JP4402112B2 - 位置測定システムを備えた平型直接駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、移動子の走行移動を制御するための位置測定システムを含む平型直接駆動装置（プレーナモータとも呼ばれる）に関する。この種の直接駆動装置は平らな走行面を有する受動ユニットを持ち、その走行面内に磁束範囲が組み込まれている。この受動ユニットはモータの固定子を形成する。更に、可変磁束を発生するためのコイル体を有し受動ユニットの走行面上を移動できる少なくとも１つの能動ユニット（移動子）が設けられている。更に、直接駆動装置は、能動ユニットと受動ユニットとの間で摩擦の少ない２次元運動を可能にする軸受ユニットを含む。

独国特許出願第１９５１３３２５号明細書から、例えばリニア平型駆動装置内で使用するためのホールセンサ位置測定装置が公知である。このために複数のホールセンサが能動ユニットに組み込まれ、これらのホールセンサは能動ユニットと受動ユニットとの相対運動に基づいて発生する磁界変化を検出する。このために受動ユニットの走行面上における歯部分はセンサによって走査される実量器を形成する。しかし、それによって、平型駆動装置の位置決め精度が制限され、その位置決め精度は歯部分およびその精度に依存する。この公知の位置測定方法の使用によって、２０〜４０μｍの範囲にある位置決め精度が得られる。他の問題は、位置決め精度が周囲条件、特に受動ユニットの温度にも依存することにある。受動ユニットの走行面は、大部分が、比較的大きな温度係数を持つ金属材料（とりわけ軟鉄材料）から成っている。周囲温度の変化に基づいて、そして運転に起因する固有の加熱にも基づいて走行面の相当の膨張作用が現われるので、実量器自体が所望の位置決め精度に対して著しい長さ伸張を生じる。この種の直接駆動装置を高い精度要求を有する位置決め任務のために使用しようとする場合、このような誤差はもはや許容できない。多くの技術分野における一層の小型化は、むしろ、従来知られている組込み式位置決め装置では達成できない高い位置決め精度を必要とする。

より高い測定精度は、例えば、例えばレーザ干渉計またはガラススケールを利用した外付け測定システムが使用される場合に得られる。しかしながら、このためには、大きくて重い位置測定用標準器が能動ユニットによって一緒に運ばれなければならないか、または外部の実量器への結合が必要である。このような構成は特に平型駆動装置の場合には問題である。なぜならば、能動ユニットは大きな走行面上を２次元方向に任意に移動可能であるべきであるからである。光学的測定方法の使用も実際には制限的にしか可能でない。なぜならば、測定光線の光路がしばしば他の要素（例えば走行面上で移動可能な他の能動ユニット、ケーブル等）によって妨害されるからである。

これに関連して、独国実用新案第２０２１０３０５号明細書から、１次部分に固定された読取ヘッドと移動子に付けられた測定条帯とからなる位置測定システムが使用されている高速度リニアモータの位置決め台が公知である。この場合における問題点は、測定条帯を移動時に傷つけないために軸受間隙が大きくされなければならないことにある。それによって最大推進力が激減する。更に、読取ヘッドは１次部分の特定個所に固定配置されているので、貼り付けられた測定条帯の範囲においてのみ、正確な位置決定が可能である。測定条帯によって検出された移動範囲の外側では位置測定システムは使用できない。

それゆえ、本発明の課題は、従来知られている組込み式位置測定システムよりも高い位置決め精度を持ちかつ同時に外付け位置測定システムの欠点を回避する位置測定システムを有する改善された平型直接駆動装置を提供することにある。特に、本発明は、直接駆動装置の能動ユニットを受動ユニット上の予め定められた固定点に対して高い精度で位置決めすることを可能にしようとするものである。しかも、移動される構成要素の簡単かつ正確な位置決めを可能にする能動ユニットの構造形態も提供しようとするものである。更に、能動ユニットと協力して高い位置決め精度のほかに種々の工具ホルダもしくは工作物ホルダの十分な標準化も可能にする準静止構成要素のための簡単な取付け可能性を提供することも課題の一部である。

これらの課題および他の課題は、本発明により、位置測定システムが可動構成要素と準静止構成要素とから構成され、それらのうち一方が実量器によって、他方が測定センサによって構成されていることによって解決される。

準静止構成要素は、軸受間隙の外側の予め定められた固定点に、かつ走行面に対してほぼ平行に、ただし走行面から垂直方向に隔てて配置されている。例えば実量器であり得る準静止構成要素は走行面または軸受間隙内に組み込まれる必要がないので、準静止構成要素は磁束によって発生される推進力への悪作用を持たない。更に、準静止構成要素は、例えばそれが走行面上に持ち込まれた場合よりも良好に損傷から保護されている。

更に、本発明によれば、可動構成要素は、この可動構成要素が準静止構成要素の到達時に準静止構成要素とで測定状態に入るように、能動ユニットに配置されている。光式または磁気式の測定構成要素の場合、機械的に測定状態に入ることは必要でない。位置測定システムの機能のためには、両構成要素が十分近くに互いに隣り合って位置決めされているならば十分である。この機能的な測定状態が存在するかぎり、能動ユニットは、測定センサから供給された位置信号の評価のもとに制御もしくは調節される。このためには公知の制御もしくは調節システムを使用することができる。それによって、予め定められた測定面の内側で、能動ユニットの非常に正確な位置決めが可能である。このために、位置測定システムの構成要素として作用する実量器によって定められたこの測定面は、高い精度で位置決めが行なわれなければならない範囲に配置されるか、もしくはこの範囲において能動ユニットの構成部分として移動する。この範囲の外では能動ユニットは低い精度で位置決めされ、全地球測位システムが用いられるか、または直接駆動装置が従来のようにステップ運転で動作する。

本発明の第１の実施態様によれば、位置測定システムの準静止構成要素が、能動ユニットに接続されている適切な架台要素に固定されているので、準静止構成要素の永続的に固定された位置が得られる。複数の架台要素を準静止構成要素とともに受動ユニットの走行面上の定められた固定点に配置することが可能である。これらの架台要素は例えば種々の作業任務を実施するための工具モジュールであるとよい。能動ユニットは、これらの固定点もしくは工具モジュール間で任意に移動可能であり、その都度これらの固定された測定点の近くで高精度の位置測定システムが使用できる。

第２の実施態様において、準静止構成要素は固定モジュールに組み込まれ、固定モジュールの位置は、受動ユニットの平面内において、受動ユニットに固定された少なくとも１つの機械的固定手段によって定められ、固定モジュールを受動ユニットの走行面上に固持する少なくとも１つの保持磁石が固定モジュール内に組み込まれている。機械的固定手段はとりわけ固定ピンとして構成されているので、固定モジュールは特殊な工具なしに受動ユニットの走行面上の意図された位置に設置され、そこに固定ピンによって走行面の平面内に高精度で配置されている。運転中に固定モジュールの位置ずれを回避し、相応の力を受けとめ得るようにするために、永久磁石が受動ユニットに対する安定な結合を作り出す。

更に変更を加えられた実施態様において、準静止構成要素は受動ユニットに強固に結合されているのではなく、寧ろ受動ユニットに対して相対的にかつ第１の能動ユニットに対しても相対的に移動可能である第２の能動ユニットに固定されている。定められた任務のためには、複数の移動可能な能動ユニット間の相対的位置を高精度で定め得るならば十分である。この場合に受動ユニットの走行面上での能動ユニットの絶対的な位置は重要ではなく、もしくは同一精度を持つことは重要ではない。この場合にも、能動ユニットが予め与えられた任務の実行のために互いに直ぐ近くに移動されなければならない限り、位置測定システムが相応の位置信号を供給すれば十分である。これに関連して言及するに、直接駆動装置の反復精度は、従来の全地球測位システムの使用時またはステップ運転時にも、約３０〜４０μｍにしかない位置決め精度よりも著しく高い。従って、走行面上においては、高精度ですなわち約２〜３μｍの反復精度で（準静止構成要素を担持する）第２の能動ユニットが運ばれる固定点が決まる。この固定点に関連して、上記測定面の内部では、説明した組込み式位置測定システムの高い位置決め精度を使用することができる。

位置測定システムの可動構成要素は能動ユニットのコイルシステムに対して垂直方向にずらされて外側から接近可能な範囲に配置されていると特に好ましい。このために、能動ユニットは多層構造を有するので、可動構成要素およびこれへの接近は本来の駆動要素の最適な構成を妨げない。この多層構造は、なおも、ここでも可動構成要素に対して垂直方向にずらされて工作物ホルダが取り付けられ、工作物ホルダが直接駆動装置のその都度の任務もしくは移動すべき工作物／工具に合わせられていることによって拡張される。更に、この構成は、実量器もしくは測定センサが位置決めすべき工作物／工具の直ぐ近くに固定され、それによって傾斜誤差が明白に低減されるという利点を有する。位置測定は、関心のある最も重要な位置を有する工作物の直ぐ近くで行なわれる。より高いオーダの測定誤差は測定結果に非常に僅かしか作用を及ぼさない。

位置測定システムから能動ユニットを結合解除することならびに可動構成要素を工作物ホルダに同時に結合することは、能動ユニットが種々の工作物ホルダを搬送することができ、工作物ホルダがその都度位置測定システムの専用の可動構成要素を一緒に案内するモジュール解決策も可能にする。

実量器として十字形格子板を使用するのが好ましく、一方測定センサとしては特に光センサまたは磁気センサが適している。同様に実量器として格子フィルムを使用することができる。

能動ユニットは走行面に対して平行に配置された保持枠を有し、この保持枠に担持板が交換可能に位置決めされていると好ましい。この場合に、位置測定システムの可動構成要素は、能動ユニットのコイルシステムと担持板との間にある１つの平面内に配置されている。可動構成要素は担持板の裏面にあるのが好ましい。能動ユニットのこの構成によって、実量器と走行面との間の平行ずれを非常に僅かに、例えば５０μｍよりも小さく保つことができる。それによって位置測定システムの精度が高められる。

別の実施態様において、担持板は、担持板の交換時にも高い反復精度を保証することができるように、保持枠内に特別な位置合わせ手段を介して固定されている。この位置合わせ手段は、例えば保持枠内の永久磁石と、永久磁石に対向位置する担持板内の鉄ピンとにより構成されている。その結果生じる位置合わせ手段の磁力は、位置合わせ手段が例えば３点原理に従って配置されているならば、保持枠での担持板の位置が明確に定まる。しかしながら、位置合わせ手段は、ばね力で付勢された押圧球および関連したくぼみによっても、あるいは他の適切なシステムよっても構成することができる。

本発明により平型直接駆動装置において上述の位置測定システムを使用することによって、例えばホールセンサシステムを使用した場合もしくはマイクロステップ運転で直接駆動装置を制御した場合よりも高い精度が可能であることを想起すべきである。カメラ支援された画像評価による部分的に適用された位置決定に比べても、ここで使用された測定システムは著しい利点を有する。なぜならば、著しく少ないデータを処理すればよく、それゆえ直接駆動装置の高速調節を行なうことができるからである。

更に、本発明にとって重要なことは、受動ユニット自体もしくはその上に形成された走行面がもはや測定系に組み込まれていないことである。それによって、その他の必要な調整作業が省略される。

更に、直接駆動装置と位置測定システムとの間のここに提示された結合は、位置測定システムの構成のために市販の通常の構成要素を使用することができるので、明白なコスト低減を可能にし、実量器は使用可能な走行面全体よりも著しく小さく設計することができる。

更に、個々の固定点間での能動ユニットの移動のために、従来の全地球測位システムを使用することができる。なぜならば、この移動のためには高い精度が要求されないからである。同様に固定点間においては駆動装置のステップ運転も可能であり、予め与えられた区間に沿った移動時の絶対的な精度に比べて高い反復精度を利用することができる。

以下において図面を参照しながら説明する有利な実施形態により、他の利点、詳細および実施態様を明らかにする。
図１は１つの受動ユニットおよび２つの能動ユニットを有する本発明による平型直接駆動装置の簡略化された側面図、
図２は本発明による直接駆動装置を応用した複数の作業モジュールを備えた製作ユニットを上から見た原理図、
図３は位置測定システムを有する平型直接駆動装置の変更された実施形態の簡略化された側面概観図、
図４は図３に示された直接駆動装置の能動ユニット上に配置された固定モジュールの部分的に破断された側面詳細図、
図５は図４に示された固定モジュールの基板の底面図、
図６は図３に示された直接駆動装置の能動ユニットの側面図、
図７は図６に示された能動ユニットの支持フレームの上面図、
図８は図６に示された能動ユニットの支持板の側面図を示す。

図１に示された平型直接駆動装置は受動ユニット１を含み、受動ユニット１はその上面に走行面２を有する。走行面２には例えば十字に延びる歯部分が形成され、この歯部分は磁化可能な歯および磁化可能でない歯間隙からなる。このような直接駆動装置の一般的な構成は当業者にとって公知であるので、この平型直接駆動装置（プレーナモータ）の動作の詳しい詳細な説明は省略する。

更に、直接駆動装置は、適切な電流供給によって走行面上を少なくとも２つの移動方向に移動され得る第１の能動ユニット３を持つ。能動ユニット３と受動ユニット１との間の磁気引力にもかかわらず移動を可能にするために、直接駆動装置の運転中に軸受間隙４を維持する軸受ユニットが必要である。とりわけこのためには走行面２と能動ユニット３との間に空隙を発生する空気軸受（図示されていない。）が適している。

振動特性および加速度特性に関しては、鉄心を含み場合によっては永久磁石を含む比較的重いコイルシステムを能動ユニットの下部範囲（平面I）に配置すること、従って推進力が発生される平面Iである走行面２の近くにできるだけ配置することが好ましい。能動ユニットのその平面I上に位置する中間範囲（平面ＩＩ）には、例えばエネルギー供給のために必要な電気回路および端子要素の如き補助要素５を設けるとよい。能動ユニットの第３の平面（平面ＩＩＩ）には測定用構成要素空間６が設けられている。測定用構成要素空間６の内部には第１の能動ユニット３において位置測定システムの可動構成要素７が存在する。図示の例において、可動構成要素７は実量器として用いられる十字形格子である。位置測定システムが位置変化を１方向にのみ監視すべきである場合、十字形格子は例えばガラススケールによって置き換えることができる。可動構成要素７は、第１の能動ユニット３に対しては固定されているが、しかし受動ユニットに対しては能動ユニットと共に移動される。

位置測定システムが評価可能な位置信号を発生することができるためには、準静止構成要素８と呼ばれる第２の構成要素が必要である。図１に示された実施形態において、準静止構成要素８は可動構成要素７に対して静止状態と見なされる測定センサである。可動構成要素７が測定センサ８の検出範囲に達するかぎり、測定センサ８から第１の能動ユニット３の移動に依存した測定信号が発生される。位置測定システムが位置決定のために使用可能である局所的な測定範囲は、図示の例では十字形格子７の面にほぼ相当する測定面９によって決まる。より正確に言うならば、測定面９は、位置測定システムの両構成要素７，８が機能的に測定状態に入っている範囲、すなわち評価可能な位置信号を供給する範囲によって決定される。

当業者にとって周知のごとく、ここに説明する位置測定システムの測定精度は、高精度の実量器および適切な測定センサを使用する場合に、例えば、実量器として機能する走行面２の歯を走査することによって達成可能であった測定精度よりも著しく高い。

一部変更された実施形態では「全く逆の配置」も選択することができる。

図１に示された実施形態では、準静止構成要素８は受動ユニット１上で移動可能である第２の能動ユニット１０に固定されている。第２の能動ユニット１０は例えば第１の能動ユニット３と同じように構成されている。

従って、この応用例において、位置測定システムは、第１の能動ユニット３と第２の能動ユニット１０との間の相対的位置の決定に用いられる。正確な位置を得るために、第２の能動ユニット１０は、例えば、直接駆動装置の先行の較正中に正確に決定された規定の固定点に運ばれる。既述のとおり、固定点復帰時の反復精度はかなり大きい。引続いて第１の能動ユニット３は、位置測定システムの両構成要素７，８が測定状態に入るまで、第２の能動ユニット１０の近くへ移動される。可動の能動ユニットの更なる位置制御は、位置測定システムから供給された位置信号の評価のもとに行なわれるので、第２の能動ユニット１０もしくはその基礎をなしている固定点に対して第１の能動ユニット３の高精度の位置決めを行なうことができる。この場合に、複数の固定点を受動ユニット上に設け、それによって最終的に複数の測定面９を走行面の範囲に規定することももちろん可能である。

図１に示された能動ユニット３，１０は更に第４の動作平面（平面ＩＶ）を持ち、この平面は位置測定システムのそれぞれの構成要素の上側に配置されるとよい。これはそれぞれ１つの工作物ホルダ１１である。工作物ホルダ１１は適用例に応じて相応の工作物または必要な工具を担持する。工作物ホルダ１１は任務変更時に交換するために本来の能動ユニットに着脱可能に結合されているとよい。この場合に位置測定システムのそれぞれの構成要素７，８が工作物ホルダ１１に結合されかつこれと共に交換されると望ましい。このようにして、各工作物ホルダに、その都度の精度要求に合わせられた所望の実量器が付設されるとよい。従って、測定された位置は工作物担持体につながっており、能動ユニットにはつながっていない。それゆえ、工作物担持体の交換後に測定システムの新たな較正は必要でない。

図２には、複数の作業モジュール２０を有する簡略化して図示された製作ユニットが上から見た図で示され、ここでは本発明による直接駆動装置の変更された実施形態が使用される。複数の準静止構成要素８が架台要素もしくは作業モジュール２０を介して受動ユニット１に強固に固定結合されている。受動ユニット上には複数の作業モジュール２０を配置できることが分かる。図示の例では３つの作業モジュール２０および１つの移動可能な能動ユニット３が使用される。作業モジュール２０の位置は例えば取付けピン２１を介して予め与えられる。それにより、準静止構成要素８のための固定点も決まる。多くの場合、受動ユニット１に対するそれぞれの準静止構成要素８の絶対的位置は重要でないか、または高精度での絶対的位置は重要でない。なぜならば、位置決め任務にとって、移動可能な能動ユニット３の現在位置を再現する可動構成要素７に対して、例えば把持具の位置をマークする準静止構成要素８の間の位置を正確に決定することが重要であるからである。

移動可能な能動ユニット３は製作工程中にその都度所望の作業モジュール２０へ運ばれることができる。可動構成要素７は常に一緒に移動されるので、各作業モジュールのところで高精度の位置決めを行なうことができる。変更を加えられた実施形態においては、図２に従って、受動ユニット１の走行面２上に複数の移動可能な能動ユニットを配置することもできる。

図３には、平型直接駆動装置の変更を加えられた実施形態が側面概観図で示されている。受動ユニット１は架台３０上に置かれている。受動ユニット１の走行面を正確に水平に調整することができるように、適切なレベル調整要素３１が使用される。直接駆動装置は、この実施例においては、受動ユニット１の走行面２上で移動可能である単一の能動ユニット３のみを持っている。変更を加えられた実施形態においては、上述のとおり、複数の能動ユニットを設けることもできる。

更に、少なくとも１つの、通常は複数の作業モジュール２０が受動ユニットの縁に配置され、ここでは作業モジュールは固定モジュールと呼ぶことにする。移動可能な能動ユニット３の給電は、例えば受動ユニット上へ延びている給電ブリッジ３３から出発しているフレキシブル接続線３２を介して行なわれる。

図４には、固定モジュール２０および能動ユニット３が部分的に破断された側面詳細図で示されている。固定モジュール２０は、取付けピン２１を介して架台固定のストッパ枠縁２３に固定される基板２２を有する。基板２２と取付けピン２１とストッパ枠縁２３との間の結合は、一方では固定モジュールの簡単な交換を可能にし他方では受動ユニット１の走行面２の平面における固定モジュールの位置をかなり高精度にて予め与える高い嵌め合い精度で行なわれている。基板２２は寸法に関して標準化可能でありかつ種々の構造物を装備できるので、寸法に関して互換性のあるさまざまの種類の固定モジュールを提供することができる。１つのストッパ枠縁に、加工任務の変更時に他の固定モジュールと交換することができる複数のモジュールを配置することができる。

固定モジュール２０を特殊な工具なしに受動ユニットに固定するために、基板２２には、受動ユニット１の走行面２上に固定モジュール全体を引き付ける少なくとも１つの保持磁石２４が配置されているので、加工プロセスの実行時にも維持される永続的な位置が取られる。

受動ユニット１の縁には、ストッパ枠縁２３のすぐ近くに、またはこのストッパ枠縁の一体化構成部分として、端子箱２５が設けられ、端子箱２５を介して個々の固定モジュールへの運転電圧、電子制御信号、液圧もしくは空気圧またはその他の媒体の供給を行なうことができる。固定モジュール２０と端子箱２５との間には、速やかな供給接続を可能にしかつ固定モジュールの交換時のフレキシビリティを維持する簡単に着脱可能な差込接続を設けると好ましい。

更に、固定モジュール２０にはセンサアーム２６が固定され、固定モジュール２０を越えて外に突出したセンサアーム２６の端部に測定センサ２７が配置されている。測定センサ２７は位置測定システムにおいて準静止構成要素を形成している。能動ユニット３が固定モジュール２０の十分に近くに移動されると、測定センサ２７は能動ユニット３に固定されかつ測定システムの可動構成要素としての役割を果たす実量器３４とで測定状態に入る。

図５は前述の固定モジュール２０の基板２２を下から見た図で示す。ここに示された実施形態の場合には基板の底面に３つの切欠き２８が設けられ、これらの切欠き２８では必要に応じて保持磁石２４として動作する３つまでの電磁石が使用可能である。固定モジュール２０の必要な交換時には電磁石が電源から遮断されるので、固定モジュールは受動ユニットから容易に取り外すことができる。更に、基板２２の後ろの範囲には２つの孔２９が設けられ、これらの孔２９内には運転状態において取付けピン２１が入り込む。

図６は、図４に関連して更に詳しく説明された能動ユニット３の側面図を示す。駆動装置ブロック３５には推進力を発生するために必要とされる（図示されていない）コイルシステムが配置されている。駆動装置ブロック３５の下側には能動走行面３６があり、これは、直接駆動装置を実現するために公知のように受動ユニット１の走行面２と協動する。駆動装置ブロック３５の一方の側には保持枠３８を支えるスペーサブロック３７が固定されている。保持枠３８は好ましくは非磁性材料から作られ、能動走行面３６に対して平行に広がっているとよい。

あとで高い測定精度を得ることができるようにするために、保持枠３８は、能動ユニット３に固定された後に、保持枠３８の上面ができるかぎり能動走行面３６に対して平行に延びるように再度精密加工を受ける。直接駆動装置の運転中に能動走行面３６と受動ユニット１の走行面２との間に高い平行性が存在するので（特に空気軸受を使用した場合）、保持枠３８は受動ユニットにも非常に正確に位置合わせされている。受動ユニット上に固定モジュール２０を配置することによって、固定モジュールも受動ユニットに対して高い精度で位置合わせされているので、測定センサ２７と実量器３４（図４参照）とが測定状態に入る時にセンサと実量器との間の高い平行性が存在し、それによって平行ずれから生じる誤差が僅かとなる。

図７は保持枠３８を上から見た図で示す。保持枠３８は台座部分３９を持ち、この台座部分３９は組立て時にスペーサブロック３７上に載り、このスペーサブロック３７にねじ固定可能である。更に、中央の枠切欠き４０が設けられ、この切欠き４０の中に担持板４１（図８参照）が嵌め込み可能である。担持板４１を枠切欠き４０の中に速やかにかつ微細調整なしに位置合わせすることができるようにするために、図示の実施形態では保持枠３８の３つの位置に永久磁石４２が配置されている。これらは担持板４１に取り付けられている磁化可能な位置合わせピン４３と協働する。

図８は担持板４１を側面図で示す。担持板４１は、とりわけ磁化可能でない材料からなり、更に特別な使用目的に合わせられている。担持板の寸法は標準化されていると好ましく、担持板としては、例えばＤＩＮ３２５６１−Ｔ４による工作物担持板が使用される。このようにして異なる製造元によって工作物担持板または工具担持板を大量生産することができる。なぜならば、本発明による平型直接駆動装置に使用することができるようにするために、担持板の寸法を標準に従って設計しさえすればよいからである。担持板４１の上面に設置することのできる構造物はこのようにして極めて多岐にわたる。

当然、保持枠３８の寸法は、保持枠３８が担持板４１を最適に収容することができるように設計されている。図８から明らかのように、担持板４１には、保持枠３８に対する摩擦結合を作り出す位置合わせピン４３が配置されている。測定センサと一緒に位置測定システムを構成する実量器３４は担持板４１の裏面に取り付けられている。実量器３４として、例えば担持板４１の裏面に接着された十字形格子ガラススケールが使用できる。

受動ユニット上で複数の能動ユニットが同時に移動できることを想起すべきである。同様に複数の固定モジュールは受動ユニットの縁部範囲に配置されてもよいし、あるいは受動ユニットのそのために設けられた特別の範囲に配置されてもよい。新たに一部変更された実施形態において、測定センサが可動構成要素として能動ユニットに接続されているのに対して、実量器が準静止構成要素を形成していてもよいことは、当業者にとって容易に理解することができる。

本発明の更なる変更および構成が可能である。

１つの受動ユニットおよび２つの能動ユニットを有する本発明による平型直接駆動装置の簡略化された側面図 本発明による直接駆動装置を応用した複数の動作モジュールを備えた製作ユニットを上から見た原理図 位置測定システムを有する平型直接駆動装置の変更された実施形態の簡略化された側面概観図 図３に示された直接駆動装置の能動ユニット上に配置された固定モジュールの部分的に切断された側面詳細図 図４に示された固定モジュールの基板の底面図 図３に示された直接駆動装置の能動ユニットの側面図 図６に示された能動ユニットの支持フレームの上面図 図６に示された能動ユニットの支持板の側面図

符号の説明

１ 受動ユニット
２ 走行面
３ 第１の能動ユニット
４ 軸受間隙
５ 補助要素
６ 測定用構成要素空間
７ 可動構成要素
８ 準静止構成要素
９ 測定面
１０ 第２の能動ユニット
１１ 工作物ホルダ
２０ 作業モジュール／固定モジュール
２１ 取付けピン
２２ 基板
２３ ストッパ枠縁
２４ 保持磁石
２５ 端子箱
２６ センサアーム
２７ 測定センサ
２８ 切欠き
２９ 孔
３０ 架台
３１ レベル調整要素
３２ フレキシブル接続線
３３ 供給ブロック
３４ 実量器
３５ 駆動装置ブロック
３６ 能動走行面
３７ スペーサブロック
３８ 保持枠
３９ 台座部分
４０ 枠切欠き
４１ 担持板
４２ 永久磁石
４３ 位置合わせピン

Claims (21)

1. 磁束範囲を有する平らな走行面（２）を含む受動ユニット（１）と、可変磁束を発生するためのコイル体を有する能動ユニット（３）と、軸受間隙（４）の維持のもとに能動ユニットと受動ユニットとの間の摩擦のない２次元移動を可能にする軸受ユニットと、実量器および実量器を走査して位置信号を供給する測定センサを含む位置測定システムとを備えた平型直接駆動装置において、
   位置測定システムは可動構成要素（７）と準静止構成要素（８）とからなり、両構成要素のうち一方は実量器により構成され、他方は測定センサにより構成され、両構成要素は軸受間隙（４）の外側に走行面（２）に対して隔てて配置され、
   準静止構成要素（８）は、予め定められた固定点に、走行面（２）に対してほぼ平行にずらされて配置され、
   可動構成要素（７）は、この可動構成要素（７）が準静止構成要素（８）の到達時にこの準静止構成要素（８）とで測定状態に入るように、能動ユニット（３）に固定され、
   位置測定システムの両構成要素（７，８）が測定状態に入っているかぎり、能動ユニット（３）の位置制御が測定センサから供給された位置信号の評価のもとに制御または調節される
   ことを特徴とする平型直接駆動装置。
2. 準静止構成要素（８）は、能動ユニット（３）のコイル体によって必要とされた移動空間の外側において、走行面（２）に対して平行にずらされて配置されていることを特徴とする請求項１記載の平型直接駆動装置。
3. 準静止構成要素（８）は、架台要素に固定され、受動ユニット（１）に対して永続的に固定された位置を有することを特徴とする請求項１又は２記載の平型直接駆動装置。
4. 準静止構成要素（８）は、受動ユニット（１）に対して相対的にかつ第１の能動ユニット（３）に対して相対的に移動可能でありしかも予め与えられた固定点に移動可能である第２の能動ユニット（１０）に固定されていることを特徴とする請求項１又は２記載の平型直接駆動装置。
5. 準静止構成要素（８）は固定モジュール（２０）に組み込まれ、固定モジュール（２０）の位置は、受動ユニット（１）の平面内において、受動ユニット（１）に固定された少なくとも１つの機械的固定手段（２１，２３）によって定められ、固定モジュール（２０）を受動ユニット（１）の走行面（２）上に固持する少なくとも１つの保持磁石（２４）が固定モジュール（２０）内に組み込まれていることを特徴とする請求項１又は２記載の平型直接駆動装置。
6. 機械的固定手段は、受動ユニット（１）の縁部において架台固定された１つのストッパ枠縁（２３）とストッパ枠縁（２３）および固定モジュール（２０）内に嵌り込む複数の固定ピン（２１）とを含み、保持磁石（２４）は１つ又は複数の電磁石を含むことを特徴とする請求項５記載の平型直接駆動装置。
7. 複数の準静止構成要素（８）が複数の互いに隔てられた固定点に配置されていることを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の平型直接駆動装置。
8. 複数の固定点は、受動ユニット（１）上に固定されている複数の固定モジュー（２０）によって構成されていることを特徴とする請求項７記載の平型直接駆動装置。
9. 共通な受動ユニット（１）上に移動可能な複数の能動ユニット（３，１０）を備え、能動ユニット（３，１０）はそれぞれ可動構成要素（７）および／または準静止構成要素（８）を含むことを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の平型直接駆動装置。
10. 可動構成要素（７）は、能動ユニット（３）のコイルシステムに対して垂直方向にずらされて、外側から接近可能な範囲に配置されていることを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の平型直接駆動装置。
11. 可動構成要素（７）は、能動ユニット（３）上へ載せられた工作物ホルダ（１１）に対して垂直方向にずらされて固定されていることを特徴とする請求項１０記載の平型直接駆動装置。
12. 可動構成要素（７）は、工作物ホルダ（１１）と共に、能動ユニット（３）に交換可能に結合されている構造ユニットを形成することを特徴とする請求項１１記載の平型直接駆動装置。
13. 能動ユニット（３）は、その能動走行面（３６）に対して平行に配置された保持枠（３８）を有し、保持枠（３８）に担持板（４１）が交換可能に位置決めされ、可動構成要素（７）は、能動ユニット（３）のコイルシステムと担持板（４１）との間の平面に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１２の１つに記載の平型直接駆動装置。
14. 可動構成要素（７）は、担持板（４１）の裏面に固定されている平面状の実量器（３４）によって構成されていることを特徴とする請求項１３記載の平型直接駆動装置。
15. 実量器（３４）は、能動ユニット（３）の能動走行面（３６）に対する平行ずれが５０μｍよりも小さい十字形格子板であることを特徴とする請求項１４記載の平型直接駆動装置。
16. 保持枠（３８）における予め定められた位置に担持板（４１）を位置決めするために、保持枠（３８）と担持板（４１）とに、磁気的な引力によって協動する位置合わせ手段（４２，４３）が存在することを特徴とする請求項１３乃至１５の１つに記載の平型直接駆動装置。
17. 位置合わせ手段は、それぞれ保持枠もしくは担持板にはめ込まれている複数の永久磁石（４２）および対向する磁化可能な位置合わせピン（４３）によって構成されていることを特徴とする請求項１６記載の平型直接駆動装置。
18. 測定センサとして光センサまたは磁気抵抗センサが用いられることを特徴とする請求項１乃至１７の１つに記載の平型直接駆動装置。
19. 全地球測位システムが設けられ、この全地球測位システムにより、位置測定システムの両構成要素（７，８）が測定状態に入っていない限り、能動ユニット（３，１０）の移動が制御されることを特徴とする請求項１乃至１８の１つに記載の平型直接駆動装置。
20. 位置測定システムの両構成要素（７，８）が測定状態に入っていない限り、能動ユニット（３，１０）の移動がステップ動作で行なわれることを特徴とする請求項１乃至１９の１つに記載の平型直接駆動装置。
21. 軸受ユニットは空気軸受であることを特徴とする請求項１乃至２０の１つに記載の平型直接駆動装置。

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