versehenen Bauteils um eine Achse verhindert, die parallel zu der ersten Richtung verläuft; wobei das geradlinige Auflagemittel Folgendes enthält: ein starres Gleitelement, das für eine Bewegung in der ersten Richtung gleitend an der ersten Plattform befestigt ist; und eine biegsame Verbindung zwischen dem starren Gleitelement und der zweiten Plattform, die in der ersten Richtung relativ starr und rechtwinklig zu der ersten Richtung relativ biegsam ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Draufsicht eines Betätigungselementes, das nach der vorliegenden Erfindung als Höhenverstellung in einem Positioniersystem aufgebaut ist;
Fig. 2 ist eine senkrechte Schnittdarstellung des Betätigungselementes von Fig. 1, wie sie durch die Schnittlinien II-II in Fig. 1 angezeigt wird; und
Fig. 3 ist eine Übersichtsdarstellung eines Positioniersystems, welches das Betätigungselement von Fig. 1 benutzt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

Fig. 1 und 2 zeigen ein Betätigungselement 10, das nach der vorliegenden Erfindung als Höhenverstellung in einem Positioniersystem aufgebaut ist, wobei Fig. 1 eine Draufsicht davon ist und wobei Fig. 2 eine senkrechte Schnittdarstellung davon ist, die so dargestellt ist, wie es durch die Schnittlinien II-II in Fig. 1 angezeigt wird.
Unter gleichzeitiger Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 erstreckt sich das Betätigungselement 10 im Allgemeinen zwischen einer Eingabeplattform 12 und einer Ausgabeplattform 14. In diesem Zusammenhang stellt die Eingabeplattform 12 einen Bezugsrahmen bereit, an dem das Betätigungselement befestigt ist.
Beispielsweise kann die Eingabeplattform 12 am Wagen eines X- Y-Positioniersystems von der Art befestigt sein, wie es in US- Patentschrift 5 543 726 beschrieben ist, das für Bewegung innerhalb einer Ebene in den Richtungen sorgt, die durch die Pfeile 16, 18 angezeigt werden. In diesem Beispiel stellt die Ausgabeplattform 14 eine Last dar, die in den X-Richtungen von Pfeil 16 und den Y-Richtungen von Pfeil 18 durch den Mechanismus (nicht gezeigt) angetrieben wird, der die Eingabeplattform 12 über das Betätigungselement 10 und in der Z-Richtung von Pfeil 20 durch Bewegung antreibt, die innerhalb des Betätigungselementes 10 erfolgt.
Fig. 3 ist eine Übersichtsdarstellung eines Positioniersystems, das eine Höhenverstellung (oder ein Betätigungselement) 10 enthält, das nach der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1, 2 und 3 bewegt in dem Beispiel von Fig. 3 eine erste X-Y-Positioniereinrichtung 21 das Betätigungselement 10 in der X- und Y-Richtung der Pfeile 16, 18. Das Betätigungselement 10 fügt eine Bewegung in Z-Richtung hinzu, die einer resultierenden Bewegung hinzugefügt wird, die als Eingabe an eine zweite X-Y-Positioniereinrichtung 21a bereitgestellt wird. Die Ausgabe der zweiten X-Y- Positioniereinrichtung 21a wird als Eingabe an eine zweite Höhenverstellung 21b bereitgestellt, an der eine Sonde (nicht gezeigt) befestigt ist. Die erste X-Y-Positioniereinrichtung wird so betrieben, dass sie relativ lange Bewegungen in den Richtungen der Pfeile 16, 18 bewirkt, die durch das Bewegen von Eingabeplattform 12 durch ein erstes X-Y-Positioniersystem relativ langsam bewerkstelligt werden. Relativ kurze Bewegungen in den Richtungen der Pfeile 16, 18 werden relativ schnell über das Bewegen eines zweiten X-Y-Positioniersystems 21a bewerkstelligt, das sich von der Ausgabeplattform 14 nach unten bewegt. In dieser Art System sind aufgrund der relativ großen Masse eines zweiten X-Y-Positioniersystems die Steifigkeit und die Kraft des Betätigungselementes 10 besonders wichtig. Andererseits kann die zweite Höhenverstellung 21b relativ leicht sein, da die von ihr zu bewegende Sonde leicht ist.
Wenn ein derartiges System dafür benutzt wird, eine Sonde zu positionieren, die eine Leiterplatte prüft, werden lange Bewegungen von einem Abschnitt der Karte zu einem anderen unter Verwendung des ersten X-Y-Positioniersystems vorgenommen, das an der Eingabeplattform 12 befestigt ist, während kurze Bewegungen innerhalb eines einzigen Abschnittes der Karte unter Verwendung des zweiten X-Y-Positioniersystems vorgenommen werden, das sich von Ausgabeplattform 14 nach unten bewegt. Da Prüfvorgänge dieser Art so angeordnet werden können, dass sie viel mehr kurze Bewegungen als lange Bewegungen bereitstellen, kann eine Strategie dieser Art die Zeitspanne beträchtlich vermindern, die für den gesamten Prüfvorgang in Anspruch genommen wird.
In dieser Anwendung erzeugt die zweite Höhenverstellung 21b alle Bewegungen, die dafür notwendig sind, die Sonde (nicht gezeigt) mit der Leiterplatte (ebenfalls nicht gezeigt) zu kontaktieren und von ihr abzuheben. Das Betätigungselement 10 erzeugt Bewegungen in der Z-Richtung von Pfeil 20, um Unterschiede in der Dicke der Leiterplatte auszugleichen und um für den Abstand zu sorgen, der notwendig ist, um die Prüfvorrichtung mit Leiterplatten zu beschicken und diese zu entnehmen.
Wenn die Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 fortgesetzt wird, wird in dem Betätigungselement 10 eine Bewegung zwischen der Ausgabeplattform 14 und der Eingabeplattform 12 dadurch bewerkstelligt, dass eine Antriebsmutter 22 gedreht wird, die sich im Eingriff mit einer Antriebsschraube 24 befindet. Die Antriebsschraube 24 wird mit Hilfe einer unteren Befestigungsplatte 26 an Ausgabeplattform 14 angebracht, und die Antriebsmutter 22 ist mit Hilfe einer Lagerbaugruppe 30 drehbar innerhalb eines Gehäuses 28 angebracht. Das Gehäuse 28 ist über eine obere Befestigungsplatte 32 an der Eingabeplattform 12 angebracht. Die Lagerbaugruppe 30 enthält ein Paar Lager 34, von denen jedes Querrollen 36 hat, die durch ein Paar Abstandshalter 38 voneinander getrennt sind. Lager dieser Art benutzen eine Anordnung von Rollen, die zwischen wechselnden Seiten von V-förmigen Nuten abrollen, um mit minimaler Reibung hohen Belastungen standzuhalten.
Die Antriebsschraube 24 ist hohl, wobei sie einen inneren Hohlraum 37 hat, um die Gesamtmasse des Betätigungselementes 10 zu vermindern. Die Schraube 24 besteht vorzugsweise aus einem rostfreien Stahl vom Typ 416, und die Mutter 22 besteht vorzugsweise aus Phosphorbronze. Keines dieser Materialien erfordert eine Oberflächenbehandlung, die an der mit Gewinde versehenen Grenzfläche zum Festfressen führten könnte. Diese beiden Materialien sind einfach zu bearbeiten, um eine feine Oberflächenqualität zu erreichen, und beide Materialien sind hart, um damit den Verschleiß so gering wie möglich zu halten. Da diese Materialien unterschiedlich sind, wird das Risiko des Festfressens weiter herabgesetzt, und die der Phosphorbronze eigene Schmierwirkung vermindert die Reibung.
Die mechanische Leistung zum Drehen von Antriebsmutter 22 wird über einen Motor 40 bereitgestellt, der ein Antriebszahnrad 42 dreht, das in ein angetriebenes Zahnrad 44 eingreift, das an der Mutter 22 befestigt ist. Das Durchmesserverhältnis zwischen Zahnrädern 42, 44 sorgt für eine mechanische Übersetzung von etwa 5,0, wodurch das für das Drehen der Antriebsmutter 22 erforderliche Moment vermindert wird. Der Motor 40 ist über eine Leiste 46, die als Teil einer senkrechten Befestigungsklammer 48 hervorragt, die ihrerseits an einem aufrecht stehenden Schaftteil 50 der Eingabeplattform 12 angebracht ist, innerhalb von Betätigungselement 10 befestigt. Eine innere Laufbahn 52 einer geradlinigen Auflagebaugruppe 56 ist ebenfalls an der senkrechten Befestigungsklammer 48 angebracht. Die äußere Laufbahn 58 dieser Auflagebaugruppe 56 ist an einer Gleitplatte 60 befestigt, für die es dadurch möglich ist, sich in Z- Richtungen von Pfeil 20 zu bewegen. Diese Auflagebaugruppe 56 benutzt ein Paar von Gruppierungen von Querrollen 62, die zwischen wechselnden Seiten von V-förmigen Nuten abrollen. Die Gleitplatte 60 ist über eine biegsame Blattfeder 64 an der unteren Platte 26 befestigt.
Damit ist das X-Y-Positionieren von Ausgabeplattform 14 in den Richtungen von Pfeilen 16, 18 zusammen mit dem Winkelpositionieren von Ausgabeplatte 14 um eine erste Achse, die parallel zu Pfeil 16 verläuft, und um eine zweite Achse, die parallel zu Pfeil 18 verläuft, durch die Eingriffsbedingungen zwischen Antriebsmutter 22 und Antriebsschraube 24 bestimmt. Um eine genaues Positionieren sicherzustellen, haben die Antriebsmutter 22 und die Antriebsschraube 24 einen großen Durchmesser, eine feine Steigung und eine straff gesteuerte Passungsklasse. Zufriedenstellende Ergebnisse sind mit der Benutzung eines Flankendurchmessers von zwei Zoll, einer Steigung von vierzig Gewindegängen pro Zoll und einer Lauftoleranz von 0,0000127 m (0,0005 Zoll) mit einer Eingriffslänge von 0,03175 m (1,25 Zoll) zwischen der Schraube und der Mutter erreicht worden.
Andererseits wird die Drehung der Ausgabeplattform 14 um eine senkrechte Achse, die parallel zu den Richtungen von Pfeil 20 verläuft, durch ein Verzögerungsmoment verhindert, das durch die geradlinige Auflagebaugruppe 56 über die Gleitplatte 60 und die Blattfeder 64 auf die untere Befestigungsplatte 26 aufgebracht wird. Obwohl die Biegsamkeit der Blattfeder 64 die freie Drehung der Mutter 22 bei gleichzeitigem geringen Spiel zwischen Mutter 22 und Schraube 24 und innerhalb der geradlinigen Auflagebaugruppe 56 zulässt, kann eine vorgegebene Durchbiegung innerhalb der Blattfeder 54 dafür benutzt werden, in einer der Richtungen von Pfeil 16 zwischen Schraube 24 und Mutter 22 eine seitliche Vorspannung aufzubringen. Diese Art von seitlicher Belastung beseitigt Spiel und damit den Totgang, der zwischen Schraube 24 und Mutter 22 auch bei wenig Spiel zwischen beiden verbleibt.
An der Gleitplatte 60 ist weiterhin eine Markierungsklammer 66 befestigt, die einen blockförmigen Markierungsbereich 68 enthält, der sich zwischen Näherungsfühlern 70 erstreckt, die auf einem Vorsprung 72 angebracht sind, der sich von der senkrechten Befestigungsklammer 48 nach außen erstreckt. Die Markierungsbereiche 68 und die Näherungsfühler 70 sind vorzugsweise so angeordnet, dass der erste dieser Fühler 70 ein erstes Ausgabesignal erzeugt, wenn die Antriebsschraube sich dem oberen Ende ihres zulässigen Weges nähert, dass ein zweiter Näherungsfühler 70 ein zweites Ausgabesignal erzeugt, wenn sich die Antriebsschraube 24 dem unteren Ende ihres zulässigen Weges nähert, und dass ein dritter Näherungsfühler ein Ausgabesignal erzeugt, wenn sich die Antriebsschraube 24 einer Ruhestellung nähert. Der Antriebsmotor 40 enthält vorzugsweise auch einen Winkelcodierer, der bei seiner Drehung Impulse erzeugt.
So wird während des Betriebes des Betätigungselementes 10 die Position der Antriebsschraube 24 und damit die senkrechte Position von Ausgabeplattform 14 durch Zählen der Impulse des Winkelcodierers verfolgt, welche die vom Läufer des Motors 10 ausgeführten Umdrehungen anzeigen. Wenn die Antriebsschraube 24 in eine Ruhelage zurückgekehrt ist, wie es durch ein Signal vom dritten Näherungsfühler 70 angezeigt wird, wird der Impulszählstand zurückgesetzt. In Abhängigkeit von der Anwendung kann die Antriebsschraube 24 nach jedem Betrieb oder in regelmäßigen Abständen in die Ruhelage zurückversetzt werden. Die Ruhelage kann sich nahe einem Endpunkt der zulässigen Bewegung der Antriebsschraube oder direkt am Mittelpunkt einer derartigen Bewegung befinden. In jedem Falle wird die Bewegung angehalten, wenn die Ausgabe des ersten oder des zweiten Näherungsfühlers 70 anzeigt, dass eine Annäherung an das Ende eines zulässigen Weges erfolgt, und die Antriebsschraube 24 wird vorzugsweise in die Ruhelage zurückversetzt.
Zwar ist die Blattfeder 64 in ihrer Durchbiegungsrichtung sehr biegsam ist, in Richtungen von Pfeil 20 ist sie jedoch sehr widerstandsfähig gegen Ausdehnung oder Zusammendrücken. Damit folgt die Bewegung von Gleitplatte 60 genau der Bewegung von Ausgabeplattform 14, wodurch genaue Messungen der senkrechten Position von Plattform 14 ermöglicht werden, die unter Verwendung der Markierungsbereiche 68 vorgenommen werden, die an der Platte 60 befestigt sind.
Somit weist eine nach der Erfindung ausgebildete Höhenverstellung eine beträchtliche Leistungsfähigkeit auf, um relativ große Massen zu bewegen; diese wird durch den mechanischen Vorteil des Untersetzungsverhältnisses der Zahnräder 42, 44 und durch die Nutzung des Prinzips einer Spiral- (Gewinde-) Schraube zur Umsetzung einer Dreh- in eine lineare Bewegung erreicht. Es werden gegenüber der Verwendung einer herkömmlichen Führungsspindel deutliche Vorzüge erzielt, die darin bestehen, dass zwischen der Antriebsmutter 22 und der Antriebsschraube 24 ohne Festklemmen ein sehr geringes Spiel erreicht werden kann. Selbst dieses geringe Spiel wird durch seitliche Vorspannung über die Blattfeder 64 beseitigt.

Claims

1. Betätigungselement (10) zum Bewirken gesteuerter Relativbewegung in einer ersten Richtung zwischen einer ersten (12) und einer zweiten Plattform (14), in der das Betätigungselement (10) Folgendes umfasst:

ein erstes mit Gewinde versehenes Bauteil (22), das drehbar auf der ersten Plattform (12) befestigt ist;

ein zweites mit Gewinde versehendes Bauteil (24), das an der zweiten Plattform (14) angebracht ist, die in das erste mit Gewinde versehene Bauteil (22) eingreift; und

Antriebsmittel zum Drehen des ersten mit Gewinde versehenen Bauteils (22);

dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (10) Folgendes umfasst:

geradliniges Auflagemittel zwischen der ersten Plattform (12) und der zweiten Plattform (14), wobei das geradlinige Auflagemittel zwischen der ersten Plattform (12) und der zweiten Plattform (14) in der ersten Richtung Bewegung zulässt und das Drehen des zweiten mit Gewinde versehenen Mittels (24) über eine Achse verhindert, die parallel zu der ersten Richtung ist, wobei das geradlinige Auflagemittel Folgendes enthält:

eine Gleitplatte (60), die für eine Bewegung in der ersten Richtung an der ersten Plattform (12) gleitend befestigt ist; und

eine biegsame Verbindung (64) zwischen der Gleitplatte (60) und der zweiten Plattform (14), die in der ersten Richtung starr und rechtwinklig zu der ersten Richtung eher relativ biegsam ist.

2. Betätigungselement nach Anspruch 1, wobei das Antriebsmittel Folgendes enthält:

einen an der ersten Plattform (12) befestigten Motor (40), der ein Antriebszahnrad (42) dreht; und

einen angetriebenes Zahnrad (44), das an dem ersten mit Gewinde versehenen Bauteil (22) befestigt ist, das in das Antriebszahnrad (42) eingreift.

3. Betätigungselement nach Anspruch 1, wobei die biegsame Verbindung eine Blattfeder (64) enthält, die sich in einer zu der ersten Richtung parallelen Ebene erstreckt.

4. Betätigungselement nach einem beliebigen vorstehenden Anspruch, das zusätzlich eine Vielzahl von Abtastvorrichtungen umfasst, die durch Bewegung der Gleitplatte betätigt werden, um Positionsanzeigen der zweiten Plattform bereitzustellen.

5. Betätigungselement nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, wobei eine Position des zweiten mit Gewinde versehenen Bauteiles entlang einer Ebene, die rechtwinklig zu der ersten Richtung ist, dadurch bestimmt wird, dass mit Gewinde versehene Oberflächen des ersten und des zweiten mit Gewinde versehenen Bauteils ineinander greifen.

6. Betätigungselement nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, wobei die biegsame Verbindung auf das zweite mit Gewinde versehenen Bauteil eine Vorspannkraft in einer Richtung ausübt, die rechtwinklig zu der ersten Richtung ist.

7. Betätigungsmittel nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, wobei das erste mit Gewinde versehene Bauteil eine Mutter ist und das zweite mit Gewinde versehene Bauteil eine Schraube ist.

8. Betätigungsmittel nach Anspruch 7, wobei die Mutter und die Schraube einen Flankendurchmesser von 0,0508 m, eine Steigung von 1575 Gewindegängen pro m und eine Lauftoleranz von 0,0000127 m haben.

9. Positioniersystem, das Folgendes umfasst:

eine erste Positioniervorrichtung, die eine erste Plattform (12) und eine zweite Plattform (14) in einer Ebene bewegt, die rechtwinklig zu einer ersten Richtung ist;

ein Betätigungselement (10), das die zweite Plattform (14) in der ersten Richtung in Bezug auf die erste Plattform (12) bewegt, wobei das Betätigungsmittel (10) Folgendes enthält: ein erstes mit Gewinde versehenes Bauteil (22), das drehbar auf der ersten Plattform (12) befestigt ist; ein zweites mit Gewinde versehenes Bauteil (24), das an der zweiten Plattform (14) angebracht ist, das in das erste mit Gewinde versehene Bauteil (22) eingreift; und ein Antriebsmittel zum Drehen des ersten mit Gewinde versehenen Bauteil (22);

dadurch gekennzeichnet, dass das Positioniersystem eine zweite an der zweiten Plattform (14) angebrachte Positioniervorrichtung umfasst, die eine Sonde in der Ebene bewegt, die rechtwinklig zu der ersten Richtung liegt;

wobei das Betätigungselement (10) weiterhin Folgendes umfasst: geradlinige Auflagemittel zwischen der ersten Plattform (12) und der zweiten Plattform (14), wobei das geradlinige Auflagemittel das Bewegen der ersten Plattform (12) und der zweiten Plattform (14) in der ersten Richtung gestattet und das Drehen des zweiten mit Gewinde versehenen Bauteils (24) um eine Achse verhindert, die parallel zu der ersten Richtung liegt, wobei das geradlinige Auflagemittel Folgendes enthält:

eine Gleitplatte (60), die an der ersten Plattform (12) gleitfähig angebracht ist, damit in der ersten Richtung eine Bewegung erfolgen kann; und

eine biegsame Verbindung (64) zwischen der Gleitplatte (60) und der zweiten Plattform (14), die in der ersten Richtung starr ist und im rechten Winkel zu der ersten Richtung eher relativ biegsam ist.

10. Positioniersystem nach Anspruch 9, wobei das Antriebsmittel Folgendes enthält:

einen an der ersten Plattform befestigten Motor, der ein Antriebszahnrad dreht; und

ein an dem ersten mit Gewinde versehenen Bauteil angebrachtes angetriebenes Zahnrad, das in das Antriebszahnrad eingreift.

11. Positioniersystem nach Anspruch 9, wobei die biegsame Verbindung eine Blattfeder enthält, die sich in einer Ebene erstreckt, die parallel zu der ersten Richtung ist.

12. Positioniersystem nach einem beliebigen der Ansprüche 9 bis 11, das zusätzlich eine Vielzahl von Abtastvorrichtungen umfasst, die durch Bewegen der Gleitplatte betätigt werden, um Positionsanzeigen der zweiten Plattform bereitzustellen.

13. Positioniersystem nach einem beliebigen der Ansprüche 9 bis 12, wobei eine Position des zweiten mit Gewinde versehenen Bauteils entlang einer Ebene, die rechtwinklig zu der ersten Richtung liegt, dadurch festgelegt wird, dass mit Gewinde versehene Oberflächen des ersten und des zweiten mit Gewinde versehenen Bauteils ineinander greifen.

14. Positioniersystem nach einem beliebigen der Ansprüche 9 bis 13, wobei die biegsame Verbindung auf das zweite mit Gewinde versehene Bauteil eine Vorspannkraft in einer Richtung ausübt, die rechtwinklig zu der ersten Richtung liegt.

15. Positioniersystem nach einem beliebigen der Ansprüche 9 bis 14, wobei das erste mit Gewinde versehene Bauteil aus einer Mutter besteht und das zweite mit Gewinde versehene Bauteil aus einer Schraube besteht.

16. Positioniersystem nach Anspruch 15, wobei die Mutter und die Schraube einen Flankendurchmesser von 0,0508 m, eine Gewindesteigung von 1575 Gewindegängen pro m und eine Lauftoleranz von 0,0000127 m haben.