KR19990082167A - 변위 유닛의 모듈 시스템을 가지는 변위장치 - Google Patents
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Abstract
제 1 부분(1) 및 제 2 부분(3)을 가지는 변위 장치는 변위 방향으로 서로에 대해 변위 가능하다. 상기 제 1 부분(1)은 제 1 부분(1) 및 제 2 부분(3)간에 나타나는 예비장력에 대해 제 2 부분(3)에 대하여 가압되는 다수의 접촉체(7)를 구비한다. 접촉체(7)는 제 1 부분(1)에 대해 단계적으로 이동가능하며 또한 변위 방향에 대해 수직으로 변위가능하다. 접촉체(7)의 단계적 운동은 접촉체(7) 및 제 2 부분(3)간에 나타나는 마찰력의 영향을 받아 변위방향으로 제 1 부분(1) 및 제 2 부분(3)의 서로에 대해 변위 원인이 되며, 제 1 부분(1) 및 제 2 부분(3)은 변위 방향에 대해 수직인 접촉체(7)의 변위를 통해 변위 방향에 대해 직각으로 서로에 대해 정밀한 위치로 지지된다. 그러므로 상기 접촉체(7)는 두 개의 기능을 가진다. 특별한 실시예에서, 접촉체(7)는 구형 접촉면(23)을 가지며, 접촉체(7)의 단계적 운동은 제 2 부분(3)위로 구형 접촉면(23)의 단일의 구름 이동이다. 본 발명에 따른 변위 장치는 변위 장치에 의해 X 방향에 대해 직각인 Y 방향에 평행하며 X 방향에 평행하는 베이스(95)에 대해 변위가능한 대물 테이블(99)로 제공되는 X-Y 테이블내에서 사용된다. 본 발명에 따른 변위 장치는 베어링 부시(117)내에서 회전 가능한 축(121)에 제공되는 스핀들 장치에서 또한 사용되며 변위 장치 수단에의해 베어링 부시(117)에 대해 축방향으로 변위가능하다.
Description
전제부에서 설명된 종류의 변위 장치는 EP-A-0 592 030 으로부터 공지된다. 상기 공지된 변위 장치에서 제 1 부분은 홀더를 구비하며, 제 2 부분은 축 방향내의 홀더에 대해서 변위 가능한 축을 구비한다. 각각의 제 1 부분의 접촉체는 축에 대응하여 고정될수 있는 클램핑 부재를 구비한다. 제 1 부분은 변화될수 있는 클램핑 부재간에 축방향으로 나타나는 거리를 수단으로 하며 홀더에 고정되는 이송 부재를 또한 구비한다. 상기 축은 클램핑 부재 및 이송 부재를 수단으로 변위 사이클에 따라서 축 방향으로 단계적으로 변위 가능하다. 2 개의 클램핑 부재의 제 1 클램핑 부재는 변위 사이클의 출발점에서 상기 축에 대하여 고정된다. 그다음 클램핑 부재간의 거리는 축이 제 1 클램핑 부재에 의해 축방향으로 변위 되도록 이송 부재의 수단에의해 증가된다. 실제로, 제 2 클램핑 부재는 축에 대하여 고정되며, 제 1 클램핑 부재는 작동되지 않는다. 클램핑 부재간에 거리는 축이 제 2 클램핑 부재에의해 축 방향안에서 그이상 변위되도록, 이송 부재의 수단에의해 그때 재차 감소된다. 끝으로, 제 2 클램핑 부재는 작동하지 않으며, 제 1 클램핑 부재는 축에 대하여 재차 고정된다, 그래서 변위 사이클은 반복된다. 클램핑 부재 및 이송 부재는 축방향내의 홀더에 대해 축의 매우 정밀한 변위가 성취되도록, 압전 물질로부터 제조된다.
공지된 변위 장치의 단점은 변위 방향에 대해 수직인 것으로 보여진 것과 같이 축의 위치가 홀더에 대해 나타나는 것으로, 정밀하게 한정되지 않는다. 상기 축은 홀더에 대해 변위 방향에 대해 수직인 클램핑 부재에 의해 지지된다. 클램핑 부재의 위치는 변위 방향에 대해 수직이나, 특별히 축의 직경에 의존되며 축 표면내의 국부 편차에의해 그리고 변위 방향내의 축 직경의 편차에 의해 영향을 받는다. 공지된 변위 장치는 변위 방향에 대해 수직인 방향안으로 정밀하게 한정되는 위치를 점유하는 축과 함께, 정밀한 베어링 지지 기능을 갖지 않는다. 상기 단점은 수많은 적용을 위해 공지된 변위 장치를 부적합하게 한다.
본 발명은 제 1 부분 및 제 2 부분이 접촉체 및 제 2 부분간에 생기는 마찰력의 영향을 받아 변위 방향으로 서로에 대해 변위 가능하도록 제 2 부분에대해 가압되며 액츄에이터에 의해 제 1 부분에 대해 단계적으로 이동 가능한 2 개 이상의 접촉체를 구비하는 제 1 부분이 제공되는 변위 장치에 관한 것이다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 변위 장치용으로 적합한 변위 유닛에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 변위 장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 도 1의 변위 장치에서 적합하게 사용하기위한 변위 유닛의 제 1 실시예를 도시한 사시도.
도 3a는 제 2도의 변위 유닛의 종단면도.
도 3b는 도 3a의 ⅢB-ⅢB 선을 취한 횡단면도.
도 4는 도 1의 변위장치에서 사용하기에 적합한 변위 유닛의 제 2 실시예를 도시한 사시도.
도 5는 도 1의 변위장치에서 사용하기에 적합한 변위 유닛의 제 3 실시예를 도시한 사시도.
도 6은 도 5의 변위 유닛의 평면도.
도 7a는 중립 위치에서 도 5의 변위 유닛을 개략적으로 도시한 도면.
도 7b는 제 1 극한 위치에서 도 5의 변위 유닛을 개략적으로 도시한 도면.
도 7c는 제 2 극한 위치에서 도 5의 변위 유닛을 개략적으로 도시한 도면. 도 8은 도 1의 변위장치에서 사용하기에 적합한 변위 유닛의 제 4 실시예를 도시한 사시도.
도 9는 도 7의 변위 유닛의 평면도.
도 10은 도 1에 도시된 바와 같이, 변위 장치에 제공되는 X-Y 테이블을 개략적으로 도시한 도면.
도 11은 도 1에 도시된 바와 같이, 변위 장치에 제공되는 스핀들 장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 12는 도 11의 스핀들 장치를 통해 개략적으로 도시한 횡단면도.
본 발명의 목적은 변위 기능을 추가로 갖는 전제부에 설명된 종류의 변위 장치를 제공하는 것이며, 또한 변위 방향에 대해 수직인 정밀한 베어링 지지 기능을 추가하며, 베어링 지지 기능을 위해 요구되는 다수의 부품이 제한 되는 것을 제공하는 것이다.
본 발명은 제 1 및 제 2 부분이 접촉체 및 제 2 부분간에 생기는 마찰력의 영향을 받아 변위 방향으로 서로에 대해 변위 가능하도록 제 2 부분에 대하여 가압되며 액츄에이터에의해 제 1 부분에 대해 단계적으로 이동 가능한 2개 이상의 접촉체를 구비하는 제 1 부분으로 제공되는 변위 장치에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 부분은 변위 방향에 대해 수직으로 서로에 대해 예비장력이 가해지며, 상기 접촉체는 변위 방향에 대해 수직으로 제 1 부분에 대해 변위 가능하며, 변위 방향에 대해 수직인 서로에 대한 상기 제 1 부분 및 제 2 부분의 위치는 변위 방향에 대해 수직인 상기 접촉체의 변위를 제어하는 것에 의하여 피드백 제어의 부분을 형성하는 센서에 의해 측정 가능한 변위 장치 인 것을 특징으로하는 상기 목적을 위한 것이다. 접촉체는 제 1 부분에 대해 단계적으로 이동 가능하기 때문에, 제 1 부분 및 제 2 부분은 변위 방향으로 서로에 대해 변위 할수 있다. 접촉체는 피드백 제어의 수단에의해 제어할 수 있는 변위 방향에 대해 수직인 접촉체의 변위 그리고 변위 방향에 대해 수직인 제 1 부분에 대해 추가로 변위할수 있으며, 제 1 부분 및 제 2 부분은 상기 부분이 변위 방향에 대해 수직인 방향으로 동일 시간에 상호간에 정밀하게 지지되는 변위 방향으로 상호간에 변위 가능하도록, 변위 방향에 대해 수직인 정밀한 방식으로 서로에 대해 위치될수 있다. 상기 사실은 접촉체가 베어링 지지 기능을 위해 요구되는 다수의 부품을 한정하는 두 개의 기능을 가진다.
본 발명에 따른 변위 장치의 특수한 실시예는 독립된 변위 유닛의 일부를 각각 형성하는 상기 접촉체는 관련된 접촉체의 단계적 운동 및 변위 방향에 대해 수직인 관련된 접촉체의 변위를 위해 독립된 액츄에이터 시스템이 제공되는 것을 특징으로한다. 독립된 변위 유닛의 사용은 변위 장치의 모듈 구조를 제공한다. 변위 장치의 간단하고 효과적인 구성이 성취되는 것에의해, 변위 장치의 설계 위상내에서 결정되는 것과 같은 다수의 접촉체는 간단하고 효과적인 방식으로 변위 장치내에서 성취된다.
본 발명에 따른 변위 장치의 다른 실시예는 상기 변위 장치는 3개 이상의 변위 유닛이 제공되며, 상기 접촉체는 가상의 환형 실린더의 표면의 일부를 구비하는 접촉면으로 각각 제공되며, 상기 변위 유닛은 상기 변위 방향에 대해 수직인 방향으로 작동할수 있는 2개 이상의 선형 액츄에이터를 각각 구비하는 것을 특징으로한다. 추가 실시예에서, 상기 변위 방향은 접촉체의 원통 접촉면의 중심에 수직을 이루며, 상기 3개의 접촉면은 서로에 접하며 평행 위치하는 것이 바람직하다. 서로의 변위 및 두 부분의 베어링 지지는 제 2 부분과 접촉하는 제 1 부분의 3개의 접촉체의 2개 이상에서 일어나는 반면, 접촉체는 그의 중심에 대한 한정된 각도를 통해 회전 이동을 수행한다. 접촉체의 회전 이동이 종료될 때, 관련 접촉체는 제 2 부분으로부터 분리되며 회전 운동의 출발점에 대해 대향 방향으로 역회전되며, 상호간의 변위 및 두 개의 부분의 지지는 다른 접촉체에의해 지속된다. 변위 방향에 대해 수직인 접촉체의 변위는 관련된 변위 유닛의 두 개 선형 액츄에이터가 동일 방향으로 작동하는 것으로 성취되며, 여기에서, 접촉체의 회전운동은 대향 방향으로 작동되는 두 개 선형 액츄에이터에서 성취된다.
본 발명에 따른 변위 장치의 또다른 실시예는 상기 접촉체는 환형 실린더의 중심을 관통하는 가상 평면에서 변위 방향에 평행 연장되는 멤브레인에 의하여 대응되는 변위 유닛에 각각 체결되는 것을 특징으로한다. 상기 멤브레인의 사용은 상기 방향으로 선형 액츄에이터상에 기계적인 하중이 방지되도록 접촉면의 중심에 평행하며, 변위방향에 평행하는 변위 유닛에 대해 접촉체가 변위 가능한 것을 방지한다.
본 발명에 따른 변위 장치의 또다른 실시예는 상기 변위 장치는 3개 이상의 변위 유닛이 제공되는 동시에, 상기 접촉체는 가상 구체의 표면의 일부를 구비하는 접촉면으로 각각 제공되며, 상기 변위 유닛은 상기 변위 방향에 대해 수직으로 작동할 수 있는 3개 이상의 선형 액츄에이터를 각각 구비하는 것을 특징으로한다. 변위 유닛은 서로에 대해 수직인 2개의 변위 방향으로 변위가능한 변위 장치의 2개의 부분으로 구형 접촉면 및 3개의 선형 액츄에이터 수단을 각각 제공한다. 3개의 선형 액츄에이터의 사용은 구형 접촉면의 두 개의 상호간에 대해 수직인 중심에 대해 회전 가능한 접촉체를 만든다. 상호간 변위 및 2개 부분의 베어링 지지는 제 2 부분과 접촉되는 제 1 부분의 3개중 2개 이상의 접촉체인 것이 상기 실시예에서 재차 일어나는 반면, 접촉체는 구형 접촉면의 중심에 대한 한정된 각도를 통해 회전 이동을 수행한다. 접촉체의 회전 이동이 종료될 때, 관련 접촉체는 제 2 부분으로부터 분리되며 회전 이동의 출발점으로 원위치하는 대향 방향으로 회전되며, 상호간의 변위 및 2개의 부분의 베어링 지지는 다른 접촉체로 지속된다.
본 발명에 따른 변위 장치의 다른 실시예는 상기 접촉체는 변위 방향에 평행 연장되는 환형 멤브레인에 의하여 관련된 변위 유닛에 각각 체결되며, 상기 멤브레인의 중심은 구체의 중심과 일치하는 것을 특징으로 한다. 상기 멤브레인의 사용은 또한 이 실시예에서, 접촉체가 상기 방향으로 선형 액츄에이터상에 기계적인 하중을 방지하도록, 변위 방향에 평행하는 변위 유닛에 대해 변위 가능하다.
본 발명에 따른 변위 장치의 또다른 실시예는 상기 변위 유닛은 서로 정사각형으로 위치되며 변위 방향에 수직으로 작동되는 4개의 선형 액츄에이터로 각각 제공되는 것을 특징으로한다. 이 실시예에서 구형 접촉체는 구형 접촉면의 2개 상호간의 대해 수직인 중심에 대해 각각 회전 가능한 것으로 제 1 쌍의 액츄에이터는 서로에 접하여 배치되며 다른 한쌍의 액츄에이터는 대향 방향으로 작동하는 서로에 접하여 배치되므로, 회전 방향에 대해 수직인 접촉체의 변위는 4개의 액츄에이터가 동일 방향으로 작동하는 것으로 성취된다. 접촉체의 요구 이동은 상기 방식으로 액츄에이터의 단순 제어에 의하여 성취된다.
본 발명에 따른 변위 장치의 특별한 실시예는 제 1 브리지에 의해 상호 접속되는 제 1 쌍의 접촉면 및 제 2 브리지에 의해 상호 접속되는 제 2 쌍의 접촉면으로 각각 제공되는 2개 이상의 변위 유닛이 제공되며, 제 1 및 제 2 브리지는 변위 방향에 평행으로 보이는 상호 간격을 가지고 위치되며, 변위 방향에 대해 수직으로 연장되는 벤딩축에 대해 벤딩 가능한 벤딩 액츄에이터에 의해 그리고 벤딩 축에 대해 평행으로 연장되는 2개의 탄성 힌지를 거쳐 제 1 및 제 2 브리지에 접속되는 제 3 브리지에 의해 상호 접속되며, 각각의 변위 유닛의 접촉면은 서로 사각형 배치로 위치되며 벤딩 축에 평행하여 연장되는 독립된 선형 액츄에이터에의해 벤딩 축에 평행으로 각각 변위 가능한 것을 특징으로한다. 상기 실시예에서, 제 2 부분에 비례하는 변위 유닛의 변위는 다음과 같이 성취된다. 첫 번째로 서로에 대각선으로 대해 위치되는 접촉면의 제 1 쌍은 제 2 부분과 접촉을 야기하고, 서로에 대각선으로 대해 위치되는 접촉면의 다른 한쌍은 제 2 부분으로부터 분리된다. 그다음 벤딩 액츄에이터는 제 1 브리지 및 제 2 브리지가 제 2 부분과 접촉하는 접촉면에 대해 상호간에 대향 방향으로 회전되도록, 제 2 부분에서 분리되는 접촉면이 제 2 부분에 비례하는 변위 방향으로 변위 되도록, 벤딩 축에 대해 벤딩된다. 그다음 서로에 대해 대각선으로 배치된 접촉면의 다른 한쌍은 제 2 부분과 접촉을 야기하며, 서로에 대해 대각선으로 배치된 접촉면의 제 1 쌍은 제 2 부분으로부터 분리되어서, 벤딩 액츄에이터는 대향 방향으로 벤딩 축에 대해 벤딩된다. 결과적으로, 제 1 브리지 및 제 2 브리지는 변위 방향으로 변위되는 제 2 부분으로부터 접촉면이 분리 되도록, 제 2 부분과 접촉하는 접촉면에 대해 대향 방향으로 회전된다.
본 발명에 따른 변위 장치의 또다른 실시예는 서로에 대해 대각선으로 위치되는 변위 유닛 각각의 상기 접촉면은 벤딩 축에 평행 연장되는 2개의 탄성 힌지를 거쳐 서로에 대해 대각선으로 위치된 관련 접촉면에 각각 접속되는 2개의 브리지에의해 상호 접속되는 것을 특징으로한다. 서로에 대해 대각선으로 위치되는 접촉면의 한쌍 사이에서 얻어지는 거리는 제 2 부분과 접촉하는 접촉면에 대한 제 1 브리지 및 제 2 브리지의 회전동안 변화되지 않는다. 서로에 대해 대각선으로 위치되는 접촉면인 사실은 변위 유닛의 매우 견고한 구조를 안내하는 2개의 브리지에 의해 상호 접속된다.
본 발명에 따른 변위 장치의 또다른 실시예는 선형 액츄에이터가 적층 압전 액츄에이터인 것을 특징으로 한다. 적층 압전 액츄에이터의 사용은 제 1 부분에 비례하는 접촉체의 매우 정밀한 변위를 제공한다. 추가로, 변위 유닛의 치수는 매우 감소된다.
본 발명에 따른 변위 장치의 특별한 실시예는 벤딩 액츄에이터가 압전 벤딩 액츄에이터 인 것을 특징으로 한다. 압전 벤딩 액츄에이터의 사용은 변위 장치내에서 4개의 액츄에이터의 매우 정밀한 변위를 제공한다. 추가로, 변위 유닛의 치수는 매우 감소된다.
본 발명에 따른 변위 장치의 또다른 실시예는 상기 제 2 부분은 안내면을 구비하며, 상기 제 1 부분은 안내면에 대해 수직인 방향으로 제 2 부분에 대해 예비장력이 걸리며 상기 안내면과 제 1 부분의 접촉체의 협동을 통해 제 1 변위 방향과 제 1 변위 방향에 대해 수직인 제 2 변위 방향에 평행한 안내면을 따라 변위가능한 대물 테이블을 구비하며, 상기 제 1 부분은 각각의 변위 방향을 위해 3개 이상의 변위 유닛을 구비하는 것을 특징으로 한다. 상기 실시예에서, 변위 장치는 X-Y 테이블로 호칭되며, 그의 대물 테이블은 X- 방향에 대해 수직인 Y- 방향에 평행하며 X- 방향에 평행하는 안내면을 따라 변위 가능하다. 변위 유닛은 조합된 변위 기능 및 베어링 지지 기능을 가지는 것에의해, 단순한 구조의 X-Y 테이블이 제공된다.
본 발명에 따른 변위 장치의 또다른 실시예는 상기 제 2 부분은 안내면을 구비하며 제 1 부분은 상기 안내면에 대해 수직인 방향으로 상기 제 2 부분에 대해 예비장력이 가해지며 상기 안내면과 상기 제 1 부분의 접촉체의 협동을 통해 상기 제 1 변위 방향과 상기 제 1 변위 방향에 대해 수직인 제 2 변위 방향과 평행한 상기 안내면을 따라 변위 가능한 대물 테이블을 구비하며, 상기 제 1 부분은 각각의 4개의 변위 유닛의 4개의 그룹을 구비하며, 상기 그룹은 사각형 배치로 상호간에 위치되며, 한 그룹내의 변위 유닛은 서로 정사각형으로 배치되는 것을 특징으로한다. 변위 장치는 상기 실시예에서 X-Y 테이블 일뿐만 아니라, 변위 유닛은 구형 접촉면이 제공된다. 4개의 변위 유닛의 상기 4개 그룹의 사용은 안내면에 대해 대물 테이블을 특별하게 견고한 베어링 지지를 각각 성취한다. 변위 유닛은 구형 접촉면이 제공되므로, 각 변위 유닛은 X 방향에 대한 평행 변위 및 Y 방향에 대한 평행 변위 모두를 위해 사용될수 있다. 상기 변위 유닛은 상기 방식에서 최적으로 사용된다.
본 발명에 따른 변위 장치의 특별한 실시예는 제 1 부분은 베어링 부시를 구비하며 상기 제 2 부분은 환형-원통 안내부로 제공되며 환형 원통 안내부와 제 1 부분의 협동을 통해 베어링 부시내의 축방향으로 회전 및 변위 가능한 축을 구비하며, 상기 제 1 부분은 제 2 부분의 회전을 위한 3개 이상의 변위 유닛과 상기 제 2 부분의 축 변위를 위한 3개 이상의 변위 유닛을 구비하는 것을 특징으로한다. 상기 실시예의 변위 장치는 베어링 부시안에 회전가능하게 지지되는 축으로 변위가능한 스핀들을 구비한다. 변위 유닛은 협동하는 변위 및 베어링 기능을 가진다.
본 발명에 따른 변위 장치의 또다른 실시예는 상기 제 1 부분은 베어링 부시를 구비하며 상기제 2 부분은 환형-원통 안내부로 제공되며 환형 안내부와 제 1 부분의 접촉체의 협동을 통해 베어링 부시내의 축방향으로 회전 및 변위가능한 축을 구비하며, 상기 제 1 부분은 베어링 부시의 제 1 단부에 각각 근접한 4개의 변위 유닛의 4개의 그룹과 베어링 부시의 제 2 단부에 각각 근접한 4개의 변위 유닛의 4개의 다른 그룹을 구비하며, 상기 그룹은 베어링 부시 주위의 주변 방향으로 규칙적인 상호 공간으로 배치되며, 상기 한 그룹내의 변위 장치는 직사각형 배치로 상호 배치되는 것을 특징으로 한다. 상기 실시예에서, 재차로, 변위 유닛이 구형 접촉면을 갖는 반면, 변위 장치는 축방향으로 변위가능한 스핀들을 구비한다. 특히 베어링 부시내의 축을 지지하는 리지드 베어링이 성취되는 제 1 부분에서는 베어링 부시의 제 1 단부에 근접 및 제 2 단부에 모두 각각 근접되는 상기 4개의 그룹의 4개의 변위 유닛에 제공된다. 변위 유닛은 구형 접촉면이 제공되는 반면, 각 변위 유닛은 베어링 부시내에 축의 회전을 위해 그리고 베어링 부시에 대해 축의 축방향 변위 모두에 사용될 수 있다. 변위 유닛은 상기 방식으로 최적으로 사용된다.
본 발명이 도면을 참조하여 이하에 더욱 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 본 발명에 따른 변위 장치는 제 1 부분(1) 및 제 2 부분(3)을 구비한다. 상기 제 1 부분(1)은 하기에 상세히 기술된 방식으로 변위 방향 X에 대해 수직인 지지방향 Z에 평행으로 지지되며 변위 방향 X 에 평행인 제 2 부분(3)에 대해 변위될수 있다. 상기 목적을 위한 제 1 부분(1)은 접촉체(7)에 각각 제공되는 다수의 변위 유닛(5)을 구비한다.
도 2, 3a 및 3b에 도시된 바와 같이, 각각의 변위 유닛(5)은 제 1 부분(1)에 변위 유닛(5)이 고정되는 수단에의해 고정링(9)을 구비한다. 상기 변위 유닛(5)은 접촉체(7)가 제공되는 지지디스크(11)를 또한 구비한다. 지지디스크(11)는 정사각형 배치로 서로에 대해 위치되는 4개의 선형 액츄에이터(13)의 수단에의해 고정 링(9)으로 고정된다. 각각의 선형 액츄에이터(13)는 지지방향 Z에 평행 활동할수 있으며 지지방향 Z에 평행으로 연장되는 적층된 압전 액츄에이터를 구비한다. 변위 유닛은 하나의 부시(17)의 수단에의해 고정링(9)에 대해 고정되며 지지방향 Z 에 대해 수직을 이루어 연장되는 환형 멤브레인(15)을 또한 구비한다. 상기 멤브레인(15)은 지지디스크(11)에 대해 고정되는 내부 부시(21)를 위해 4개의 탄성 스포크(19)의 수단에의해 추가로 고정되며, 상기 4개의 스포크(19)는 멤브레인(15)에 의해 한정되는 가공의 평면내에 4개의 액츄에이터(13)사이에 연장된다.
도 1, 2 및 3a에 도시된 바와 같이, 각각의 변위 유닛(5)의 각각의 접촉체(7)은 가공의 구체의 표면의 일부를 구비하는 구형 접촉면(23)을 가진다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 구형 접촉면(23)의 중심 M 은 접촉면(23)이 고정링(9)에 대한 한정된 각을 통해 회전 가능하며 스포크(19) 및 멤브레인(15)의 탄성 변형하에서 멤브레인(15)의 면내에 상기 가공의 면의 각각 및 모든 중앙선에 대해 제 1 부분이 놓이도록, 환형 막(15)의 중심과 실제로 일치한다. 특히 중심선(25)의 일 측부에 나타나는 한쌍의 서로 근접한 액츄에이터(13' 및 13") 및 중심선(25)의 다른 측부에 나타나는 한쌍의 서로 근접한 액츄에이터(13"' 및 13"")가 상호간에 대향되는 방향으로 작용한다면 접촉면(23)은 중심선에 대해 회전 가능하며, 중심선(27)의 일 측부에 나타나는 한쌍의 서로 근접한 액츄에이터(13' 및 13") 및 중심선(27)의 다른 측부에 나타나는 한쌍의 서로 근접한 액츄에이터(13"' 및 13"")가 상호간에 대향되는 방향으로 작용한다면 접촉면(23)은 중심선에 대해 회전 가능하다. 추가로, 접촉면은 4개의 액츄에이터(13)가 동일 방향으로 모두 작동된다면 스포크(19) 및 멤브레인(15)의 탄성 변형하에서 그리고 지지 방향 Z 에 평행한 한정된 거리를 넘어서 변위될수 있다.
언급된 도 1은 본 발명에 따르는 변위 장치를 단지 개략적으로 도시하며 변위 장치는 변위 방향 X 에 대해 직각인 지지방향 Z 에 평행하는 제 1 부분의 변위를 위해 이론적으로 요구되는 최소 수의 3개 변위 유닛(5)만이 제공된다. 이하에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 변위 장치는 하나이상의 변위 방향으로 제 1 부분을 변위시키기 위해 다른수의 변위 유닛이 제공될수 있다. 그러나 변위 장치의 작용은 도 1의 개략적인 실시예를 참조하여 이하에 설명된다.
제 1 부분(1)은 도 1에 어떠한 상세도 도시되지 않은 예비장력 수단에의해 지지 방향 Z 에 평행하는 제 2 부분(3)에 대해 예비장력이 가해지며 통상적이고 원래 알려진, 예를들어 제 1 부분(1) 또는 전자기 예비장력 부재 또는 탄성 변형가능 예비장력 부재로 제공되는 가압되는 챔버를 구비한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 변위 유닛(5)의 액츄에이터(13)는 변위 장치의 전자제어 부재(29)에의해 제어된다. 상기 액츄에이터(13)는 제 1 부분(1)이 예비장력 수단의 예비장력에 대응되는 제 2 부분(3)에 대하여 지지 방향 Z에 평행하는 3 개 이상의 3개 접촉면(23)에 의해 지지되기 위해, 어떠한 순간에서 2 개 이상의 3개 구형 접촉면(23)이 제 2 부분(3)의 선형 안내부(31)에 대응하여 가압되는 것과 같이 제어 부재(29)에의해 제어된다. 도 1에 추가로 도시한 바와 같이, 변위 장치는 제 1 광학 위치 센서(33) 및 제 2 광학 위치 센서(35)를 포함하는 위치 센서 시스템을 구비한다. 상기 위치 센서(33 및 35)는 두 개의 다른 장소내의 지지 방향 Z에 평행하여 제 2 부분(3)에 대한 제 1 부분(1)의 위치를 측정하며 제 2 부분(3)에 속하는 프레임(37)에 고정된다. 지지 방향 Z에 수직이며 변위 방향 X에 대해 수직인 선회축(39)에 대한 제 1 부분(1)의 선회축 각도(φ) 및 지지 방향 Z 에 평행하는 제 2 부분(3)에 대한 제 1 부분(1)의 평균 위치는 두 개의 위치 센서(33 및 35)의 수단에 의해 측정될수 있다. 제어 부재(29), 위치 센서(33 및 35) 및 지지 방향 Z에 평행하는 접촉체(7)의 변위 수단에 의해 피드백 제어의 일부를 형성하는 액츄에이터(13)가 제어 될 수 있다. 제 1 부분(1)이 지지 방향 Z에 평행하는 접촉체(7)의 변위는 접촉체(7)의 수단에 의해 지지 방향 Z 에 평행하는 제 2 부분(3)에 대해 소정 위치내에 유지되는 것과 같이 상기 피브백 제어의 수단에의해 제어되며, 제 1 부분(1)의 선회축 각도(φ)는 소정 값을 갖는다. 접촉체(7)는 지지 기능뿐만 아니라 베어링 기능도 가진다, 예를들면, 제 1 부분(1)에서 지지 기능은 변위 방향 X에 대해 수직인 제 2 부분(3)에 대해 정밀하게 한정된 위치내에서 추가로 유지된다.
상기 설명된 바와 같이, 접촉체(7)는 동일 방향으로 액츄에이터의 작용을 통해 지지 방향 Z 에 평행하여 변위 가능할뿐만 아니라, 베어링 기능이 제공되어, 접촉체(7)가 대향 방향으로 액츄에이터(13)의 작용을 통해 구형 접촉면(23)의 중심(25 및 27)에 대해 한정된 각도를 통해 회전 가능하다. 도 1에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 변위 장치의 개략적인 실시예에서 접촉체(7)는 변위 방향 X 및 지지 방향 Z 에 수직으로 연장되는 중심(25)에 대해서만 회전되는 것이 언급 되었다. 만약 제 2 부분(3)에 대해서만 가압되는 접촉체(7)가 동일 각속도를 가지고 중심선(25)에 대해 회전된다면, 구형 접촉면(23) 및 제 2 부분(3)의 안내부(31)간에 순수 회전 이동이 일어나며, 제 1 부분(1) 및 제 2 부분(3)간에 충분한 예비장력(pretensioning force)이 제공된다. 이 회전 이동의 결과로서, 제 1 부분(1)은 접축면(23) 및 안내부(31)간에 나타나는 마찰력의 영향하에서 변위 방향 X 에 평행하여 제 2 부분(3)에 대해 변위된다. 접촉체(7)는 중심(25)에 대해 회전하기 때문에, 상기 접촉체(7)는 상기 회전의 결과로서 지지 방향 Z 에 평행하여 변위되지 않는다. 접촉체(7)의 베어링 기능 및 변위 기능은 각각의 중심(25)에 대해 접촉체(7)의 회전과 지지 방향 Z 에 평행하는 접촉체(7)의 변위의 수단에의해 서로에 독립적으로 수행된다.
2 개 이상의 구형 접촉면(23)은 변위 방향 X 에 대해 수직인 제 1 부분(1)을 지지하는데 필요하며 접촉체(7)는 한정된 각도만을 통해 회전 가능하기 때문에, 제 3 접촉체(7)는 한방향으로 제 1 부분(1)의 방해되지않는 변위를 제공하기 위해 필요하다. 변위 유닛(5)의 액츄에이터(13)는 제어 부재(29)의 수단에 의해 단계적 이동을 수행하게 각각 제어 된다. 단계적 운동시, 접촉체(7)는 출발 위치에서 종료 위치까지 한정된 각도를 통해 회전된다. 그다음 접촉체(7)는 제 2 부분(3)으로부터 분리되며, 종료 위치에서 출발 위치까지 후퇴하여 회전되고, 제 2 부분(3)에 대해 재차 가압되기 때문에. 단계적 이동이 반복된다. 120°위상각은 3개 접촉체(7)의 단계적 이동 사이의 각 시간에 위치하는 반면, 각 접촉체(7)의 귀환 회전은 비교적 짧은 주기내에서 발생된다. 이의 성취에 의해 2 개 이상의 3개의 접촉체(7)는 상기 제 2 부분(3)을 지지하기 위해 항상 제 2 부분(3)과 접촉한다.
상술된 접촉체(7)는 조합된 베어링 지지 및 변위 기능을 갖기 때문에, 제 1 부분(1)에 비례하는 제 2 부분(3)을 지지 및 치환에 필요한 다수의 부품이 한정되어 남는다. 적층 압전 액츄에이터(13) 및 피드백 제어의 사용은 지지 방향 Z 에 평행하여 지지하는 특별히 정밀한 베어링이 제공되지만, 추가로 변위 방향 X에 평행하는 제 1 부분(1)의 특별히 정밀한 변위를 성취할수 있다. 상기 목적을 위해 언급된 변위 장치는 예를들면, 변위 방향 X에 평행하는 제 2 부분(3)에 비례하는 제 1 부분(1)의 변위를 측정하기 위한 센서를 갖는 피드백 제어가 제공될수 있다. 변위 유닛(5)내에 상기 멤브레인(15) 및 스포크(19)의 사용은 적층 압전 액츄에이터(13)가 지지 방향 Z 에 수직방향으로 기계적으로 부하되지 않음에도 불구하고, 지지 방향 Z 에 평형하는 변위와 필요한 단계적 회전 운동을 수행하기 위한 충분히 가능한 운동을 갖는 접촉체(7)를 성취한다.
변위 장치의 모듈 구조의 이점은 접촉체(7)가 독립된 변위 유닛(5)에 각각 속하며, 변위 유닛(5)이 지지 방향 Z 에 평행하는 접촉체(7)의 변위와 접촉 몸체(7)의 단계적 이동을 위한 4개의 선형 액츄에이터(13)를 구비하는 독립된 액츄에이터 시스템에 각각 제공되는 것에 기인한다. 변위 장치의 설계 위상내에서 결정되는 바와 같이 요구되는 다수의 접촉체가 단순하고 효과적인 방식으로 변위 장치내에서 실행 가능한 것이 이하에서 나타난다. 이는 삼각형으로 서로 위치하는 3개의 선형 액츄에이터의 수단에의해 선택적으로 제공될수 있는 중심(25 및 27)에 대한 접촉체(7)의 회전 가능성 인 것이 또한 언급된다. 상술된바와 같이, 접촉체(7)의 요구되는 이동은 4개의 액츄에이터(13)가 사용된다면 액츄에이터(13)의 특히 단순한 제어에 의해 얻어진다.
상술된 바와 같이, 도 1에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 변위장치의 개략적 실시예에서 접촉체(7)는 변위 방향 X에 대해 수직인 상기 중심(25)에 대해서만 회전된다. 도 4는 앞서 설명된 변위 유닛(5) 대신에 도 1에 도시된 변위 장치에 사용하기 적합한 변위 유닛(41)의 제 2 실시예를 도시한다. 변위 유닛(5 및 41)의 대응 부품은 도 2 및 도 4에서 동일 참조 부호로 주어진다. 변위 유닛(41)은 가상의 환형 실린더의 표면의 일부를 포함하는 접촉면(45)을 가지는 접촉체(43)에 변위 유닛(41)이 주로 제공되기 때문에 상술된 변위 유닛(5)과 다르다. 중심선(47)을 갖는 원통 접촉면(45)은 멤브레인(15)의 평면내에 위치하며 변위 방향 X에 수직을 이루어 연장된다. 선형 액츄에이터(13' 및 13")는 중심선(47)의 일측에 위치되며, 선형 액츄에이터(13"' 및 13")는 중심선(47)의 타측에 위치된다. 변위 유닛(41)의 액츄에이터(13' 및 13"")는 항상 동일 방식으로 작동되며, 액츄에이터(13"' 및 13"")또한 동일 방식으로 작동된다. 한쌍의 액츄에이터(13' 및 13") 및 한쌍의 액츄에이터(13"' 및 13"")는 상호간에 대향방향으로 작동되며, 원통 접촉체(43)는 중심(47)에 대해 회전되는데 반해서, 접촉체(43)는 동일 방향내에 모두 4개의 액츄에이터(13)의 작동을 통해 지지 방향 Z 에 평행하게 바꾸어진다. 도 1의 변위 장치애에서 변위 유닛(41)의 사용은 또한 한방향내에 제 1 부분(1)의 방해받지않는 변위를 제공하기 위한 3개 이상의 변위 유닛(41)이 요구된다. 3개의 변위 유닛(41)은 변위 유닛(5)을 위해 상술된 동일한 방식으로 제어 부재(29)에의해 제어되며, 변위유닛(41)이 120°의 위상각을 상호간에 가지는 중심(47)에 대해 단계적 회전 이동을 수행하며, 순수 회전 이동은 원통 접촉면(45) 및 제 2 부분(3)의 안내부(31)간에 수행되고, 제 1 부분(1) 및 제 2 부분(3)간에 충분한 예비장력이 제공된다. 이는 중심(47)에 대한 접촉체(43)의 회전 이동이 또한 4개의 선형 액츄에이터(13) 대신 두 개의 선형 액츄에이터만이 사용되는 것으로 얻어질수 있으며, 두 개의 선형 액츄에이터가 예를 들어, 중심(47)의 어느 한측상에 위치된다. 중심(47)에 대한 접촉체(43)의 회전 자유도는 각각의 원통 접촉면(45)의 중심(47)이 직사각형 막의 긴쪽에 평행하는 직사각형 멤브레인에 의해 한정되는 가공의 면내에 위치하며, 환형막 대신 직사각형 막이 사용되는 것으로 얻어질 수 있다.
도 5 및 도 6은 도 1에 도시된 변위 장치에 사용되기 위해 적합한 변위 유닛(49)의 제 3 실시예를 도시한다. 상기 변위 유닛(49)은 상술된 변위 유닛(41)과 같이, 한 방향으로 평행하는 제 1 부분(1)의 변위를 위해서만 적합하다. 상기 변위 유닛(49)은 사각형으로 상호간에 배치되는 4개의 접촉면(51)을 구비한다. 상기 접촉면(51)은 독립된 선형 적층 압전 액츄에이터(53)의 수단으로 지지 방향 Z에 평행하여 각각 변위 가능하다. 접촉면(51' 및 51")의 액츄에이터(53' 및 53")는 변위 방향 X 에 횡단으로 또한 연장되는 제 2 브리지(55)에 체결되는 반면, 접촉면(51"' 및 51"")의 액츄에이터(53"' 및 53"")는 변위 방향 X 에 횡단으로 또한 연장되는 제 2 브리지(57)에 체결된다. 제 1 브리지(55) 및 제 2 브리지(57)는 도 1에 도시된 변위 장치의 제 1 부분(1)에 체결될수 있는 변위 유닛(49)의 수단으로 제 3 브리지(59)에 내부 접속되며 변위 방향 X에 평행으로 보여지며, 서로 이격되어 위치된다. 제 3 브리지(59)는 변위 방향 X 에 평행으로 연장하며, 지지 방향 Z에 평행으로 연장되는 제 1 탄성 힌지(61)의 수단으로 제 1 브리지(55)에 체결되며, 지지 방향 Z에 평행으로 또한 연장되는 제 2 탄성 힌지(63)의 수단에의해 제 2 브리지(57)에 체결된다. 탄성 힌지(61 및 63)의 사용은 제 3 브리지(59)에 대해 한정된 각도를 통해 회전 가능한 제 1 브리지(55) 및 제 2 브리지(57)가 되게 한다. 제 1 브리지(55) 및 제 2 브리지(57)는 상기 힌지(61 및 63)에 평행하며 지지 방향 Z 및 변위 방향 X에 평행으로 연장되는 벤딩 축(67)에 대해 벤딩될수 있으며 변위 방향 X 및 지지 방향 Z에 에 평행으로 연장되는 판형 압전 벤딩 액츄에이터(65)의 수단에의해 또한 서로 접속된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 벤딩 액츄에이터(65)는 변위 방향 X 에 횡단으로 연장되는 블레이드스프링(69' 및 69")의 수단에의해 제 1 브리지(55)를 체결하며, 벤딩 액츄에이터(65)는 변위 방향 X에 횡단으로 또한 연장되는 블레이드 스프링(71' 및 71")의 수단에 의해 제 2 브리지(57)를 체결한다.
변위 유닛(49)의 작용은 도 7a, 7b 및 7c를 참조하여 아래에 설명된다. 도 7a는 통전되지 않은 벤딩 액츄에이터(65)를 가지는 변위 유닛(49)을 개략적으로 도시한다. 상기 변위 유닛(49)의 이 중립 위치에서, 제 1 브리지(55) 및 제 2 브리지(57)는 변위 방향 X 에 수직으로 연장된다. 도 7a 에 도시된 중립 위치로부터의 출발하여, 대각선으로 대향되는 접촉면(51" 및 51"')은 변위 유닛(49)이 대각선으로 대향되는 접촉면(51' 및 51"")을 통해서만 제 2 부분(3)과 접촉하도록, 제 2 부분(3)에서 분리된다. 그후 벤딩 액츄에이터(65)는 제 1 방향으로 작동을 통해 벤딩축(67)에 대해 구부러진다. 제 1 브리지(55) 및 제 2 브리지(57)는 도 7b에 도시된 제 1 극한 위치에 도달하도록 제 3 브리지(59)에 관해서 대향 방향 이기 때문에 힌지(61 및 63)에 대해서 회전된다. 접촉면(51' 및 51"")은 제 2 부분(3)과 접촉으로 남겨지며 제 2 부분(3)에 비례해서 바뀌지 않으며, 제 1 부분(1) 및 제 2 부분(3)간에 충분한 예비 장력이 제공되며, 제 1 브리지(55) 및 제 2 브리지(57)는 접촉면(51" 및 51"')이 변위 방향 X에 평행하는 동일 방향내의 제 2 부분(3)에 대해 바뀌도록, 접촉면(51' 및 51"")에 대해 상호간 대향 방향으로 제 2 부분(3)에 대해서 회전한다. 도 7b 에 도시된 변위 유닛(49)의 제 1 극한 위치에서, 접촉면(51" 및 51"')은 제 2 부분(3)과 실질적인 접촉을 야기하므로, 접촉면(51' 및 51"")은 제 2 부분(3)으로부터 분리된다. 벤딩 액츄에이터(65)는 제 1 브리지(55) 및 제 2 브리지(57)가 도 7c 에 도시된 제 2 극한위치에 도달하도록 도 7b에 도시된 방향에 대향하는 방향으로 힌지(61 및 63)에 대해 제 3 브리지(59)에 대해서 회전하기 위해 벤딩축(67)에 대해 대향 방향으로 구부러진다. 접촉면(51" 및 51"')은 제 2 부분(3)과 접촉으로 남겨지며 제 2 부분(3)에 비례해서 바뀌지 않으며, 제 1 브리지(55) 및 제 2 브리지(57)는 접촉면(51" 및 51"')이 도 7b 에서 바꾸어지는 방향에 대응되는 방향으로 접촉면(51' 및 51"")이 변위 방향 X에 평행하는 제 2 부분(3)에 대해 바뀌도록, 도 7b 에 도시된 방향에 대향 방향으로 제 2 부분(3)에 관해서 접촉면(51' 및 51"")에 대해 회전한다. 상기 접촉면(51' 및 51"")은 재차 제 2 부분(3)과 접촉을 야기하고, 접촉면(51" 및 51"')은 제 2 부분(3)으로부터 재차 분리되며, 벤딩 액츄에이터(65)는 중립 위치의 통과하에서 변위 유닛(49)의 단계적 운동이 완료되도록, 도 7b 에 도시된 제 1 극한 위치내부로 재차 구부려지며, 다음 단계적 운동이 시작된다. 도 7a, 7b 및 7c 및 앞선 상세한 설명으로부터 나타낸 바와 같이, 변위 유닛(49)은 완전한 단계적 이동시 제 2 부분(3)에 비례하는 변위 방향 X 에 평행하는 한정된 거리를 넘어서 바뀐다.
변위 유닛(49)의 제 1 브리지(55) 및 제 2 브리지(57)가 상술된 방식으로 제 3 브리지(59)에 대해 회전된다면, 대각선으로 대향되는 접촉면(51' 및 51"")사이의 거리 및 대각선으로 대향되는 접촉면(51" 및 51"")은 동일하게 남는다. 변위 유닛(49)의 운동학적 특성은 도 1에 도시된 변위 장치내에서 재차 사용하기 적합한 도 8 및 도 9에 도시된 변위 유닛(73)의 제 4 실시예에서 사용된다. 상술된 그 변위 유닛(49)의 에 대응되는 도 8 및 9에서 변위 유닛(73)의 부품은 동일 참조 숫자로 주어진다. 상기 변위 유닛(73)은 변위 유닛(49)와 같이, 한 방향에 평행하는 제 1 부분(1)의 변위를 위해서만 적합하다. 변위 유닛(73)내의 제 1 브리지(55) 및 제 2 브리지(57)는 제 3 브리지(75) 및 제 4 브리지(77)의 수단에 의해 상호 접속된다. 제 3 브리지(75)는 대각선으로 대향되는 액츄에이터(53' 및 53"')에 상호 접속되는 반면, 제 4 브리지(77)는 대각선으로 대향되는 액츄에이터(53" 및 53"")에 상호 접속된다. 제 3 브리지(75)는 지지 방향 Z에 평행으로 연장되는 공통 힌지 축(81)을 갖는 두 개의 가요성 힌지(79 및 79')의 수단에의해 액츄에이터(53')에 체결되며, 지지 방향 Z에 평행으로 연장되는 공통 힌지 축(85)을 갖는 두 개의 탄성 힌지(83 및 83')의 수단에 의해 액츄에이터(53"")에 체결된다. 제 4 브리지(77)는 지지 방향 Z에평행으로 연장되는 공통 힌지 축(89)을 갖는 두 개의 탄성 힌지(91 및 91')의 수단에의해 액츄에이터(53"')에 체결되며, 지지 방향 Z에 평행으로 연장되는 공통 힌지 축(93)을 갖는 두 개의 탄성 힌지(91 및 91')의 수단에의해 액츄에이터(53"')에 체결된다. 변위 유닛(73)의 작용은 상술된 변위 유닛(49)의 작용에 대응된다. 상호간에 교차 브리지(75 및 77)의 사용은 변위 유닛(73)의 매우 견고한 구조를 만든다. 이는 변위 유닛(49, 73)이 단계적 운동중에 어느때라도 4개의 접촉면(51)의 2개 이상을 통해 제 2 부분(3)과 접촉하는 것이 언급된다. 2개의 변위 유닛(49, 73)만이 최소인 이 수단은 변위 유닛(49, 73)이 도 1의 변위 장치에서 사용될 때 지지 방향 Z 에 평행하는 제 1 부분(1)의 방해받지않는 베어링 지지를 제공하기위해 변위 방향 X에 평행하는 제 1 부분(1)의 방해받지 않는 변위를 제공하기위해 필요하다.
도 10은 본 발명에 따른 변위 장치에 제공되는 X-Y 테이블을 개략적으로 도시한다. X-Y 테이블은 X- 방향에 대해 수직인 Y- 방향에 평행하며 X-방향에 평행 연장되는 안내면(97)을 가지는 베이스(95)를 구비한다. X-Y 테이블은 또한 바꾸어지는 대물을 위한 지지면(101)을 갖는 대물 테이블(99)을 구비한다. 대물 테이블(99)은 통상 공지되는 도 10에 도시되지 않은 예비장력 수단에의해 안내면(97)에 대해 수직인 지지방향 Z 에서 베이스(95)에 대하여 예비장력이 가해진다. X-Y 테이블에서 사용되는 본 발명에 따른 변위 장치는 각각의 도 2에 도시되며 상술된 바와 같이 4개의 변위 유닛(5)의 4개 그룹(103)을 구비한다. 변위 유닛(5)의 구형 접촉체(7)는 베이스(95)의 안내면(95)과 협동된다. 개별 변위 유닛(5)은 단순화 목적으로, 변위 유닛(5)의 구형 접촉면(23)에 ○ 의 기호로 나타내는 수단에의해 각각 도 10에서만 개략적으로 나타낸다. 도 10에 도시된 바와 같이, 4개 그룹(103)은 대물 테이블(99)의 4개 코너(105)에 서로 근접한 사각형으로 배치되며, 그룹(103)내부에 4개의 변위 유닛(5)은 서로 정사각형으로 배치된다. 16개의 변위 유닛(5)이 X-Y 테이블의 제어 부재(107)에의해 제어된다. X-Y 테이블에 사용되는 본 발명에 따른 변위 장치는 베이스(95)에 대하여 고정 위치에 배치되는 3개 광학 위치 센서(109)를 또한 구비한다. 위치 센서(109)는 지지 방향 Z 에 평행하는 베이스(95)에 비례하는 대물 테이블(99)에의해 점유되는 위치를 측정 할뿐만 아니라, X- 방향에 평행을 지시하는 대물 테이블(99)의 주축방향(111)에 대해 대물테이블(99)의 선회축 각도φ를 측정하며, Y-방향에 평행을 지시하는 지지면(101)의 주축방향(113)에 대해 대물 테이블(99)의 선회축 각도 θ 를 측정한다. 제어부재(107)는 베이스(95)에 대해 지지 방향 Z 에 평행하는 소정 위치에 유지되는 대물 테이블(99)의 수단에의해 피드백 제어를 수행하며, 대물 테이블(99)의 수단에의해, 만약 소망된다면, X- 방향 및 Y- 방향에 평행하는 위치에 유지된다. 지지 방향 Z 에 평행하는 베이스(95)에 대해 대물 테이블(99)의 정밀 베어링 지지는 변위 유닛(5)의 수단에 의해 제공된다. 4개의 변위 유닛(5)의 4개 그룹의 사용은 베어링 지지를 특별히 견고하고 안정되게 만든다.
상술된 바와 같이, X-Y 테이블에서 사용되는 변위 유닛(5)은 서로 수직인 구형 접촉면(23)(도 2 참조)의 2개의 중심(25 및 27)에 대해 단계식으로 회전가능한 구형 접촉면(23)을 각각 구비한다. 변위 유닛(5)은 각각 실제로 사용 목적을 위해, X- 방향에 평행하며 Y- 방향에 평행하는 베이스(95)의 안내면(97)을 초과하는 대물 테이블(99)의 변위를 발생시키기 위해 적합하다. X-Y 테이블에 사용되는 본 발명에 따른 변위 장치의 변위 유닛(5)은 그러므로 최적으로 사용된다.
X-Y 테이블은 X- 방향에 평행하는 베이스(95)에 비례하는 대물테이블(99)의 변위 측정을 위한 위치 센서와, 지지 방향 Z 에 평행을 지시하는 지지면(101)의 지지 축방향(115)에 대해 대물테이블(99)의 회전 및 Y- 방향에 평행하는 베이스(95)에 비례하는 대물 테이블(99)의 변위 측정을 위한 2개의 추가 위치 센서를 제공할수 있는 것이 두드러진다. 추가 위치 센서가 사용될 때의 예를들면, 제어 부재(107)는 대물 테이블(99)이 요망된 X- 위치 및 Y- 위치 안으로 정밀하게 변위 가능하며, 주 축(115)에 대한 대물 테이블(99)의 회전의 요망 각도는 정밀하게 조정되는 것에 의해서 추가의 피드백 제어가 수행된다. 지지 방향 Z에 평행 연장되는 주축(115)에 대한 상기 회전 각도는 변위 유닛(5)의 적합한 제어를 통해 또한 성취된다.
X-Y 테이블이 다른숫자의 변위 유닛(5) 또는 다른 형태의 변위 유닛으로 또한 제공되는 것이 추가로 두드러진다. 구형 접촉체(7)로 제공되는 변위 유닛(5)이 X-Y 테이블으로 사용된다면, 상술된 바와 같이, 한 방향으로 대물 테이블(99)의 방해받지 않는 변위와 상기 방향에 대해 직각인 대물 테이블(99)의 베어링 지지를 위해 3개 이상의 변위 유닛(5)이 이론적으로 필요하다. 변위 유닛(5)은 Y- 방향에 평행 변위를 위해 그리고 X- 방향에 평행 변위를 위해 모두 사용사용가능하나, 최소 4개의 변위 유닛이 X 방향 및 Y 방향에 대해 수직인 대물 테이블(99)의 베어링 지지를 위해 그리고 X 방향 또는 Y 방향에 대해 평행하는 대물 테이블(99)의 방해받지 않는 변위 발생을 위해 이론적으로 필요하며, 대물테이블(99)은 상기 어느 이동에서도 3개 이상의 접촉체(7)에의해 지지된다. 3개 이상의 변위 유닛(41)은 X- 방향에 평행하는 대물 테이블(99)의 변위를 발생시키기 위해 사용되며 3개 이상의 다른 변위 유닛(41)은 Y- 방향에 평행하는 대물 테이블(99)의 변위를 발생시키기 위해 상기 기술된 원통 접촉체(43)를 갖는 변위 유닛(41)으로 사용된다면, 이 경우 대물 테이블(99)은 항상 3개 이상의 접촉체(43)에의해 지지된다. X- 방향에 평행하는 대물 테이블(99)의 변위를 발생시키기 위해 사용되는 3개 이상의 변위 유닛(49) 및 Y- 방향에 평행하는 대물 테이블(99)의 변위를 발생 시키기 위해 2개 이상의 다른 변위 유닛(49)이 상술된 바와 같이 4개의 접촉면(51)을 갖는 변위 유닛(49)으로서 사용된다면, 이 경우 대물 테이블(99)은 항상 모든 변위 유닛(49)에의해 지지된다.
도 11 및 도 12는 본 발명에 따른 변위 장치로 또한 최종적으로 제공되는 스핀들 장치를 개략적으로 도시한다. 상기 스핀들 장치는 그림으로 도시되지 않은 스핀들 장치의 베이스로 체결되며 중앙 주축(119)을 가지는 스태틱 베어링 부시(117)를 구비한다. 상기 스핀들 장치는 환형 원통 안내부(123)가 갖는 주변을 따라 제공되는 축(121)을 또한 구비한다. 상기 스핀들 장치에서 사용되는 본 발명에 따른 변위 장치는 4개 변위 유닛(5) 각각의 4개의 그룹(125)을 구비하며, 각각의 4개 변위 유닛(5)의 4개의 다른 그룹(129)은 축(121)의 안내부(123)와 협동을 위한 베어링 부시(117)의 제 2 단부(131)에 근접하는 베어링 부시(117)를 체결한다. 도 2에 도시된 형식의 변위 유닛(5)은 축(121)의 안내부(123)를 가지고 협동하기위한 구형 접촉면(23)을 각각 구비한다. 독립 변위 유닛(5)은 О에 의해 도 11 및 12에서만 개략적으로 묘사되며, 단순화를 위해, 변위 유닛(5)의 구형 접촉면(23)을 상징적으로 나타낸다. 도 12는 베어링 부시(117)의 제 1 단부(127)에 근접하여 취한 스핀들 장치의 횡단면도 이다. 4개의 그룹(125)은 축(121)주위에 근접한 방향으로 보여진 바와 같은 규칙적인 상호공간에서 위치된다. 제 2 단부(131)에 근접한 4개의 다른 그룹(129)은 주변 방향으로 유사 방식으로 위치된다. 도 11에서 볼수 있는 바와 같이, 각각의 그룹(125, 129)내의 4개의 변위 유닛(5)은 사각 배치로 상호간에 위치된다. 상기 그룹(125, 129)의 변위 유닛(5)은 스핀들 장치의 제어 부재(133)에의해 제어된다. 스핀들 장치에서 사용되는 본 발명에 따른 변위 장치는 베어링 부시(117)의 제 2 단부(131)에 근접한 베어링 부시(117)에 체결되는 3개의 다른 광학적 위치 센서(137)와, 베어링 부시(117)의 제 1 단부(127)에 근접한 베어링 부시(117)내에 체결되는 3개 광학적 위치 센서(135)를 또한 구비한다. 위치 센서(135, 137)는 단순화를 위해 도 11에 도시하지 않았으며, 위치 센서(135)만을 도 12에 도시하였다. 위치 센서(137)는 유사한 방식으로 제 2 단부(131)에 근접으로 제공된다. 위치 센서(135 및 137)는 R2축방향에 대해 축(121)의 선회축 각도 θ 및 R1축방향에 대한 선회축 각도 ψ 뿐만 아니라, 주축(119) 및 R1축방향에 대해 직각인 R2축방향에 평행하며 주축(119)에 직각인 R1축방향에 평행인 베어링 부시(117)에 대해 축(121)에의해 점유되는 위치를 측정한다. 축(121)의 수단에의해 피드백 제어를 수행하는 제어 부재(133)는 R1축방향에 평행하며 R2축방향에 평행하는 베어링 부시(117)에 대한 소망 위치를 유지하며, 축(121)의 수단은 소망된다면, 주축(119)에 평행하는 위치를 유지한다. 베어링 부시(117)에 관해서 축의 정밀한 베어링 지지는 변위 유닛(5)에의해 이렇게 지지된다. 4개의 변위 유닛(5)의 4개 그룹(125)각각의 사용 및 4개의 변위 유닛(5)의 다른 4개의 그룹 각각 사용은 베어링을 특별히 견고하고 안정되게 만든다. 변위 유닛(5)은 주축(119)에 수직 방향으로 베어링 기능을 가질뿐 아니라, 상기 방향으로 예비 장력 기능 또한 가지는 것을 유념해야 한다.
상술된 바와 같이, 스핀들 장치 각각에 사용되는 변위 유닛(5) 각각은 구형 접촉면(23)(도 2 참조)의 2개의 상호간 수직인 중심(25 및 27)에 대해 단계적으로 회전 가능한 구형 접촉면(23)을 구비한다. 변위 유닛(5)은 이 목적을 위해 실제로 사용하며, 주축(119)에 대해 축(121)의 회전 및 주축(119)에 평행하는 축(121)의 변위를 발생시키기에 각각 적합하다. 스핀들 장치에서 사용되는 본 발명에 따른 변위 장치의 각각의 변위 유닛(5)은 상기 방식으로 최적으로 사용된다.
스핀들 장치가 사용될수 있는 예를들면, 작업물을 기계가공하기 위한 기계 공구로서, 스핀들 장치의 축(121)의 단부에 작업물을 체결하기 위한 척으로 제공된다. 스핀들 장치는 주축(119)에 대해 평행을 가리키는 베어링 부시(117)에 대한 축(121)의 변위를 측정하기위한 다른 위치 센서로 또한 제공될수 있다. 상기 다른 위치 센서가 사용된다면, 제어 부재(133)는 예를들어, 주축(119)방향에 평행하는 소정 위치안으로 정밀하게 변위될수 있는 축(121)에의해 다른 피드백 제어로서 제공된다.
스핀들 장치는 다른수의 변위 유닛(5) 또는 다른 형식의 변위 유닛으로 또한 제공되는 것을 또한 유념해야 한다. 구형 접촉체(7)에 제공되는 변위 유닛(5)이 스핀들 장치에서 사용된다면, 상술된 바와 같이, 이 방향으로 수직인 축(121)의 베어링 지지 및 한 방향으로 축(121)의 방해받지 않는 변위를 위해 이론적으로 3개 이상의 변위 유닛(5)이 필요하다. 변위 유닛(5)은 주축(119)에 대해 축(121)의 회전을 위해 그리고 주축(119)에 평행하는 축(121)의 변위를 위해 모두 사용할수 있으나, 3개 이상의 접촉체(7)에 의해 축(121)이 항상 지지되는 동안, 주축(119)에 수직인 축(121)을 지지하기 위해 그리고 주축(119)에 평행인 축(121)의 방해받지 않는 변위를 발생시키기 위해 4개 이상의 변위 유닛(5)이 이론적으로 필요하다. 상술된 바와 같이, 도 11 및 12에 도시된 스핀들 장치의 축(121)은 변위 유닛(5)에 의해 주축(119)에 수직으로 예비 장력을 또한 추가한다. 상기 변위 유닛(5)의 3가지 기능이 성취될 수 있으며, 예를들면, 베어링 부시(117)의 양 단부(127, 131)에 근접한 주변방향에 규칙적인 상호 간격으로 배치되는 4개 이상의 변위 유닛(5)이 사용된다. 상술된 바와 같이, 원통 접촉체(43)를 갖는 변위 유닛(41) 또는 4개의 접촉면(51)을 갖는 변위 유닛(49)이 사용된다면, 4개 이상의 변위 유닛(41, 49)이 베어링 부시(117)의 근접한 양 단부(127, 131)에 또한 사용될수 있으며, 상기 경우에 변위 유닛(41, 49)은 예를들면, 주축(119)에 대해 평행하는 축(121)의 변위를 발생하는 근접한 단부(127)에 배치되며, 변위 유닛(41, 49)은 예를들면, 주축(119)에 대해 평행하는 축(121)의 변위를 발생하는 근접한 단부(131)에 배치된다. 그러나, 축(121)이 독립 예비 장력 수단에 의해 주축(119)에 대해 수직으로 예비 장력이 가해지며, 3개 이상의 변위 유닛(41, 49) 각각의 2개의 독립된 그룹은 주축(119)에 평행하는 변위를 발생시키기 위해서 및 주축(119)에 대한 회전을 발생 시키기 위해 사용될 수 있다.
상술된 바와 같이 본 발명에 따른 변위 장치의 실시예 및 거기에 사용되는 변위 유닛에서, 상기 액츄에이터는 선형 적층 액츄에이터 또는 압전 벤딩 액츄에이터로서 구성된다. 본 발명에 따른 변위 장치에 사용되는 변위 유닛 및 거기에서 사용되는 변위 유닛에서 또한 사용될수 있는 액츄에이터의 선택적인 형식은, 상기와 같은 예로서, 전자기 액츄에이터인 것을 유념해야 한다.
본 발명에 따른 변위 장치의 실시예의 상술된 설명은 각 시간 소정 특정수의 변위 유닛을 참조한다. 변위 유닛의 수는 변위 장치의 변위 가능한 수, 베어링의 소망 강성, 변위 방향의 방해의 허용가능한 정도 중에서 특히 독립 사용되는 일반 의미 인 것을 유념해야 한다. 보다 견고한 베어링 지지가 얻어지며, 개별 접촉체가 각 시간 제 2 부분으로부터 분리되며 제 2 부분에 대해 재차 가압되는 것으로부터 발생하는 변위 방해가 더 많은 변위 유닛이 사용되는 것과 같은 비율로 더욱 크게 줄어든다. 이는 예를들면, 더 많은 수의 변위 유닛 사용을 위해 상술된 스핀들 장치내의, 베어링 부시의 2개의 단부에 근접한 주변 방향에 서로로부터 비교적 짧은 거리에서 배치되며, 변위 유닛이 또한 베어링 부시의 2개의 단부간에 위치내에서 사용될수 있으므로 가능하다.
이는 본 발명에 따른 변위 장치가 X-Y 테이블 및 스핀들 장치뿐만 아니라, 서로에 대해 변위될수 있는 제 1 부분 및 제 2 부분인 장치의 다른 형식도 사용될수 있는 것을 끝으로 유념해야 한다. 어느쪽 스프링의 예는 한방향으로만 가능한 변위를 가지는 베이스에 대해 지지되는 활주 이며, 또는 베이스상에 지지되는 테이블은 지지방향에 평행 연장되는 회전축(axis of rotation)에 유일하게 상기 베이스에 대해 회전할수 있다.
Claims (16)
- 제 1 및 제 2 부분이 접촉체 및 제 2 부분간에 생기는 마찰력의 영향을 받아 변위 방향으로 서로에 대해 변위 가능하도록 제 2 부분에 대하여 가압되며 액츄에이터에의해 제 1 부분에 대해 단계적으로 이동 가능한 2개 이상의 접촉체를 구비하는 제 1 부분으로 제공되는 변위 장치에 있어서,상기 제 1 및 제 2 부분은 변위 방향에 대해 수직으로 서로에 대해 예비장력이 가해지며, 상기 접촉체는 변위 방향에 대해 수직으로 제 1 부분에 대해 변위 가능하며, 변위 방향에 대해 수직인 서로에 대한 상기 제 1 부분 및 제 2 부분의 위치는 변위 방향에 대해 수직인 상기 접촉체의 변위를 제어하는 것에 의하여 피드백 제어의 부분을 형성하는 센서에 의해 측정 가능한 것을 특징으로하는 변위 장치.
- 제 1 항에 있어서, 독립된 변위 유닛의 일부를 각각 형성하는 상기 접촉체는 관련된 접촉체의 단계적 이동 및 변위 방향에 대해 수직인 관련된 접촉체의 변위를 위해 독립된 액츄에이터 시스템으로 제공되는 독립된 변위 유닛의 일부를 각각 형성하는 것을 특징으로하는 변위 장치.
- 제 2 항에 있어서, 상기 변위 장치는 3개 이상의 변위 유닛이 제공되며, 상기 접촉체는 가상의 환형 실린더의 표면의 일부를 구비하는 접촉면으로 각각 제공되며, 상기 변위 유닛은 상기 변위 방향에 대해 수직인 방향으로 작동되는 2개 이상의 선형 액츄에이터를 각각 구비하는 것을 특징으로하는 변위 장치.
- 제 3 항에 있어서, 상기 접촉체는 환형 실린더의 중심을 관통하는 가상 평면에서 변위 방향에 평행 연장되는 멤브레인에 의하여 대응되는 변위 유닛에 각각 체결되는 것을 특징으로하는 변위 장치.
- 제 2 항에 있어서, 상기 변위 장치는 3개 이상의 변위 유닛이 제공되며, 상기 접촉체는 가상 구체의 표면의 일부를 구비하는 접촉면으로 각각 제공되며, 상기 변위 유닛은 상기 변위 방향에 대해 수직으로 작동할수 있는 3개 이상의 선형 액츄에이터를 각각 구비하는 것을 특징으로하는 변위 장치.
- 제 5 항에 있어서, 상기 접촉체는 변위 방향에 평행 연장되는 환형 멤브레인에 의하여 관련된 변위 유닛에 각각 체결되며, 상기 멤브레인의 중심은 구체의 중심과 일치하는 것을 특징으로하는 변위 장치.
- 제 5 항 또는 6 항에 있어서, 상기 변위 유닛은 서로 정사각형으로 위치되며 변위 방향에 대해 수직으로 작동되는 4개의 선형 액츄에이터로 각각 제공되는 것을 특징으로하는 변위 장치.
- 제 2 항에 있어서, 상기 변위 장치는 제 1 브리지에 의해 상호 접속되는 제 1 쌍의 접촉면 및 제 2 브리지에 의해 상호 접속되는 제 2 쌍의 접촉면으로 각각 제공되는 2개 이상의 변위 유닛이 제공되며, 상기 제 1 및 제 2 브리지는 변위 방향에 평행으로 보이는 상호공간을 가지고 위치되며 변위 방향에 대해 수직으로 연장되는 벤딩 축에 대해 벤딩 가능한 벤딩 액츄에이터에의해 그리고 벤딩 축에 평행으로 연장되는 2개의 탄성 힌지를 거쳐 제 1 및 제 2 브리지에 접속되는 제 3 브리지에 의해 상호 접속되며, 각각의 변위 유닛의 접촉면은 서로 사각형 배치로 위치되며 벤딩 축에 평행 연장되는 독립된 선형 액츄에이터에의해 벤딩 축에 평행으로 각각 변위 가능한 것을 특징으로하는 변위 장치.
- 제 8 항에 있어서, 서로에 대해 대각선으로 위치되는 변위 유닛 각각의 상기 접촉면은 벤딩 축에 평행 연장되는 2개의 탄성 힌지를 거쳐 서로에 대해 대각선으로 위치된 관련 접촉면에 각각 접속되는 2개의 브리지에의해 상호접속되는 것을 특징으로하는 변위 장치.
- 제 3 항, 4 항, 5 항, 6 항, 7항, 8항, 또는 9항에 있어서, 상기 선형 액츄에이터는 적층 압전 액츄에이터 인 것을 특징으로하는 변위장치.
- 제 8 항 또는 9 항에 있어서, 상기 벤딩 액츄에이터는 압전 벤딩 액츄에이터 인 것을 특징으로하는 변위 장치.
- 제 2 항 내지 11 항중 어느 한항에 있어서, 상기 제 2 부분은 안내면을 구비하며, 상기 제 1 부분은 안내면에 대해 수직인 방향으로 제 2 부분에 대해 예비장력이 걸리며 상기 안내면과 제 1 부분의 접촉체의 협동을 통해 제 1 변위 방향과 제 1 변위 방향에 대해 수직인 제 2 변위 방향에 평행한 안내면을 따라 변위가능한 대물 테이블을 구비하며, 상기 제 1 부분은 각각의 변위 방향을 위해 3개이상의 변위 유닛을 구비하는 것을 특징으로하는 변위 장치.
- 제 5 항, 6 항 또는 7 항에 있어서, 상기 제 2 부분은 안내면을 구비하며, 제 1 부분은 상기 안내면에 대해 수직인 방향으로 상기 제 2 부분에 대해 예비장력이 가해지며 상기 안내면과 상기 제 1 부분의 접촉체의 협동을 통해 상기 제 1 변위 방향과 상기 제 1 변위 방향에 대해 수직인 제 2 변위 방향과 평행한 상기 안내면을 따라 변위 가능한 대물테이블을 구비하며, 상기 제 1 부분은 각각의 4개의 변위 유닛의 4개의 그룹을 구비하며, 상기 그룹은 사각형 배치로 상호간에 위치되며, 한 그룹내의 변위 유닛은 서로 정사각형으로 배치되는 것을 특징으로하는 변위 장치.
- 제 2 항 내지 11 항중 어느 한항에 있어서, 상기 제 1 부분은 베어링 부시를 구비하며, 상기 제 2 부분은 환형 원통 안내부로 제공되며 환형 원통 안내부와 제 1 부분의 접촉체의 협동을 통해 상기 베어링 부시내의 축방향으로 회전 및 변위 가능한 축을 구비하며, 상기 제 1 부분은 상기 제 2 부분의 회전을 위한 3개 이상의 변위 유닛과 상기 제 2 부분의 축의 변위를 위한 3개이상의 다른 변위 유닛을 구비하는 것을 특징으로하는 변위 장치.
- 제 5 항, 6 항 또는 7 항에 있어서, 상기 제 1 부분은 베어링 부시를 구비하며, 상기 제 2 부분은 환형 원통 안내부로 제공되며 환형 안내부와 제 1 부분의 접촉체의 협동을 통해 상기 베어링 부시내의 축방향으로 회전 및 변위 가능한 축을 구비하며, 상기 제 1 부분은 베어링 부시의 제 1 단부에 각각 근접한 4개의 변위 유닛의 4개 그룹과 베어링 부시의 제 2 단부에 각각 근접한 4개의 변위 유닛의 4개 다른 그룹을 구비하며, 상기 그룹은 베어링 부시 주위의 주변 방향으로 규칙적인 상호공간으로 배치되며, 상기 한 그룹내의 변위 장치는 직사각형 배치로 상호 배치되는 것을 특징으로하는 변위 장치.
- 제 2 항 내지 11 항중 어느 한항으로 청구된 바와 같은 변위 장치용으로 적합한 것을 특징으로하는 변위 유닛.
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