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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen eines Mechanismus
zum Übertragen
von Bewegungen längs
einer vertikalen Achse zum Antreiben eines Tisches in vertikaler
Richtung.
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Mit
zunehmender Präzision
und dem Zunehmen hochgradiger Integration in optischen Einrichtungen,
elektronischen Einrichtungen und dgl. in jüngster Zeit ist eine Präzision in
der Größenordnung von
Nanometern bei den Komponenten erforderlich, die solche Einrichtungen
bilden. Daher ist eine Genauigkeit mit äußerst hoher Auflösung in
den Werkzeugmaschinen, Schrittmotoren, Elektronenstrahl-Zeichenmaschinen
und dgl. erforderlich, die benutzt werden, um diese Hochpräzisions-Komponenten
zu bearbeiten. Im allgemeinen ist es für solche Positionierungsvorrichtungen üblich, dass
sie durch CNC-gesteuerte drehende Servomotoren oder Linearmotoren
gesteuert werden, und in vielen Werkzeugmaschinen, die als Ultrahochpräzisions-Bearbeitungsmaschinen
zum Bearbeiten der obengenannten Hochpräzisions-Komponenten bekannt sind,
werden insbesondere hochauflösende
Servomotoren benutzt, und überdies
werden für
die Führungsoberflächen Luftlager
benutzt.
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Im
allgemeinen ist in einer Werkzeugmaschine, wie einer Bearbeitungsvorrichtung,
ein Werkzeug an einer Spindel angebracht, und ein Werkstück, das von
einem Tisch getragen ist, wird dadurch schneidbearbeitet, dass das
Werkzeug veranlasst wird, sich zu drehen. In diesem Fall ist, um
eine Zustellbewegung für
ein Schneidbearbeiten des Werkstücks durchführen zu
können,
eine vertikale Welle erforderlich, um den Tisch linear in vertikaler
Richtung bezüglich
des Tisches zu bewegen. Für
gewöhnlich
wird ein Spindelkopf veranlasst, sich durch Anbringen eines bewegbaren
Schlittens an einer Führung,
die an einer Säule
oder dgl. befe stigt ist, vertikal zu bewegen. Bei diesem Aufbau
wird das Gewicht der Spindel, des Motors und weiterer Komponenten
zum Antreiben dieser Spindel durch die Säule selbst getragen, und da
die Säule
einen freitragenden Aufbau hat, kann eine Durchbiegung der Säule auftreten,
um dadurch zu einer Senkung der Fertigungspräzision zu führen. Aus diesem Grund ist
ein derartiger Mechanismus für Ultrahochpräzisions-Maschinen
zum Bearbeiten von Ultrahochpräzisions-Komponenten
nicht geeignet.
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Daher
ist in einer Ultrahochpräzisions-Bearbeitungsmaschine
die Spindel, an der das Werkzeug angebracht ist, ortsfest und nicht
in der Lage, vertikale Bewegungen auszuführen, und es ist ein Mechanismus
zum Übertragen
von Bewegungen längs
einer vertikalen Achse zum Durchführen von Zustellbewegungs-Schneidbearbeitungsvorgängen durch
Veranlassen des Tisches, der das Werlstück trägt, vorgesehen, sich in vertikaler
Richtung zu bewegen. Beispielsweise offenbart die Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift
Nr. 86026/1998, die mit dem Oberbegriff des vorliegenden Anspruchs
1 übereinstimmt,
einen Mechanismus zum Übertragen von
Bewegungen längs
einer vertikalen Achse zum Veranlassen eines Tisches, sich direkt
mittels eines Antriebsmotors über
eine Vorbewegungsspindel großen
Durchmesser in vertikaler Richtung zu bewegen.
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Dieser
Mechanismus zum Übertragen
von Bewegungen längs
einer vertikalen Achse hat insofern einen Vorzug, als das Gewicht
auf dem Tisch direkt auf den ganzen Umfang der Vorbewegungsspindel übertragen
wird. Folglich nimmt der Mechanismus keinen freitragenden Zustand
an, und er ist ohne Erfahren irgendwelcher Ausgleichgewichtswirkungen äußerst fein
zu positionieren. Dieser Mechanismus bringt jedoch ein Problem dahingehend
mit sich, dass sich die Tischoberfläche abhängig von der Bewegungsposition
des Tisches neigen kann und dass es unmöglich ist, eine horizontale
Lage aufrechtzuerhalten, die für
die Fertigungsgenauigkeit einer Schrau be und einer Mutter in dem
Vorbewegungsspindel-Mechanismus erforderlich ist. In anderen Worten
ausgedrückt
heißt
dies, dass er eine Schwankungs- oder Neigungswirkung erzeugt, wie
dies allgemein bei Vorbewegungsmechanismen zu beobachten ist, wodurch
die Tischoberfläche
schwingt, wenn sich der Tisch vertikal bewegt. Daher wird der Tisch
in einem geneigten Zustand gehalten, wenn er positioniert wird,
was einen Abfall der Bearbeitungsgenauigkeit verursacht.
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Im
allgemeinen hat in einer Werkzeugmaschine die Geradigkeit des bewegbaren
Schlittens eine große
Wirkung auf die Genauigkeit der Form des bearbeiteten Gegenstands.
In einem Schlitten für eine
Werkzeugmaschine, die einen Vorbewegungsspindel-Mechanismus hat,
beeinflussen sowohl die Bearbeitungspräzision der Vorbewegungsspindel und
der Mutter als auch die Genauigkeit der Form der Führungsoberfläche die
Genauigkeit der Bewegung des Schlittens, und diese Faktoren beeinträchtigen zusammengenommen
die Geradigkeit der Werkzeugmaschine. In einer Ultrahochpräzisions-Werkzeugmaschine,
wie sie zuvor beschrieben ist, ist diese Wirkung besonders beträchtlich,
und da sich die Geradigkeit der Werkzeugmaschine direkt auf die Bearbeitungspräzision auswirkt,
wenn Gegenstände bearbeitet
werden, die einen sehr hohen Grad von Fertigbearbeitungs-Präzision erfordern,
tritt eine Schwankung und Neigung der Art, die zuvor beschrieben
wurde, bezüglich
der Bearbeitungspräzision
der Vorbewegungsspindel und Mutter mit dem Ergebnis auf, dass der
Tisch nicht in einer horizontalen Lage gehalten werden kann, wenn
er positioniert wird, und folglich nimmt die Präzision der bearbeiteten Form
wahrscheinlich ab.
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In
einer Ultrahochpräzisions-Werkzeugmaschine
wird oftmals ein Luftlager eingesetzt, um die Bearbeitungspräzision anzuheben.
Die Erfindung, die in der obengenannten Japanischen Patentanmeldungs-Offelegungssschrift
Nr. 86026/1998 offenbart ist, betrifft einen Mechanismus zum Übertragen
von Bewegungen längs
einer vertikalen Achse, der einen statischen Druckluft-Schraubentyp-Übertragungsmotor
auf der Grundlage einer Schraube großen Durchmessers benutzt. In
einem Vorbewegungsmechanismus, der eine statische Druckluftschraube
benutzt, treten geringfügige
Schwingungen in der Mutter auf, wenn diese längs der Schraube bewegt wird, die
Fertigungsfehlern bei der Schraube und der Mutter, einer Unebenheit
in dem Luftlagerzwischenraum und dgl. zuzuschreiben sind, und folglich
kann die Tischoberfläche
selbst in einem Vertikalachsen-Übertragungsmechanismus,
der eine statische Druckluftschraube dieser Art benutzt, geneigt
werden, wenn der Tisch positioniert wird, was folglich verursacht,
dass die Bearbeitungsgenauigkeit abnimmt.
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Überdies
gibt es in einer Werkzeugmaschine, die einen Vorbewegungsspindel-Mechanismus benutzt,
zwischen jeder Umdrehung der Schraube Abweichungen der Steigung.
In einer Ultrahochpräzisions-Werkzeugmaschine,
die wie zuvor beschrieben eine statische Druckluftschraube hat,
sind solche Abweichungen geringfügig,
aber sie sind noch vorhanden. Herkömmlicherweise wird ein Verfahren
angenommen, durch das zuvor gemessene Steigungsabweichungen als
Steigungsabweichungs-Kompensationsdaten in einem Speicher innerhalb
einer Steuereinrichtung gespeichert werden, und während eines
Positions-Steuerungsprozesses wird entsprechend eine Steigungsabweichungs-Kompensation durchgeführt. Der
Tisch kann jedoch in dem obengenannten Mechanismus zum Übertragen
von Bewegungen längs
einer vertikalen Achses geneigt sein, und daher ist es sehr schwierig,
dieses Kompensationsverfahren anzuwenden.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Mechanismus
zum Übertragen von
Bewegungen längs
einer vertikalen Achse zum Antreiben eines Tisches in vertikaler
Richtung zu schaffen, durch den die Neigung und die Position der Tischoberfläche korrigiert
oder justiert werden können.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Mechanismus zum Übertragen von Bewegungen längs einer
vertikalen Achse vorgesehen, der umfasst: einen Vorbewegungsspindelmechanismus,
der einen Drehmechanismus enthält,
der sich um eine Achse drehen kann, einen Tisch oder einen Tischteil, der
derart über
ein Tischbefestigungsteil mit dem Drehmechanismus verbunden ist,
dass Schraubgewindeabschnitte, die auf dem Drehmechanismus bzw.
dem Tischbefestigungsteil vorgesehen sind, in konzentrischer Art
und Weise gegenseitig ineinandergreifen, und ein Bewegungsrichtungs-Beschränkungsmittel
zum Verhindern einer Drehung des Tischbefestigungsteils, wodurch
die Drehung des Drehmechanismus in eine Vorbewegung des Tisches oder
Tischteils in axialer Richtung desseben umgewandelt wird, dadurch
gekennzeichnet, dass Mikroverlagerungs-Elemente, die veranlassen
können, dass
sich der Randbereich des Tisches oder Tischteils in vertikaler Richtung
bewegt, zwischen dem Randbereich des Tisches oder Tischteil und
dem Tischbefestigungsteil angeordnet sind, so dass die Neigung der
Oberfläche
des Tisches oder Tischteils durch Veranlassen der Mikroverlagerungs-Elemente, sich
auszudehnen oder zusammenzuziehen, in axialer Richtung justiert
werden kann.
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Zusätzlich zum
Ermöglichen,
die Neigung eines Tisches, der durch einen Vertikalachsen-Übertragungsmechanismus
in vertikaler Richtung angetrieben wird, derart zu korrigieren,
dass die Tischoberfläche
parallel zu einer Referenzebene liegt, macht es die vorliegende
Erfindung außerdem
möglich,
Positionierungsfehler zu korrigieren. Überdies ermöglicht sie, die Positionierung
zu einem sehr hohen Genauigkeitsgrad, der die Auflösung eines
Positionsdetektors in einem Vertikalachsen-Übertragungsmechanismus übersteigt,
auszuführen.
Daher kann die Bearbeitungspräzision
verbessert werden.
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Die
vorstehenden und weitere Merkmale eines Ausführungsbeispiels der Erfindung
werden aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung unter Bezugnahme der vorliegenden Figuren ersichtlich.
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1 zeigt eine Schnittansicht
eines Mechanismus zum Übertragen
von Bewegungen längs
einer vertikalen Achse gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt eine veranschaulichende
Darstellung der positionsmäßigen Beziehung
von Elektrostriktionselementen und Kraftmesszellen in demselben
Ausführungsbeispiel.
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3 zeigt eine veranschaulichende
Darstellung eines Verfahrens zum Korrigieren der Neigung einer Tischoberfläche in demselben
Ausführungsbeispiel.
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4 zeigt ein Blockschaltbild,
das die Zusammenschaltung von Rückkopplungs-Steuersystemen
in demselben Ausführungsbeispiel
darstellt.
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5 zeigt eine veranschaulichende
Darstellung einer Nutbearbeitung in einem geneigten Zustand in demselben
Ausführungsbeispiel,
durch die eine Bearbeitung ausgeführt wird, während der Tisch um einen Winkel
geneigt ist.
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1 zeigt eine ungefähre Schnittansicht der
Zusammensetzung eines Luftlagertyp-Vertikalachsen-Übertragungsmechanismus 1 auf
der Grundlage einer Vorbewegungsspindel großen Durchmessers gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung, wobei die Schnittansicht längs einer
vertikalen Ebene verläuft,
welche die zentrale Achse des Mechanismus enthält.
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Dieser
Mechanismus 1 zum Übertragen
von Bewegungen längs
einer vertikalen Achse umfasst ein Tischbefestigungsteil 3 zum
Befestigen des Tisches 2, einen Drehantriebsmechanismus 4,
der darin montiert ist, eine Basis 5 zum Anbringen des Drehantriebsmechanismus 4 und
dgl., und wie 1 deutlich
zeigt, sind diese Teile durch rohr- oder ringförmige Körper gebildet.
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Der
Drehantriebsmechanismus 4 ist durch einen Servomotor 4' gebildet, der
mit einem Stator 6 auf der Innenseite desselben und einem
Rotor 7 auf der Außenseite
desselben versehen ist, wobei der rohrförmige Stator 6, der
sich auf der Innenseite befindet, in integraler Art und Weise mittels
einer Vielzahl von Schrauben 8 in einer Position in Richtung auf
die Innenseite der ringförmigen
Basis 5 an der Basis 5 befestigt ist. Überdies
ist der rohrförmige
Rotor 7 in einer Weise drehbar auf der Basis 5 montiert, dass
er den Außenumfang
des Stators 6 umgibt, und auf dem Außenumfang des Rotors 7 ist
ein Außenschraubgewinde 9 vorgesehen,
das ein drehender Abschnitt ist und in ein Innenschraubgewinde 10 eingreift,
das auf dem Innenumfang des rohrförmigen Tischbefestigungsteils 3 vorgesehen
ist.
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Der
Stator 6, der Rotor 7 und das Tischbefestigungsteil 3 sind
jeweils rohrförmig
ausgebildet, wie dies zuvor dargelegt wurde, wobei jedes dieser
Teile in konzentrischer Art und Weise positioniert ist, und es ist
ein statisches Druckluftlager auf einer Gleitoberfläche zwischen
der unteren Seite des Rotors 7 und der Basis 5 vorgesehen.
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Überdies
ist ein Statorkern 11, der eine gewickelte Spule umfasst,
in integraler Art und Weise an dem Außenumfang des Stators 6 angebracht,
während
ein Rotorkern 13, der einen vergrößerten Durchmesser hat, und
ein Magnet 14 mit einem Teil des Innenumfangs des Rotors 7 verbunden
und integral mittels eines ringförmigen
Distanzstücks 15 an
dem Rotor 7 befestigt sind, das in das obere Ende des zuvor
genannten Abschnitts vergrößerten Durchmessers
eingreift. Zwischen dem Außenumfang
des Stators 6 und dem Innenumfang des Ro tors 7 ist
ein statisches Druckluftlager vorgesehen.
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Überdies
ist mittels einer Vielzahl von Schrauben 8 ein ringförmiges Befestigungsglied 17 integral
an der oberen Endoberfläche
des Stators 6 befestigt, und ein Luftlager, das zwischen
der unteren Seite des äußeren Teils
des Befestigungsglieds 17 und dem Distanzstück 15 vorgesehen
ist, verhindert eine Bewegung des Rotors 7 in axialer Richtung.
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Überdies
ist ein Drehungsdetektor-Montageteil 26, das durch ein
Drehteil gebildet ist, das einen angenähert T-förmigen Querschnittsabschnitt
hat, an der oberen Endoberfläche
des Rotors 7 in einer Weise befestigt, dass es das Befestigungsglied 17 in
radialer Richtung desselben abdeckt, und eine Kodierscheibe 27a oder
dgl., die ein Bestandsteilelement eines Impulskodierers 27 bildet,
ist an dem Ende eines vorstehenden Abschnitts 26a befestigt,
das in Abwärtsrichtung
von dem zentralen Teil des Drehungsdetektor-Montageteils 26 vorsteht. Überdies
bezeichnet das Bezugszeichen 27b eine Basisplatte, an der ein
optoelektronischer Koppler oder dgl., der ein Bestandteilselement
des Impulskodierers 27 bildet, befestigt ist, und diese
Basisplatte 27b ist direkt an dem zentralen Teil der Basis 5 befestigt.
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Wie
in 1 veranschaulicht,
ist ein Führungsstift 19,
der durch eine Schraube 20 an der Basis 5 befestigt
ist, an drei Punkten, die jeweils durch eine Teilung von 120° getrennt
sind, um den Außenumfang
der Basis 5 vorgesehen, die ringförmig ist. Überdies ist jeweils ein Loch 21,
in das der Führungsstift 19 eingreift,
in Positionen in dem Tischbefestigungsteil 3 vorgesehen,
die den Führungsstifte 19 entsprechen,
und die Kombination des Führungsstifts 19 und
der Schraube 20 bildet ein Bewegungsrichtungs-Beschränkungsmittel
zu Beschränken
der Bewegungsrichtung des Tischbefestigungsteils 3 in bezug
auf die Basis 5. Da ein statisches Druckluftlager zwischen
jedem der Führungsstifte 19 und
den Löchern 21 gebildet
ist, kommt der Außenumfang
je des Führungsstifts 19 nicht
in direkte Berührung
mit dem Innenumfang des jeweiligen Lochs 21.
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Der
vorstehend beschriebene Zusammenbau ist praktisch der gleiche wie
derjenige des Vertikalachsen-Übertragungsmechanismus,
der in der Japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr.
86029/1998 offenbart ist, jedoch unterscheidet sich die vorliegende
Erfindung von dem herkömmlichen
Vertikalachsen-Übertragungsmechanismus
darin, dass Mikroverlagerungs-Elemente, wie Elektrostriktionselemente
oder magnetostriktive Elemente, innerhalb des Tisches 2 enthalten
sind. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
werden Elektrostriktionselemente als die Mikroverlagerungs-Elemente benutzt.
Wie in 1 veranschaulicht
ist der Tisch 2 in einen ersten Tischteil 2a,
der eine flache Oberfläche
des Tisches 2 bildet, und einen zweiten Tischteil 2b unterteilt,
der den Tisch 2 mit dem Tischbefestigungsteil 3 verbindet.
Der erste Tischteil 2a und der zweite Tischteil 2b sind
durch Elektrostriktionselemente 30a1–30d2 verbunden. Überdies
ist der zweite Tischteil 2b an dem Tischbefestigungsteil 3 befestigt.
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2 zeigt eine Draufsicht
des Tischteils 2b in einem Zustand, in dem der erste Tischteil 2a entfernt
worden ist und die Elektrostriktionselemente 30a1–30d2 und
Kraftmesszellen 31a–31d,
wovon jede als ein Kraftsensor dient, wie dies im folgenden beschrieben
wird, in Position gebracht worden sind.
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Es
sind vier Paare von Elektrostriktionselementen (in anderen Worten
ausgedrückt
heißt
dies, dass Elektrostriktionselemente 30a1 u. 30a2, 30b1 u. 30b2, 30c1 u. 30c2, 30d1 u. 30d2 vorgesehen
sind) mit gleichen Abständen
längs des
Umfangs eines Kreises positioniert, der einen Mittelpunkt in dem zentralen
Punkt des Tisches 2 hat. Überdies ist jeweils eine Kraftmesszelle 31a, 31b, 31c, 31d zwischen
den zwei Elektrostriktionselmenten positioniert, die jedes Paar bilden
(in anderen Worten zwischen den Elektrostriktionselementen 30a1 u. 30a2, 30b1 u. 30b2, 30c1 u. 30c2, 30d1 u. 30d2).
In anderen Worten ausgedrückt
heißt
dies, dass die Kraftmesszelles 31a–31d mit gleichen
Abständen
in vier Positionen längs
des Umfangs des Kreises positioniert sind, auf dem die Elektrostriktionselemente 30a1–30d2 positioniert
sind.
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Wie
später
beschrieben ist ein einzelnes Rückkopplungs-Steuersystem durch
eine Kraftmesszelle und das Paar von Elektrostriktionselemente gebildet,
das auf jeder Seite der Kraftmesszelle positioniert ist. Beispielsweise
ist ein einzelnes Rückkopplungs-Steuersystem
durch die Kraftmesszelle 31a und das Paar von Elektrostriktionselementen 30a1, 30a2 gebildet,
die auf jeder Seite dieser Kraftmesszelle 31a positioniert
sind. (Folglich sind in dem Beispiel gemäß 2 insgesamt vier Rückkopplungs-Steuersysteme gebildet.)
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Gemäß dem Aufbau,
der zuvor beschrieben wurde, wird sich der Rotor 7, wenn
der Servomotor 4' durch
Zuführen
eines Stroms von einem Servoverstärker zu der Statorspule getrieben
wird, um den Stator 6 drehen, der an der Basis 5 befestigt
ist. Andererseits führt
das rohrförmige
Tischbefestigungsteil 3, das mittels des Innenschraubgewindes 10 auf
das Außenschraubgewinde 9 auf
dem Rotor 7 auf dem Innenumfang desselben aufgeschraubt
ist, eine vertikale Bewegung durch, da es durch die Führungsstifte
an einer Drehung gehindert ist, und folglich entsteht eine Aufwärts- oder
Abwärtsbewegung
des Tisches 2.
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Hierbei
können,
wie zuvor beschrieben, Fälle,
die dem Grad der Bearbeitungsgenauigkeit der Schraube und der Mutter
in dem Schraubmechanismus (in anderen Worten der Bearbeitungsgenauigkeit
des Außenschraubgewindes 9,
das auf dem Außenumfang
des Rotors 7 ausgebildet ist, und des Innenschraubgewindes 10,
das auf dem Innenumfang des Tischbefesti gungsteils 3 ausgebildet
ist) zuzuschreiben sind, auftreten, in denen die Oberfläche des
Tisches 2 geneigt wird. Überdies kann sich die Richtung
der Neigung des Tisches 2 abhängig von der Bewegungsposition
des Tisches 2 ändern.
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Die
vorliegende Erfindung sieht vor, dass der Tisch 2 durch
Korrigieren der Neigung des Tisches 2 mittels der Elektrostriktionselemente 30a1–30d2 in einer
Lage parallel zu einer Referenzebene gehalten werden kann. Dazu
sind die Elektrostriktionselemente 30a1–30d2, wie dies in 1 veranschaulicht ist, in
einem zusammengedrückten
Zustand zwischen dem ersten und dem zweiten Tischteil 2a, 2b in
einer Weise positioniert, dass sie sich in vertikaler Richtung ausdehnen
und zusammenziehen können. Überdies
sind die Kraftmesszellen 31a–31d, wie dies ebenfalls
in 1 gezeigt ist, in
einer Weise positioniert, dass auf sie seitens des ersten Tischteils 2a mittels
Druckschrauben 32 eine Vorlast ausgeübt wird. In 2 bezeichnet das Bezugszeichen 33 eine Nut
zum Unterbringen von Leitungsdrähten
zum Zuführen
elektrischer Energie zu den Elektrostriktionselementen 30a1–30d2.
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Daraufhin
wird der Drehantriebsmechanismus 4 (Servomotor 4') angetrieben,
der Tisch 2 wird zu einer Zielposition bewegt und dort
positioniert, und das Antreiben des Drehantriebsmechanismus 4 wird gestoppt,
woraufhin zwei Gradmesser orthogonal auf dem Tisch 2 positioniert
werden. Dann wird die Neigung des Tisches 2 gemessen, und
der Grad der Zusammenziehung der Elektrostriktionselemente 30a1–30d2 wird
in einer Weise justiert, dass der Tisch 2 parallel zu der
Referenzebene liegt, in anderen Worten einer vertikalen Ebene senkrecht
zu der zentralen Achse.
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3 zeigt eine ungefähre Darstellung
des Prozesses zum Messen der Neigung des Tisches 2.
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Beispielsweise
wird einer der Gradmesser 29a auf der Gera den planiert,
welche die Kraftmesszellen 31a u. 31c in 2 verbindet, der andere Gradmesser 29b wird
auf der Geraden planiert, welche die Kraftmesszellen 31b u. 31d verbindet,
und die Elektrostriktionselemente 30a1 u. 30a2,
oder die Elektrostriktionselemente 30c1 u. 30c2 werden
in einer Weise justiert, dass der Gradmesser 29a "0", in anderen Worten die Höhe, liest. Überdies
werden die Elektrostriktionselemente 30b1 u. 30b2 oder
die Elektrostriktionselemente 30d1 u. 30d2 in
einer Weise justiert, dass der andere Gradmesser 29b "0" oder die Höhe liest.
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4 zeigt ein Blockschaltbild
von Rückkopplungs-Steuersystemen,
die jeweils durch die Kraftmesszellen 31a–31d und
die Elektrostriktionselemente 30a1–30d2 gebildet sind.
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Ein
Elektrostriktionselement-Steuerschaltfeld 40 ist mit Stärke-Steuereinrichtungen 34a–34d zum
Einstellen einer Zielspannung, die an die Elektrostriktionselemente 30a1–30d2 gelegt
wird, Subtrahierern 35a–35d und Verstärkungs-Berechungseinrichtungen 36a–36d versehen,
die eine Primärverzögerungs-Übertragungsfunktion
haben.
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Die
Ausgangssignale der Verstärkungs-Berechungseinrichtungen 36a–36d werden über die
jeweiligen Elektrostriktionselemente und Treiberverstärker 37a–37d den
Elektrostriktionselementen 30a1 u. 30a2, 30b1 u. 30b2, 30c1 u, 30c2, 30d1 u. 30d2 zugeführt, welche
die jeweiligen Paare bilden. Die Ausgangssignale der Kraftmesszellen 31a–31d werden
jeweils über
Verzerrungsverstärker 38a–38d den
Subtrahierern 35a–35d eingegeben.
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In
anderen Worten ausgedrückt
heißt
dies, dass ein einzelnes Rückkopplungs-Steuersystem (erstes
Rückkopplungs-Steuersystem)
durch die Kraftmesszelle 31a, die Elektrostriktionselemente 30a1 u. 30a2,
die Stärke-Steuereinrichtung 34a,
den Subtrahierer 35a, die Verstärkungs-Berechungseinrich tung 36a,
den Elektrostriktionselement-Treiberverstärker 37a und den Verzerrungsverstärker 38a gebildet
ist.
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In ähnlicher
Weise ist ein zweites Rückkopplungs-Steuersystem
durch die Kraftmesszelle 31b, die Elektrostriktionselemente 30b1 u. 30b2,
die Stärke-Steuereinrichtung 34b,
den Subtrahierer 35b, die Verstärkungs-Berechungseinrichtung 36b,
den Elektrostriktionselement-Treiberverstärker 37b und den Verzerrungsverstärker 38b gebildet. Überdies
ist ein drittes Rückkopplungs-Steuersystem
durch die Kraftmesszelle 31c, die Elektrostriktionselemente 30c1 u. 30c2,
die Stärke-Steuereinrichtung 34c,
den Subtrahierer 35c, die Verstärkungs-Berechungseinrichtung 36c,
den Elektrostriktionselement-Treiberverstärker 37c und den Verzerrungsverstärker 38c gebildet.
Außerdem
ist ein viertes Rückkopplungs-Steuersystem durch
die Kraftmesszelle 31d, die Elektrostriktionselemente 30d1 u. 30d2,
die Stärke-Steuereinrichtung 34d,
den Subtrahierer 35d, die Verstärkungs-Berechungseinrichtung 36d,
den Elektrostriktionselement-Treiberverstärker 37d und
den Verzerrungsverstärker 38d gebildet.
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Im
folgenden wird die Betriebsweise dieser Rückkopplungs-Steuersysteme mit Bezugnahme auf das
erste Rückkopplungs-Steuersystem beschrieben.
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Die
Stärke-Steuereinrichtung 34a wird
entsprechend der Neigung des Tisches 2 eingestellt, wie sie
durch den Gradmesser gemessen ist, und dem Subtrahierer 35a wird
eine Zielspannung eingegeben. Der Subtrahierer 35a subtrahiert
das Spannungs-Ausgangssignal durch das Ausgangssignal des Verzerrungsverstärkers 38a von
der Zielspannung, die über
die Stärke-Steuereinrichtung 34a eingegeben
ist, um eine Spannungsabweichung zu bestimmen, und diese Spannungsabweichung
wird dann durch die Verstärkungs-Berechungseinrichtung 36a verstärkt und
durch den Elektrostriktionselement-Treiberverstärkers 37a zugeführt, um
dadurch die zwei Elektro striktionselemente 30a1 u. 30a2 zu treiben.
Folglich wird eine Rückkoppungs-Steuerung in
einer Weise ausgeführt,
dass die Ausgangsspannung des Verzerrungsverstärkers 38a zu der Zielspannung
passt, die durch die Stärke-Steuereinrichtung 34a eingestellt
ist, und daher dehnen sich die Elektrostriktionselemente 30a1 u. 30a2 in Übereinstimmung
mit der Zielspannung aus oder ziehen sich zusammen, um dadurch den
ersten Tischteil 2a in dem Tisch 2 anzutreiben
und die Neigung der Tischoberfläche
zu ändern.
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Die
anderen drei Rückkopplungs-Steuersysteme
arbeiten in ähnlicher
Weise, und jede der Stärke-Steuereinrichtungen 34a–34d wird
entsprechend der Neigung des Tischoberfläche justiert, wie sie durch
die Gradmesser 29a, 29b gemessen ist. Die Tischoberfläche wird
durch Veranlassen der jeweiligen Elektrostriktionselemente 30a1 u. 30a2, 30b1 u. 30b2, 30c1 u. 30c2, 30d1 u. 30d2,
sich auszudehnen oder zusammenzuziehen, derart justiert, dass sie
parallel zu der Referenzebene liegt.
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Wie
zuvor beschrieben, kann durch Antreiben des Vertikalachsen-Übertragungsmechanismus 4 (Servomotor 4') zu einer Positionierung
des Tisches 2 in der Zielposition und durch Treiben der Elektrostriktionselemente 30a1–30d2 derart,
dass der Tisch justiert wird, bis er parallel zu der Referenzebene
liegt, jedwede Neigung des Tisches 2, die mit dem Grad
der Bearbeitungsgenauigkeit des Schraubabschnitts in dem Vertikalachsen-Übertragungsmechanismus
einhergeht, korrigiert werden.
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Überdies
wird, wenn angestrebt wird, den Tisch mit einer Präzision,
die einen Positionierungsfehler ausgleicht, der durch einen Steigungsfehler
in dem Außenschraubgewinde 9 und
dem Innenschraubgewinde 10 des Vertikalachsen-Übertragungsmechanismus
verursacht wird, der die Vorbewegungsspindel bildet, und einer Präzision,
welche die Auflösung
des Impulskodierers 27 übersteigt,
der an dem Vertikalachsen- Übertragungsmechanismus 4 (Servomotor 4') angebracht
ist, zu positionieren, nach Gewinnen einer ebenen Tischoberfläche in bezug
auf die Referenzebene durch Justieren der Neigung des Tisches 2 mittels
des obengenannten Verfahrens die obere Oberfläche des Tisches mittels Laser-Interferometrie
oder dgl. gemessen, und um den Betrag der Korrektur zu bestimmen,
der erforderlich ist, um die Verlagerungsabweichung von der Ziel-Stopposition
zu kompensieren, werden alle der Elektrostriktionselemente 30a1, 30a2–30d1, 30d2 um
den obengenannten Korrekturbetrag ausgedeht oder zusammengezogen,
was den Tisch bewegt, bis die Oberfläche in eine Lage parallel zu
Referenzebene kommt, um es dadurch möglich zu machen, den Tisch
mit einem sehr hohen Genauigkeitsgrad in einer Zielposition zu positionieren.
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Überdies
ist es zusätzlich
zum Justieren der Tischoberfläche
derart, dass sie parallel zu der Referenzebene liegt, außerdem möglich, den
Tisch in einer Weise zu justieren, dass die Tischoberfläche innerhalb
des Ausdehnungshubbereichs der Elektrostriktionselemente 30a1, 30a2–30d1, 30d2 absichlich
in bezug auf die Referenzebene geneigt wird.
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Wie
in 5 veranschaulicht
ist es durch Justieren des Grades der Ausdehnung oder Zusammenziehung
der verschiedenen Elektrostriktionselemente möglich, zu veranlassen, dass
die obere Oberfläche
des Tisches 2 bis zu einem vorgeschriebenen Winkel von
der horizontalen Referenzebene geneigt wird, um dadurch das Ausarbeiten
von Nuten in einem Werkstück
W, das auf dem Tisch 2 montiert ist, in einem geneigten
Zustand zu ermöglichen,
wie dies in 5 gezeigt
ist.
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In
dem Ausführungsbeispiel,
das zuvor beschrieben wurde, ist der Tisch 2 in einen ersten
Tischteil 2a und einen zweiten Tischteil 2b unterteilt,
wobei die Elektrostriktionselemente 30a1–30d2 zwischen diesen
zwei Tischteilen angeordnet sind. Es ist jedoch auch möglich, die
Elektrostriktionselemente 30a1–30d2 ohne Unterteilung
des Tisches 2 zwischen dem Tisch 2 und dem Tischbefestigungsteil 3 in
einer Weise vorzusehen, dass der Tisch 2 und das Tischbefestigungsteil 3 über den
Elektrostriktionselementen verbunden sind.
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Überdies
wurde in dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel die Rückkoppungs-Steuerung als
Trreibersteuermittel für
die Elektrostriktionselemente benutzt. Es ist jedoch nicht notwendig,
die Rückkoppungs-Steuerung
auszuführen.
Vielmehr kann auch eine sog. offene Steuerung eingesetzt werden.
In diesem Fall sind keine Energiesensoren für die Kraftmesszellen und dgl.
notwendig, und die Ausdehnung und Zusammenziehung der Elektrostriktionselemente
sollte durch Eingeben von Zielspannungen, die durch Stärke-Steuereinrichtungen oder
dgl. eingestellt werden, in die Elektrostriktionselement-Treiberverstärker gesteuert
werden.