EP3973622A1 - Biaxial positioning device - Google Patents

Biaxial positioning device

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EP3973622A1
EP3973622A1 EP20731786.8A EP20731786A EP3973622A1 EP 3973622 A1 EP3973622 A1 EP 3973622A1 EP 20731786 A EP20731786 A EP 20731786A EP 3973622 A1 EP3973622 A1 EP 3973622A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
positioning device
circuit board
positioning
axis positioning
positioning element
Prior art date
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Pending
Application number
EP20731786.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Thomas Haase
Eric Köhler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Physik Instrumente PI GmbH and Co KG
Original Assignee
Physik Instrumente PI GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Physik Instrumente PI GmbH and Co KG filed Critical Physik Instrumente PI GmbH and Co KG
Publication of EP3973622A1 publication Critical patent/EP3973622A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
    • H02K41/031Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors of the permanent magnet type
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02Linear motors; Sectional motors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/04Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/26Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors consisting of printed conductors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/18Machines moving with multiple degrees of freedom
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2211/00Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to measuring or protective devices or electric components
    • H02K2211/03Machines characterised by circuit boards, e.g. pcb

Definitions

  • the invention relates to a two-axis positioning device according to
  • Two-axis positioning device with a stationary base element and two positioning elements which can be adjusted in different directions (X and Y directions) relative to the base element are known, the two-axis positioning device having two electromagnetic linear motors for driving the respective positioning element, one
  • the motion controller Includes a motion controller and a driver device.
  • the base element and the two positioning elements are herein.
  • the positioning element which is arranged between the base element and the other positioning element, is designed as a printed circuit board (PCB).
  • PCB printed circuit board
  • the coil elements of the electromagnetic linear motors On or on the circuit board, in addition to the motion controller and the driver device, also on both sides, i.e. on their top and bottom, the coil elements of the electromagnetic linear motors and
  • Two-axis positioning devices are those of conventional ones
  • Circuit boards with a carrier material made of glass fiber mats (FR-4) impregnated with epoxy resin the usual low manufacturing tolerances and their low stiffness with common circuit board thicknesses.
  • deformations of the circuit board can also result from the forces acting between the magnets and the coils of the electromagnetic linear motors to implement a drive, since the forces generated do not point exclusively in the respective drive direction.
  • press-in sleeves that have an internal thread that are subsequently inserted into the circuit board must be used here. Since the press-fit sleeves normally have a collar with which they are supported on the surface of the circuit board, the press-fit sleeves are above the surface of the circuit board
  • Two-axis positioning device enlarged.
  • the invention is therefore based on the object of an improved in terms of accuracy and manufacturing costs
  • the stationary base element and the second include
  • Positioning element in each case a preferably identically designed circuit board, the first positioning element being a metallic one
  • Carrying element is executed and is arranged between the base element and the second positioning element.
  • Sensor devices in particular optical sensor devices, can also be arranged with high precision on such a flat surface.
  • Base element and the second positioning element arranged first positioning element a simple processing and in particular the simple provision of very precisely placed holes or
  • Two-axis positioning device can affect. Low thicknesses of the metallic carrier element or the first positioning element are advantageous to the weight for a high
  • the thickness of the metallic carrier element can be made much thinner than a circuit board with the same rigidity.
  • both the base element and the second positioning element comprise a circuit board on which preferably all elements or components of the two-axis positioning device to be supplied with electrical power are arranged or integrated so that the first positioning element does not require any power supply. It is advantageous if at least one motor driver is integrated in each of the two circuit boards. In addition, in the circuit boards
  • Communication modules (such as a WLAN module) can be integrated.
  • the circuit boards can have integrated receiving devices for sensor elements.
  • the circuit boards preferably have electrical insulation and electrical insulation
  • Circuit boards can also be used for cooling surfaces
  • the circuit boards of the base element and the second positioning element are connected to a metallic carrier plate.
  • At least one of the two drives is designed as an electromagnetic drive comprising at least one coil element and at least one magnet arrangement, and here the magnet arrangement preferably corresponds to a Halbach array.
  • Such a drive can generate high drive forces even with a very flat structure and at the same time very precisely
  • the Halbach array arrangement of the magnets ensures a one-sided, strong magnetic field on the side facing the corresponding coil element, whereby a return element and the metallic one can be dispensed with Carrier element can consist of a magnetically non-conductive metal.
  • the invention is not limited to the use of electromagnetic drives for generating the adjustment movements of the first and second positioning elements. So are too
  • Electric motors or piezoelectric drives are conceivable for this.
  • Magnet arrangement is located, and the respective magnet arrangement with an oppositely arranged coil element
  • Magnet arrangements on the metallic carrier element are advantageous, while the integration of the coil elements in the circuit boards results in an overall very flat structure
  • the coil elements can be integrated into the circuit boards during the manufacture of the circuit boards, so that the assembly of the
  • circuit board of the base element is electrically connected to the circuit board of the second positioning element via a flexible connecting element.
  • a power supply for the circuit board of the second positioning element can be implemented via the circuit board of the base element, and it is also used to forward electrical signals, for example for position control.
  • the connecting element allows the same to be carried along smoothly during adjustment movements of the two-axis positioning device, whereby, due to its high flexibility, it offers only an extremely low resistance to corresponding adjustment movements.
  • Fig. 1 Perspective view of an inventive
  • Fig. 2 Exploded view of the two-axis positioning device
  • FIGS. 1 and 2 side view of the two-axis positioning device according to FIGS. 1 and 2
  • Fig. 5 Representation of details of the two-axis positioning device according to Figs. 1 to 3 in perspective view
  • Two-axis positioning device 1 has a three-layer or three-layer structure with a base element 2 which is at the bottom in FIG. 1 and which comprises a metallic carrier plate 22 and a printed circuit board 5 arranged thereon or connected thereto.
  • the material of the circuit board 5 is a composite material
  • Epoxy resin and fiberglass fabric (FR-4).
  • the circuit board 5 has two connector elements 200 for making electrical contact with the
  • Two-axis positioning device are partially embedded in the circuit board 5.
  • One of the plug elements 200 is used to supply current or power to the one used here
  • electromagnetic drives of the two-axis positioning device while the other of the two connector elements 200 serves as an interface (e.g. via USB, CAN, RS232, Ethernet or Ethercat) for the
  • the base element 2 located below is followed by the first positioning element 3 in the form of a metallic one as a middle layer or layer
  • Support element 6 made of aluminum. Both on the top of the metallic carrier element 6 and on its underside, which faces the printed circuit board 5 of the base element 2, a magnet arrangement (not shown in FIG. 1) is arranged, which in each case corresponds to a Halbach array.
  • the two-axis positioning device forms the second positioning element 4, which is constructed similarly to the base element 2 and, in addition to the printed circuit board 5, also comprises a metallic carrier plate 42 which is connected to the printed circuit board 5.
  • Both the carrier plate 22 of the base element 2 and the carrier plate 42 of the second positioning element 4 primarily serve to connect the two-axis positioning device to or with higher-level structures, such as a stationary base and an object to be positioned opposite the base.
  • Corresponding fastening or connecting devices, such as threaded bores, are in a simple manner in the metallic carrier plates
  • the metallic carrier plates 22 and 42 serve to increase the mechanical stability of the base element 2 and the second positioning element 4. possible to make the circuit boards 5 extremely thin.
  • Carrier plate 22 of the base element 2 and the carrier plate 42 of the second positioning element 4 is dispensed with and the circuit boards 5 themselves have means with which a connection of the
  • Two-axis positioning device is possible on higher-level structures, for example by embedded or embedded in the circuit boards.
  • Positioning elements 3 and 4 can be arranged on the circuit boards 5. Such receiving devices can also serve to receive or attach sensor elements to the circuit boards.
  • the thickness of the printed circuit boards 5 can be varied or adapted and correspondingly thick printed circuit board structures can be used which themselves already have the mechanical stability required for the specific application.
  • Coil elements as well as the additional components or parts integrated therein such as motor drivers, sensor elements,
  • Connecting element 9 is provided, the flexibility of which is sufficient to oppose the movements of the two positioning elements 3 and 4 only with a very low resistance and that the same can be carried along smoothly during adjustment movements
  • Two-axis positioning device allowed.
  • the two-axis positioning device has a total of four
  • Linear guide devices 100 two of which are arranged in a parallel and spaced arrangement between the base element 2 and the first positioning element 3, and of which the remaining two are arranged in a parallel and spaced arrangement between the first positioning element 3 and the second
  • Positioning element 4 are arranged. It is also conceivable to provide only one linear guide device for each of the two directions of movement or adjustment that are perpendicular to one another. [0030] FIG. 2 corresponds to an exploded view of FIG.
  • FIG. 1 Two-axis positioning device according to FIG. 1.
  • the linear guide devices 100 can be seen more clearly.
  • FIG. 2 cannot do that in FIG
  • recognizable magnet arrangement 8 in the form of a Halbach array, which is used in the electromagnetic drive for the second positioning element 4.
  • FIG. 3 corresponds to a side view of the two-axis positioning device 1 according to FIGS. 1 and 2.
  • Fig. 3 can in particular additionally between the metallic carrier element 6 and the second
  • Positioning element 4 arranged measuring device 300 comprising a scale 302 arranged on the metallic carrier element 6 and a sensor 304 interacting with the scale 302, which is arranged opposite it on the second positioning element 4, the measuring device 300 detecting or measuring the position of the second positioning element 4 relative to the first positioning element 3 and from the
  • Position detection derived from the position control of the second positioning element 4 is used.
  • An analog measuring device 300, which cannot be removed from FIG. 3, is on the underside of the metallic
  • Arranged carrier element 6, which is used in an analogous manner to detect or measure the position of the metallic carrier element 6 relative to the base element 2 and thus its position control.
  • Each coil element 7 comprises three nested one inside the other
  • Magnet assemblies 8 each comprise a Halbach array and have a longitudinal direction that corresponds to the
  • Fig. 5 also contains only individual exposed or
  • FIG. 5 shows the base element 2 and the one integrated or embedded in its circuit board 5
  • FIG. 5 shows the magnet arrangement 8 assigned to the coil element 7 in the form of a Halbach array, which together form the electromagnetic linear drive for the first positioning element 3.
  • the magnet arrangement 8 is arranged or fastened to the first positioning element 3 (not shown) in the form of the metallic carrier element 6. Parallel to the
  • Linear guide devices 100 arranged. These are connected on the one hand to the printed circuit board 5 of the base element 3 and on the other hand to the metallic carrier element 6 of the first positioning element 3.
  • Fig. 6 shows the metallic in the two representations 6A and 6B
  • FIG. 6A shows the upper side of the carrier element
  • FIG. 6B shows the underside of the metallic carrier element.
  • On the top of the metallic carrier element according to FIG. 6A are in
  • two linear guide devices 100 are arranged in parallel alignment to one another, and the magnet arrangement 8 is located between these in an analogous alignment.
  • a measuring element 302 of a corresponding measuring device which has a scale 306 and a reference track 308, is arranged on the upper side of the metallic carrier element.
  • the underside of the metallic carrier element is according to FIG. 6B
  • Linear guide devices 100, the magnet arrangement 8 and a measuring element 302 of a measuring device comprising a scale 306 and a reference track 308.
  • Linear guide devices 100 and the magnet arrangement 8 on the underside of the metallic carrier element is identical and is perpendicular to the alignment of the linear guide devices 100 and the magnet arrangement 8, which are arranged on the upper side of the metallic carrier element.
  • Two-axis positioning device with a further positioning device for example a further linear positioning device or a
  • Rotation positioning device or a tilt positioning device to combine
  • Measuring element (of measuring device 300) Sensor (of measuring device 300) Scale (of measuring element 302) Referencing track (of measuring element 302)

Landscapes

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Abstract

The invention relates to a biaxial positioning device comprising: a stationary base element (2); a first positioning element (3) movably mounted relative to the base element (2) along a first direction by means of a first guide device; a second positioning element (4) movably mounted relative to the first positioning element (3) along a second direction, which is different to the first direction, by means of a second guide device; a first drive for adjusting the first positioning element (3) along the first direction of movement; and a second drive for adjusting the second positioning element (4) along the second direction of movement. It is essential to the invention that the stationary base element (2) and the second positioning element (4) each have a printed circuit board (5), and the first positioning element (3) is a metal support element (6) and is disposed between the base element (2) and the second positioning element (4).

Description

Beschreibung description
Zweiachspositioniervorrichtung Two-axis positioning device
[0001] Die Erfindung betrifft eine Zweiachspositioniervorrichtung gemäß The invention relates to a two-axis positioning device according to
Anspruch 1. Claim 1.
[0002] Aus der US 2018/0241325 A1 ist eine gattungsgemäße From US 2018/0241325 A1 is a generic
Zweiachspositioniervorrichtung mit einem stationären Basiselement und zwei gegenüber dem Basiselement in unterschiedlichen Richtungen (X- und Y-Richtung) verstellbaren Positionierelementen bekannt, wobei die Zweiachspositioniervorrichtung zwei elektromagnetische Linearmotoren zum Antrieb des jeweiligen Positionierelements, einen Two-axis positioning device with a stationary base element and two positioning elements which can be adjusted in different directions (X and Y directions) relative to the base element are known, the two-axis positioning device having two electromagnetic linear motors for driving the respective positioning element, one
Bewegungscontroller und eine Treibervorrichtung umfasst. Das Includes a motion controller and a driver device. The
Basiselement und die beiden Positionierelemente sind hierbei The base element and the two positioning elements are here
übereinander gestapelt angeordnet, und das Positionierelement, welches zwischen dem Basiselement und dem anderen Positionierelement angeordnet ist, ist als Leiterplatte (Printed Circuit Board oder PCB) ausgeführt. arranged stacked on top of one another, and the positioning element, which is arranged between the base element and the other positioning element, is designed as a printed circuit board (PCB).
[0003] Auf bzw. an der Leiterplatte sind neben dem Bewegungscontroller und der Treibervorrichtung auch beidseitig, d.h. an deren Ober- und Unterseite, die Spulenelemente der elektromagnetischen Linearmotoren und On or on the circuit board, in addition to the motion controller and the driver device, also on both sides, i.e. on their top and bottom, the coil elements of the electromagnetic linear motors and
Linearführungsvorrichtungen angeordnet, wobei sowohl für die Verstellung in X-Richtung, als auch in Y-Richtung jeweils zwei parallel zueinander angeordnete Linearführungen vorgesehen sind. Arranged linear guide devices, two linear guides arranged parallel to one another being provided for both the adjustment in the X direction and in the Y direction.
[0004] Nachteilig bei der aus der US 2018/0241325 A1 bekannten [0004] A disadvantage of the one known from US 2018/0241325 A1
Zweiachspositioniervorrichtung sind die bei herkömmlichen Two-axis positioning devices are those of conventional ones
Leiterplatten mit einem Trägermaterial aus mit Epoxidharz getränkten Glasfasermatten (FR-4) üblichen geringen Fertigungstoleranzen und deren niedrige Steifigkeit bei gängigen Leiterplattendicken. Die Circuit boards with a carrier material made of glass fiber mats (FR-4) impregnated with epoxy resin, the usual low manufacturing tolerances and their low stiffness with common circuit board thicknesses. The
geringen Fertigungstoleranzen, die in erster Linie aus dem small manufacturing tolerances, which primarily result from the
Herstellungsprozess in Zusammenhang mit den verwendeten Manufacturing process related to the used
Materialien resultieren, führen insbesondere zu einer geringen Ebenheit der Leiterplatte, so dass eine hochgenaue und definierte Ausrichtung der daran angeordneten Linearführungsvorrichtungen bzw. die Ausrichtung der beiden Linearführungen pro Verstellrichtung Materials result, in particular lead to a poor flatness of the circuit board, so that a highly precise and defined alignment of the linear guide devices or the Alignment of the two linear guides per direction of adjustment
zueinander erschwert ist. Eine ungenaue Ausrichtung der beiden für die Realisierung einer Verstellrichtung zuständigen Linearführungen kann dazu führen, dass beim Verstellen bzw. Positionieren unerwünschte Kräfte in die Leiterplatte oder in die Linearführungen eingeleitet werden, wobei in die Leiterplatte eingeleitete Kräfte zu Verformungen derselben führen können, was durch die geringe Steifigkeit der Leiterplatte weiter begünstigt wird, während in die Linearführungen eingeleitete Kräfte zu erhöhter Reibung führen können. Verformungen der Leiterplatte können sich in mechanischer Weise negativ auf die Verstell- bzw. is difficult to each other. An imprecise alignment of the two linear guides responsible for realizing an adjustment direction can lead to undesired forces being introduced into the circuit board or into the linear guides during adjustment or positioning, whereby forces introduced into the circuit board can lead to deformation of the same, which is due to the small Rigidity of the circuit board is further promoted, while forces introduced into the linear guides can lead to increased friction. Deformations of the circuit board can have a mechanical negative effect on the adjustment or
Positioniergenauigkeit der Zweiachspositioniervorrichtung auswirken. Zudem wirken sich Verformungen der Leiterplatte auch negativ auf an dieser angeordneter bzw. in dieser integrierter Mess- oder Affect positioning accuracy of the two-axis positioning device. In addition, deformations of the circuit board also have a negative effect on measuring or measuring devices arranged on it or integrated therein
Sensorsysteme aus, wobei es zu Messungenauigkeiten oder -fehlem kommen kann. Sensor systems, which can lead to measurement inaccuracies or errors.
[0005] Verformungen der Leiterplatte können aber auch aus den zwischen den Magneten und den Spulen der elektromagnetischen Linearmotoren zur Realisierung eines Antriebs wirkenden Kräften resultieren, da die erzeugten Kräfte nicht ausschließlich in die jeweilige Antriebsrichtung weisen. However, deformations of the circuit board can also result from the forces acting between the magnets and the coils of the electromagnetic linear motors to implement a drive, since the forces generated do not point exclusively in the respective drive direction.
[0006] Weiterhin nachteilig bei der Zweiachspositioniervorrichtung gemäß der US 2018/0241325 A1 ist der Aufwand zur Befestigung der einzelnen Komponenten an der Leiterplatte und insbesondere der Another disadvantage of the two-axis positioning device according to US 2018/0241325 A1 is the effort required to attach the individual components to the circuit board and in particular the
Linearführungsvorrichtungen. Hier muss in der Regel mit nachträglich in die Leiterplatte eingesetzten Einpresshülsen gearbeitet werden, die ein Innengewinde aufweisen. Da die Einpresshülsen normalerweise einen Bund aufweisen, mit dem sie sich an der Oberfläche der Leiterplatte abstützen, stehen die Einpresshülsen über die Oberfläche der Linear guide devices. As a rule, press-in sleeves that have an internal thread that are subsequently inserted into the circuit board must be used here. Since the press-fit sleeves normally have a collar with which they are supported on the surface of the circuit board, the press-fit sleeves are above the surface of the
Leiterplatte hinaus, was die gesamte Höhe der PCB addition what the total height of the
Zweiachspositioniervorrichtung vergrößert. Two-axis positioning device enlarged.
[0007] Ein weiterer Nachteil bei der aus der US 2018/0241325 A1 bekannten Zweiachspositioniervorrichtung ergibt sich daraus, dass die durch die Spulen des elektromagnetischen Antriebs erzeugten elektromagnetischen Felder praktisch ungehindert in die Leiterplatte eindringen können und dort Ströme in Leiterbahnen, die nicht zur elektrischen Versorgung der Spulen dienen, beeinflussen können, beispielsweise Ströme von Sensorkomponenten, woraus ebenfalls Messungenauigkeiten oder -fehler resultieren können. Another disadvantage of the two-axis positioning device known from US 2018/0241325 A1 arises from the fact that the generated by the coils of the electromagnetic drive Electromagnetic fields can penetrate the circuit board practically unhindered and there can influence currents in conductor tracks that are not used to supply the coils electrically, for example currents from sensor components, which can also result in measurement inaccuracies or errors.
[0008] Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine hinsichtlich der Genauigkeit und des Fertigungsaufwands verbesserte [0008] The invention is therefore based on the object of an improved in terms of accuracy and manufacturing costs
Zweiachspositioniervorrichtung anzugeben. Specify two-axis positioning device.
[0009] Diese Aufgabe wird durch eine Zweiachspositioniervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. [0009] This object is achieved by a two-axis positioning device with the features of claim 1.
[0010] Dazu umfassen das stationäre Basiselement und das zweite To this end, the stationary base element and the second include
Positionierelement jeweils eine bevorzugt identisch ausgebildete Leiterplatte, wobei das erste Positionierelement als metallisches Positioning element in each case a preferably identically designed circuit board, the first positioning element being a metallic one
Trägerelement ausgeführt ist und zwischen dem Basiselement und dem zweiten Positionierelement angeordnet ist. Carrying element is executed and is arranged between the base element and the second positioning element.
[0011] Aufgrund der metallischen Ausführung des Trägerelements kann dieses unter Einhaltung spezifizierter Toleranzen hochpräzise und Due to the metallic design of the carrier element, this can be highly precise and in compliance with specified tolerances
insbesondere äußerst eben, beispielsweise durch eine Läppbehandlung seiner Oberflächen, gefertigt werden, so dass eine entsprechend präzise Anordnung bzw. Ausrichtung der Lager- oder in particular extremely flat, for example by a lapping treatment of its surfaces, so that a correspondingly precise arrangement or alignment of the bearing or
Führungsvorrichtungen ermöglicht ist. Auch Sensoreinrichtungen, insbesondere optische Sensoreinrichtungen, lassen sich auf einer solchen ebenen Oberfläche hochpräzise anordnen. Guide devices is enabled. Sensor devices, in particular optical sensor devices, can also be arranged with high precision on such a flat surface.
[0012] Zudem erlaubt die metallische Ausführung des zwischen dem In addition, the metallic design allows between the
Basiselement und dem zweiten Positionierelement angeordneten ersten Positionierelements eine einfache Bearbeitung und insbesondere das einfache Vorsehen von sehr exakt platzierten Bohrungen bzw. Base element and the second positioning element arranged first positioning element a simple processing and in particular the simple provision of very precisely placed holes or
Gewindebohrungen, worüber sich die an dem ersten Positionierelement anzuordnenden Elemente leicht und gleichzeitig mechanisch stabil befestigen lassen. Aufgrund der hohen Steifigkeit des metallischen Trägerelements neigt dieses selbst bei geringen Dicken nicht zu Threaded bores through which the elements to be arranged on the first positioning element can be fastened easily and at the same time mechanically stable. Due to the high rigidity of the metallic carrier element, it does not tend to become too thick, even if it is thin
Deformationen, die sich negativ auf die Genauigkeit der Deformations that adversely affect the accuracy of the
Zweiachspositioniervorrichtung auswirken können. Geringe Dicken des metallischen Trägerelements bzw. des ersten Positionierelements sind dabei vorteilhaft, um das Gewicht für eine hohe Two-axis positioning device can affect. Low thicknesses of the metallic carrier element or the first positioning element are advantageous to the weight for a high
Stellbewegungsdynamik soweit wie möglich zu reduzieren, wobei die Dicke des metallischen Trägerelements bei gleicher Steifigkeit wesentlich dünner ausgeführt werden kann als bei einer Leiterplatte. To reduce adjusting movement dynamics as much as possible, the thickness of the metallic carrier element can be made much thinner than a circuit board with the same rigidity.
[0013] Demgegenüber umfasst sowohl das Basiselement, als auch das zweite Positionierelement eine Leiterplatte, an denen bevorzugt sämtliche mit elektrischem Strom zu versorgende Elemente bzw. Bauteile der Zweiachspositioniervorrichtung angeordnet oder darin integriert sind, so dass das erste Positionierelement keinerlei Stromversorgung bedarf. Hierbei ist vorteilhaft, wenn in beiden Leiterplatten zumindest jeweils ein Motortreiber integriert ist. Zusätzlich können in den Leiterplatten In contrast, both the base element and the second positioning element comprise a circuit board on which preferably all elements or components of the two-axis positioning device to be supplied with electrical power are arranged or integrated so that the first positioning element does not require any power supply. It is advantageous if at least one motor driver is integrated in each of the two circuit boards. In addition, in the circuit boards
Kommunikationsmodule (wie etwa ein WLAN-Modul) integriert sein. Zudem können die Leiterplatten integrierte Aufnahmeeinrichtungen für Sensorelemente aufweisen. Weiterhin weisen die Leiterplatten bevorzugt eine elektrische Isolierung sowie elektrische Communication modules (such as a WLAN module) can be integrated. In addition, the circuit boards can have integrated receiving devices for sensor elements. Furthermore, the circuit boards preferably have electrical insulation and electrical insulation
Durchontaktierungen auf. Besonders bevorzugt sind sämtliche elektrische Verbindungen (Verdrahtung) zwischen den Komponenten bzw. Bauteilen der Leiterplatten ebenfalls darin integriert. Die Through contacts on. Particularly preferably, all electrical connections (wiring) between the components or parts of the circuit boards are also integrated therein. The
Leiterplatten können darüber hinaus Kühlflächen zum Circuit boards can also be used for cooling surfaces
Wäremabtransport aufweisen. In bevorzugter Ausführungsform sind die Leiterplatten von Basiselement und zweitem Positionierelement mit einer metallischen Trägerplatte verbunden. Have heat removal. In a preferred embodiment, the circuit boards of the base element and the second positioning element are connected to a metallic carrier plate.
[0014] Es kann von Vorteil sein, dass wenigstens einer der beiden Antriebe als elektromagnetischer Antrieb umfassend wenigstens ein Spulenelement und wenigstens eine Magnetanordnung ausgeführt ist, und hierbei die Magnetanordnung in bevorzugter Weise einem Halbach-Array entspricht. Ein solcher Antrieb kann selbst bei sehr flachem Aufbau hohe Antriebskräfte generieren und dabei sehr präzise It can be advantageous that at least one of the two drives is designed as an electromagnetic drive comprising at least one coil element and at least one magnet arrangement, and here the magnet arrangement preferably corresponds to a Halbach array. Such a drive can generate high drive forces even with a very flat structure and at the same time very precisely
Verstellbewegungen ausführen. Die Halbach-Array-Anordnung der Magnete sorgt für ein einseitiges, starkes Magnetfeld auf der dem entsprechenden Spulenelement zugewandten Seite, wobei auf ein Rückschlusselement verzichtet werden kann und das metallische Trägerelement aus einem magnetisch nicht leitfähigen Metall bestehen kann. Die Erfindung ist jedoch nicht beschränkt auf die Verwendung elektromagnetischer Antriebe zur Generierung der Verstellbewegungen von erstem und zweitem Positionierelement. So sind auch Carry out adjustment movements. The Halbach array arrangement of the magnets ensures a one-sided, strong magnetic field on the side facing the corresponding coil element, whereby a return element and the metallic one can be dispensed with Carrier element can consist of a magnetically non-conductive metal. However, the invention is not limited to the use of electromagnetic drives for generating the adjustment movements of the first and second positioning elements. So are too
Elektromotoren oder piezoelektrische Antriebe hierfür vorstellbar. Electric motors or piezoelectric drives are conceivable for this.
[0015] Es kann hierbei von Vorteil sein, dass an dem metallischen It can be of advantage here that on the metallic
Trägerelement an dessen Ober- und Unterseite jeweils eine Carrier element on the top and bottom each one
Magnetanordnung gelegen ist, und die jeweilige Magnetanordnung mit einem gegenüberliegend angeordneten Spulenelement Magnet arrangement is located, and the respective magnet arrangement with an oppositely arranged coil element
zusammenwirkt. Hierbei kann es insbesondere von Vorteil sein, dass das Spulenelement in die Leiterplatte integriert ist. Aufgrund des vergleichsweise hohen Gewichts ist eine Befestigung der cooperates. It can be of particular advantage here that the coil element is integrated into the circuit board. Due to the comparatively high weight, an attachment of the
Magnetanordnungen an dem metallischen Trägerelement vorteilhaft, während die Integration der Spulenelemente in die Leiterplatten zu einem insgesamt sehr flachen Aufbau der Magnet arrangements on the metallic carrier element are advantageous, while the integration of the coil elements in the circuit boards results in an overall very flat structure
Zweiachspositioniervorrichtung führt. Zudem kann die Integration der Spulenelemente in die Leiterplatten bereits bei der Herstellung der Leiterplatten durchgeführt werden, so dass die Montage der Two-axis positioning device leads. In addition, the coil elements can be integrated into the circuit boards during the manufacture of the circuit boards, so that the assembly of the
Zweiachspositioniervorrichtung erheblich erleichtert ist, da weniger Teile zusammengefügt werden müssen. Zweiachspositioniervorrichtung is made much easier because fewer parts have to be assembled.
[0016] Es kann vorteilhaft sein, dass die Leiterplatte des Basiselements über ein flexibles Verbindungselement elektrisch mit der Leiterplatte des zweiten Positionierelements verbunden ist. Über dieses flexible It can be advantageous that the circuit board of the base element is electrically connected to the circuit board of the second positioning element via a flexible connecting element. About this flexible
Verbindungselement ist eine Stromversorgung der Leiterplatte des zweiten Positionierelements über die Leiterplatte des Basiselements realisierbar, und es dient darüber hinaus der Weiterleitung elektrischer Signale, beispielsweise für die Positionsregelung. Das flexible Connecting element, a power supply for the circuit board of the second positioning element can be implemented via the circuit board of the base element, and it is also used to forward electrical signals, for example for position control. The flexible one
Verbindungselement erlaubt ein reibungsloses Mitführen desselben bei Verstellbewegungen der Zweiachspositioniervorrichtung, wobei es aufgrund seiner hohen Flexibilität entsprechenden Verstellbewegungen nur einen äußerst geringen Widerstand entgegensetzt. [0017] Im Übrigen ergeben sich Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und - aspekten anhand der Figuren. Von diesen zeigen: The connecting element allows the same to be carried along smoothly during adjustment movements of the two-axis positioning device, whereby, due to its high flexibility, it offers only an extremely low resistance to corresponding adjustment movements. In addition, advantages and expediencies of the invention result from the following description of exemplary embodiments and aspects with reference to the figures. Of these show:
[0018] Fig. 1 : perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Fig. 1: Perspective view of an inventive
Zweiachspositioniervorrichtung Two-axis positioning device
[0019] Fig. 2: Explosionsdarstellung der Zweiachspositioniervorrichtung Fig. 2: Exploded view of the two-axis positioning device
gemäß Fig. 1 according to FIG. 1
[0020] Fig. 3: Seitenansicht der Zweiachspositioniervorrichtung gemäß Fig. 1 und Fig. 2 3: side view of the two-axis positioning device according to FIGS. 1 and 2
[0021] Fig. 4: Darstellung von Einzelheiten der Zweiachspositioniervorrichtung gemäß den Figs. 1 bis 3 in perspektivischer Ansicht 4: Representation of details of the two-axis positioning device according to FIGS. 1 to 3 in perspective view
[0022] Fig. 5: Darstellung von Einzelheiten der Zweiachspositioniervorrichtung gemäß den Figs. 1 bis 3 in perspektivischer Ansicht Fig. 5: Representation of details of the two-axis positioning device according to Figs. 1 to 3 in perspective view
[0023] Fig. 6A und 6B: Unterschiedliche perspektivische Ansichten des 6A and 6B: Different perspective views of the
metallischen Trägerelements der Zweiachspositioniervorrichtung gemäß den Figs. 1 bis 3 metallic carrier element of the two-axis positioning device according to Figs. 1 to 3
[0024] Gemäß Fig. 1 weist die erfindungsgemäße According to FIG. 1, the inventive
Zweiachspositioniervorrichtung 1 eine dreilagige oder dreischichtige Struktur auf mit einem in Fig. 1 unten liegenden Basiselement 2, welches eine metallische Trägerplatte 22 und eine daran angeordnete bzw. eine damit verbundene Leiterplatte 5 umfasst. Beim Material der Leiterplatte 5 handelt es sich um einen Verbundwerkstoff aus Two-axis positioning device 1 has a three-layer or three-layer structure with a base element 2 which is at the bottom in FIG. 1 and which comprises a metallic carrier plate 22 and a printed circuit board 5 arranged thereon or connected thereto. The material of the circuit board 5 is a composite material
Epoxidharz und Glasfasergewebe (FR-4). Die Leiterplatte 5 weist zwei Steckerelemente 200 zur elektrischen Kontaktierung der Epoxy resin and fiberglass fabric (FR-4). The circuit board 5 has two connector elements 200 for making electrical contact with the
Zweiachspositioniervorrichtung auf. Diese sind in die Leiterplatte 5 teilweise eingebettet. Eines der Steckerelemente 200 dient der Strom- bzw. Leistungsversorgung der hier zum Einsatz kommenden Two-axis positioning device. These are partially embedded in the circuit board 5. One of the plug elements 200 is used to supply current or power to the one used here
elektromagnetischen Antriebe der Zweiachspositioniervorrichtung, während das andere der beiden Steckerelemente 200 als Interface (z.B. via USB, CAN, RS232, Ethernet oder Ethercat) für die electromagnetic drives of the two-axis positioning device, while the other of the two connector elements 200 serves as an interface (e.g. via USB, CAN, RS232, Ethernet or Ethercat) for the
Kommandierung von Stellbewegungen bzw. Positionsvorgaben der Zweiachspositioniervorrichtung fungiert. Vollständig eingebettet in die Leiterplatte 5 des Basiselements 2 sind in Fig. 1 nicht erkennbare Spulenelemente. Ebenfalls nicht zu erkennen ist ein in die Leiterplatte 5 des Basiselements 2 integrierter Motortreiber. Commanding of adjusting movements or position specifications of the two-axis positioning device functions. Completely embedded in the printed circuit board 5 of the base element 2 cannot be seen in FIG. 1 Coil elements. A motor driver integrated in the printed circuit board 5 of the base element 2 cannot be seen either.
[0025] Auf das unten liegende Basiselement 2 folgt als mittlere Schicht oder Lage das erste Positionierelement 3 in Form eines metallischen The base element 2 located below is followed by the first positioning element 3 in the form of a metallic one as a middle layer or layer
Trägerelements 6 aus Aluminium. Sowohl an der Oberseite des metallischen Trägerelements 6, als auch an dessen Unterseite, welche der Leiterplatte 5 des Basiselements 2 zugewandt ist, ist eine in Fig.1 nicht zu erkennende Magnetanordnung angeordnet, welche jeweils einem Halbach-Array entspricht. Support element 6 made of aluminum. Both on the top of the metallic carrier element 6 and on its underside, which faces the printed circuit board 5 of the base element 2, a magnet arrangement (not shown in FIG. 1) is arranged, which in each case corresponds to a Halbach array.
[0026] Die oberste Schicht oder Lage der in Fig. 1 dargestellten The top layer or ply of those shown in FIG
Zweiachspositioniervorrichtung bildet das zweite Positionierelement 4, welches ähnlich zu dem Basiselement 2 aufgebaut ist und neben der Leiterplatte 5 ebenfalls eine metallische Trägerplatte 42 umfasst, die mit der Leiterplatte 5 verbunden ist. Nicht zu erkennen ist ein in die The two-axis positioning device forms the second positioning element 4, which is constructed similarly to the base element 2 and, in addition to the printed circuit board 5, also comprises a metallic carrier plate 42 which is connected to the printed circuit board 5. One cannot be recognized in the
Leiterplatte 5 des zweiten Positionierelements 4 integrierter Printed circuit board 5 of the second positioning element 4 integrated
Motortreiber. Sowohl die Trägerplatte 22 des Basiselements 2, als auch die Trägerplatte 42 des zweiten Positionierelements 4 dienen in erster Linie der Verbindung der Zweiachspositioniervorrichtung an bzw. mit übergeordneten Strukturen, etwa einer ortsfesten Basis und einem gegenüber der Basis zu positionierenden Objekt. In die metallischen Trägerplatten sind auf einfache Weise entsprechende Befestigungs- bzw. Verbindungseinrichtungen wie etwa Gewindebohrungen Motor driver. Both the carrier plate 22 of the base element 2 and the carrier plate 42 of the second positioning element 4 primarily serve to connect the two-axis positioning device to or with higher-level structures, such as a stationary base and an object to be positioned opposite the base. Corresponding fastening or connecting devices, such as threaded bores, are in a simple manner in the metallic carrier plates
einbringbar. Des Weiteren dienen die metallischen Trägerplatten 22 und 42 der Erhöhung der mechanischen Stabilität von Basiselement 2 und zweitem Positionierelement 4. Hierdurch ist es u.a. möglich, die Leiterplatten 5 extrem dünn auszuführen. collectable. Furthermore, the metallic carrier plates 22 and 42 serve to increase the mechanical stability of the base element 2 and the second positioning element 4. possible to make the circuit boards 5 extremely thin.
[0027] Es sind jedoch auch Ausführungen denkbar, bei denen auf die However, there are also designs conceivable in which on the
Trägerplatte 22 des Basiselements 2 und die Trägerplatte 42 des zweiten Positionierelements 4 verzichtet wird und die Leiterplatten 5 selbst Mittel aufweisen, mit denen eine Verbindung der Carrier plate 22 of the base element 2 and the carrier plate 42 of the second positioning element 4 is dispensed with and the circuit boards 5 themselves have means with which a connection of the
Zweiachspositioniervorrichtung an übergeordneten Strukturen möglich ist, beispielsweise durch in die Leiterplatten eingebettete bzw. Two-axis positioning device is possible on higher-level structures, for example by embedded or embedded in the circuit boards.
eingepresste Gewindeelemente. Über solche Aufnahmeeinrichtungen können zudem Lager zur beweglichen Lagerung der pressed-in threaded elements. About such reception facilities can also be used for moving storage of the
Positionierelemente 3 und 4 an den Leiterplatten 5 angeordnet sein. Weiterhin können solche Aufnahmeeinrichtungen zur Aufnahme bzw. Befestigung von Sensorelementen an den Leiterplatten dienen. Zudem können die Leiterplatten 5 in der Dicke variiert bzw. angepasst und entsprechend dicke Leiterplattenstrukturen verwendet werden, die selbst bereits die für den spezifischen Anwendungsfall benötigte mechanische Stabilität aufweisen. Positioning elements 3 and 4 can be arranged on the circuit boards 5. Such receiving devices can also serve to receive or attach sensor elements to the circuit boards. In addition, the thickness of the printed circuit boards 5 can be varied or adapted and correspondingly thick printed circuit board structures can be used which themselves already have the mechanical stability required for the specific application.
[0028] Um eine elektrische Verbindung zwischen der Leiterplatte 5 des To establish an electrical connection between the circuit board 5 of the
Basiselements 2 und der Leiterplatte 5 des zweiten Positionierelements 4 zu realisieren, wodurch einerseits die Strom- bzw. To realize base element 2 and the circuit board 5 of the second positioning element 4, whereby on the one hand the current or
Leistungsversorgung der in die Leiterplatten 5 eingebetteten Power supply to the embedded in the circuit boards 5
Spulenelemente sowie den darin integrierten weiteren Komponenten bzw. Bauteilen wie Motortreiber, Sensorelemente, Coil elements as well as the additional components or parts integrated therein such as motor drivers, sensor elements,
Kommunikationsmodule etc., und andererseits die Weiterleitung elektrischer Signale, etwa zur Kommandierung von Stellbewegungen ermöglicht ist, ist ein flexibles und elektrisch leitfähiges Communication modules, etc., and on the other hand the forwarding of electrical signals, for instance for commanding positioning movements, is flexible and electrically conductive
Verbindungselement 9 vorgesehen, dessen Flexibilität ausreichend ist, den Bewegungen der beiden Positionierelemente 3 und 4 nur einen sehr geringen Widerstand entgegenzusetzen und das ein reibungsloses Mitführen desselben bei Verstellbewegungen der Connecting element 9 is provided, the flexibility of which is sufficient to oppose the movements of the two positioning elements 3 and 4 only with a very low resistance and that the same can be carried along smoothly during adjustment movements
Zweiachspositioniervorrichtung erlaubt. Two-axis positioning device allowed.
[0029] Zur Realisierung einer präzise geführten linearen Bewegung entlang der beiden senkrecht zueinander angeordneten Bewegungsrichtungen weist die Zweiachspositioniervorrichtung insgesamt vier In order to realize a precisely guided linear movement along the two directions of movement arranged perpendicular to one another, the two-axis positioning device has a total of four
Linearführungseinrichtungen 100 auf, wovon zwei in paralleler und beabstandeter Anordnung zueinander zwischen dem Basiselement 2 und dem ersten Positionierelement 3 angeordnet sind, und wovon die übrigen zwei in paralleler und beabstandeter Anordnung zueinander zwischen dem ersten Positionierelement 3 und dem zweiten Linear guide devices 100, two of which are arranged in a parallel and spaced arrangement between the base element 2 and the first positioning element 3, and of which the remaining two are arranged in a parallel and spaced arrangement between the first positioning element 3 and the second
Positionierelement 4 angeordnet sind. Es ist ebenso denkbar, für jede der beiden senkrecht zueinander ausgerichteten Bewegungs- bzw. Verstellrichtungen nur eine Linearführungsvorrichtung vorzusehen. [0030] Fig. 2 entspricht einer Explosionsdarstellung der Positioning element 4 are arranged. It is also conceivable to provide only one linear guide device for each of the two directions of movement or adjustment that are perpendicular to one another. [0030] FIG. 2 corresponds to an exploded view of FIG
Zweiachspositioniervorrichtung gemäß Fig. 1. Hierbei sind im Vergleich zur Darstellung nach Fig. 1 die Linearführungseinrichtungen 100 deutlicher zu erkennen. Zudem kann Fig. 2 die in Fig. 1 nicht Two-axis positioning device according to FIG. 1. In comparison to the illustration according to FIG. 1, the linear guide devices 100 can be seen more clearly. In addition, FIG. 2 cannot do that in FIG
erkennbare Magnetanordnung 8 in Form eines Halbach-Arrays, welche im elektromagnetischen Antrieb für das zweite Positionierelement 4 Anwendung findet, entnommen werden. recognizable magnet arrangement 8 in the form of a Halbach array, which is used in the electromagnetic drive for the second positioning element 4.
[0031] Fig. 3 entspricht einer Seitenansicht der Zweiachspositioniervorrichtung 1 gemäß den Figs. 1 und 2. Fig. 3 kann insbesondere zusätzlich die zwischen dem metallischen Trägerelement 6 und dem zweiten FIG. 3 corresponds to a side view of the two-axis positioning device 1 according to FIGS. 1 and 2. Fig. 3 can in particular additionally between the metallic carrier element 6 and the second
Positionierelement 4 angeordnete Messvorrichtung 300 umfassend einen an dem metallischen Trägerelement 6 angeordneten Maßstab 302 und einen mit dem Maßstab 302 zusammenwirkenden Sensor 304, der diesem gegenüberliegend an dem zweiten Positionierelement 4 angeordnet ist, entnommen werden, wobei die Messvorrichtung 300 der Erfassung bzw. Messung der Position des zweiten Positionierelements 4 relativ zu dem ersten Positionierelement 3 und aus der Positioning element 4 arranged measuring device 300 comprising a scale 302 arranged on the metallic carrier element 6 and a sensor 304 interacting with the scale 302, which is arranged opposite it on the second positioning element 4, the measuring device 300 detecting or measuring the position of the second positioning element 4 relative to the first positioning element 3 and from the
Positionserfassung abgeleitet der Positionsregelung des zweiten Positionierelements 4 dient. Eine Fig. 3 nicht entnehmbare analoge Messvorrichtung 300 ist an der Unterseite des metallischen Position detection derived from the position control of the second positioning element 4 is used. An analog measuring device 300, which cannot be removed from FIG. 3, is on the underside of the metallic
Trägerelements 6 angeordnet, welche in analoger Weise der Erfassung bzw. Messung der Position des metallischen Trägerelements 6 gegenüber dem Basiselement 2 und damit dessen Positionsregelung dient. Arranged carrier element 6, which is used in an analogous manner to detect or measure the position of the metallic carrier element 6 relative to the base element 2 and thus its position control.
[0032] In Fig. 4 sind nur einzelne herausgestellte bzw. herausgeschnittene In Fig. 4 only individual exposed or cut out
Elemente der Zweiachspositioniervorrichtung gemäß den Figs. 1 bis 3 gezeigt. Hierbei handelt es sich um die jeweils zusammenwirkenden Spulenelemente 7 und Magnetanordnungen 8 der beiden Elements of the two-axis positioning device according to FIGS. 1 to 3 shown. These are the respectively interacting coil elements 7 and magnet arrangements 8 of the two
elektromagnetischen Antriebe. Da die Spulenelemente 7 bei der Zweiachspositioniervorrichtung gemäß den Figs. 1 bis 3 vollständig in die entsprechende Leiterplatte 5 eingebettet sind und daher bei normaler Darstellungsweise nicht zu erkennen wären, sind sie in Fig. 4 aus der Leiterplatte herausgeschnitten dargestellt. Die Magnetanordnungen 8 sind jeweils an dem metallischen Trägerelement 6 befestigt, wobei die Spulenelemente 7 und die Magnetanordnungen 8 jeweils paarweise gegenüberliegend angeordnet sind. electromagnetic drives. Since the coil elements 7 in the two-axis positioning device according to FIGS. 1 to 3 are completely embedded in the corresponding circuit board 5 and would therefore not be recognizable in the normal representation, they are shown cut out of the circuit board in FIG. The Magnet assemblies 8 are each fastened to the metallic carrier element 6, the coil elements 7 and the magnet assemblies 8 being arranged opposite one another in pairs.
[0033] Jedes Spulenelement 7 umfasst drei ineinander verschachtelt Each coil element 7 comprises three nested one inside the other
angeordnete separate Leiterzüge, so dass eine dreiphasige arranged separate conductor tracks, so that a three-phase
Ansteuerung der Spulenelemente 7 ermöglicht ist. Die Control of the coil elements 7 is enabled. The
Magnetanordnungen 8 umfassen jeweils ein Halbach-Array und weisen eine Längserstreckungsrichtung auf, die mit der Magnet assemblies 8 each comprise a Halbach array and have a longitudinal direction that corresponds to the
Längserstreckungsrichtung des zugeordneten Spulenelements 7 zusammenfällt. The direction of longitudinal extension of the associated coil element 7 coincides.
[0034] In Fig. 4 sind zudem die insgesamt vier Linearführungseinrichtungen 100 deutlich zu entnehmen, die jeweils paarweise parallel zueinander ausgerichtet sind und für die hochgenaue Führung des zugeordneten Positionierelements in der jeweiligen Führungsrichtung sorgen. In FIG. 4, the total of four linear guide devices 100 can also be clearly seen, each of which is aligned in pairs parallel to one another and ensures the highly precise guidance of the associated positioning element in the respective guide direction.
[0035] Fig. 5 enthält ebenfalls nur einzelne herausgestellte bzw. Fig. 5 also contains only individual exposed or
herausgeschnittene Elemente der Zweiachspositioniervorrichtung gemäß den Figs. 1 bis 3. Insbesondere zeigt Fig. 5 das Basiselement 2 und das in dessen Leiterplatte 5 integrierte bzw. eingebettete cut-out elements of the two-axis positioning device according to FIGS. 1 to 3. In particular, FIG. 5 shows the base element 2 and the one integrated or embedded in its circuit board 5
Spulenelement 7. Weiterhin zeigt Fig. 5 die dem Spulenelement 7 zugeordnete Magnetanordnung 8 in Form eines Halbach-Arrays, die gemeinsam den elektromagnetischen Linearantrieb für das erste Positionierelement 3 bilden. Die Magnetanordnung 8 ist hierbei an dem nicht darstellten ersten Positionierelement 3 in Form des metallischen Trägerelements 6 angeordnet bzw. befestigt. Parallel zu der Coil element 7. Furthermore, FIG. 5 shows the magnet arrangement 8 assigned to the coil element 7 in the form of a Halbach array, which together form the electromagnetic linear drive for the first positioning element 3. The magnet arrangement 8 is arranged or fastened to the first positioning element 3 (not shown) in the form of the metallic carrier element 6. Parallel to the
Längserstreckungsrichtung des Spulenelements 7 bzw. der Direction of longitudinal extension of the coil element 7 or the
Magnetanordnung 8, welche der Antriebsrichtung des Magnet assembly 8, which the drive direction of the
elektromagnetischen Antriebs entspricht, sind die beiden electromagnetic drive are the two
Linearführungseinrichtungen 100 angeordnet. Diese sind einerseits mit der Leiterplatte 5 des Basiselements 3, und andererseits mit dem metallischen Trägerelement 6 des ersten Positionierelements 3 verbunden. Linear guide devices 100 arranged. These are connected on the one hand to the printed circuit board 5 of the base element 3 and on the other hand to the metallic carrier element 6 of the first positioning element 3.
[0036] Fig. 6 zeigt in den beiden Darstellungen 6A und 6B das metallische Fig. 6 shows the metallic in the two representations 6A and 6B
Trägerelement 6 der Zweiachspositioniervorrichtung gemäß den Figs. 1 bis 3 in verschiedenen perspektivischen Ansichten. Fig. 6A ist hierbei die obere Seite des Trägerelements zu entnehmen, während Fig. 6B die Unterseite des metallischen Trägerelements zeigt. An der Oberseite des metallischen Trägerelements gemäß Fig. 6A sind in Carrier element 6 of the two-axis positioning device according to FIGS. 1 to 3 in different perspective views. FIG. 6A shows the upper side of the carrier element, while FIG. 6B shows the underside of the metallic carrier element. On the top of the metallic carrier element according to FIG. 6A are in
entsprechenden Ausnehmungen zwei Linearführungseinrichtungen 100 in paralleler Ausrichtung zueinander angeordnet, und zwischen diesen ist in analoger Ausrichtung die Magnetanordnung 8 gelegen. Zudem ist an der Oberseite des metallischen Trägerelements ein Maßelement 302 einer entsprechenden Messvorrichtung angeordnet, welches einen Maßstab 306 und eine Referenzierspur 308 aufweist. corresponding recesses, two linear guide devices 100 are arranged in parallel alignment to one another, and the magnet arrangement 8 is located between these in an analogous alignment. In addition, a measuring element 302 of a corresponding measuring device, which has a scale 306 and a reference track 308, is arranged on the upper side of the metallic carrier element.
[0037] Die Unterseite des metallischen Trägerelements ist gemäß Fig. 6B The underside of the metallic carrier element is according to FIG. 6B
identisch zu dessen Oberseite bestückt und trägt neben zwei Equipped identically to its top and carries two in addition
Linearführungseinrichtungen 100 die Magnetanordnung 8 sowie ein Maßelement 302 einer Messvorrichtung umfassend einen Maßstab 306 und eine Referenzierspur 308. Die Ausrichtung der Linear guide devices 100, the magnet arrangement 8 and a measuring element 302 of a measuring device comprising a scale 306 and a reference track 308. The alignment of the
Linearführungseinrichtungen 100 und der Magnetanordnung 8 an der Unterseite des metallischen Trägerelements ist identisch und liegt hierbei senkrecht zu der Ausrichtung der Linearführungseinrichtungen 100 und der Magnetanordnung 8, welche an der Oberseite des metallischen Trägerelements angeordnet sind. Linear guide devices 100 and the magnet arrangement 8 on the underside of the metallic carrier element is identical and is perpendicular to the alignment of the linear guide devices 100 and the magnet arrangement 8, which are arranged on the upper side of the metallic carrier element.
[0038] Es ist denkbar, zwei oder mehr der vorstehend beschriebenen It is conceivable to use two or more of the above-described
Zweiachspositioniervorrichtungen miteinander zu kombinieren. Zudem ist denkbar, eine vorstehend beschriebene To combine two-axis positioning devices. It is also conceivable to use one described above
Zweiachspositiniervorrichtung mit einerweiteren Positioniervorrichtung, etwa einer weiteren Linearpositioniervorrichtung oder einer Two-axis positioning device with a further positioning device, for example a further linear positioning device or a
Rotationspositioniervorrichtung oder einer Kipppositioniervorrichtung zu kombinieren. Rotation positioning device or a tilt positioning device to combine.
[0039] Bezugszeichenliste List of reference symbols
1 Zweiachspositioniervorrichtung 1 two-axis positioning device
2 Basiselement 2 basic element
3 erstes Positionierelement 3 first positioning element
4 zweites Positionierelement 4 second positioning element
5 Leiterplatte metallisches Trägerelement 5 circuit board metallic carrier element
Spulenelement Coil element
Magnetanordnung Magnet arrangement
flexibles Verbindungselement flexible connector
T rägerplatte Carrier plate
Trägerplatte Carrier plate
Linearführungseinrichtung Linear guide device
Steckerelement Connector element
Messvorrichtung Measuring device
Maßelement (der Messvorrichtung 300) Sensor (der Messvorrichtung 300) Maßstab (des Maßelements 302) Referenzierspur (des Maßelements 302) Measuring element (of measuring device 300) Sensor (of measuring device 300) Scale (of measuring element 302) Referencing track (of measuring element 302)

Claims

Ansprüche Expectations
Anspruch 1. Zweiachspositioniervorrichtung (1) umfassend ein Basiselement (2), ein erstes, gegenüber dem Basiselement (2) entlang einer ersten Richtung beweglich gelagertes Positionierelement (3), ein zweites, gegenüber dem ersten Positionierelement (3) entlang einer zweiten und von der ersten Richtung abweichenden Richtung beweglich gelagertes Positionierelement (4), einen ersten Antrieb zum Verstellen des ersten Positionierelements (3) entlang der ersten Bewegungsrichtung, einen zweiten Antrieb zum Verstellen des zweiten Positionierelements (4) entlang der zweiten Bewegungsrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass das stationäre Basiselement (2) und das zweite Positionierelement (4) eine Leiterplatte (5) aufweisen, und das erste Positionierelement (3) als metallisches Trägerelement (6) ausgeführt ist und zwischen dem Claim 1. Zweiachspositioniervorrichtung (1) comprising a base element (2), a first, relative to the base element (2) movably mounted along a first direction positioning element (3), a second, opposite the first positioning element (3) along a second and from the first direction deviating movably mounted positioning element (4), a first drive for adjusting the first positioning element (3) along the first direction of movement, a second drive for adjusting the second positioning element (4) along the second direction of movement, characterized in that the stationary base element (2) and the second positioning element (4) have a printed circuit board (5), and the first positioning element (3) is designed as a metallic carrier element (6) and between the
Basiselement (2) und dem zweiten Positionierelement (4) angeordnet ist. Base element (2) and the second positioning element (4) is arranged.
Anspruch 2. Zweiachspositioniervorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch Claim 2. two-axis positioning device according to claim 1, characterized
gekennzeichnet, dass wenigstens einer der beiden Antriebe als elektromagnetischer Antrieb umfassend wenigstens ein Spulenelement (7) und wenigstens eine Magnetanordnung (8) ausgeführt ist. characterized in that at least one of the two drives is designed as an electromagnetic drive comprising at least one coil element (7) and at least one magnet arrangement (8).
Anspruch 3. Zweiachspositioniervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch Claim 3. two-axis positioning device according to claim 2, characterized
gekennzeichnet, dass an dem metallischen Trägerelement (6) wenigstens eine Magnetanordnung (8) angeordnet ist, und die characterized in that at least one magnet arrangement (8) is arranged on the metallic carrier element (6), and the
Magnetanordnung mit einem gegenüberliegend vorgesehenen Magnet arrangement with one provided opposite
Spulenelement (7) zusammenwirkt. Coil element (7) cooperates.
Anspruch 4. Zweiachspositioniervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Spulenelement (7) in einer Leiterplatte (5) integriert ist. Claim 4. two-axis positioning device according to claim 2 or 3, characterized in that the coil element (7) is integrated in a printed circuit board (5).
Anspruch 5. Zweiachspositioniervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetanordnung (8) einem Claim 5. two-axis positioning device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the magnet arrangement (8) one
Halbach-Array entspricht. Anspruch 6. Zweiachspositioniervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens eine der Leiterplatten (5) ein Kommunikationsmodul integriert ist. Halbach array corresponds. Claim 6. Two-axis positioning device according to one of the preceding claims, characterized in that a communication module is integrated in at least one of the circuit boards (5).
Anspruch 7. Zweiachspositioniervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Leiterplatten (5) Aufnahmeeinrichtungen für ein Lager oder für ein Sensorelement aufweist. Claim 7. Two-axis positioning device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the circuit boards (5) has receiving devices for a bearing or for a sensor element.
Anspruch 8. Zweiachspositioniervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (5) des Basiselements (2) über ein flexibles Verbindungselement (9) elektrisch mit der Leiterplatte (5) des zweiten Positionierelements (4) verbunden ist. Claim 8. Two-axis positioning device according to one of the preceding claims, characterized in that the circuit board (5) of the base element (2) is electrically connected to the circuit board (5) of the second positioning element (4) via a flexible connecting element (9).
Anspruch 9. Zweiachspositioniervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (5) des Basiselements (2) identisch zu der Leiterplatte (5) des zweiten Claim 9. Two-axis positioning device according to one of the preceding claims, characterized in that the circuit board (5) of the base element (2) is identical to the circuit board (5) of the second
Positionierelements (4) ausgeführt ist. Positioning element (4) is executed.
Anspruch 10. Computerprogrammprodukt, das dazu ausgebildet ist, ein Claim 10. Computer program product which is designed to be a
digitales Abbildung der Zweiachspositioniervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zu erzeugen. to generate digital imaging of the two-axis positioning device according to one of the preceding claims.
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