NL8500930A

NL8500930A - Verplaatsingsinrichting met voorgespannen contactloze lagers.

Info

Publication number: NL8500930A
Application number: NL8500930A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1985-03-29
Filing date: 1985-03-29
Publication date: 1986-10-16
Also published as: JPS61230836A; DE3666167D1; EP0196711A1; CA1253527A; EP0196711B1; JPH0696216B2; US4628238A

Description

V

ΡΗΝ 11.334 1 N.V. Philips' Gloeilanpenfabrieken te Eindhoven.

Verplaatsingsinrichting met voorgespannen contactloze lagers.

De uitvinding heeft betrekking op een verplaatsingsinrichting met een in twee onderling loodrechte coördinaatrichtingen verplaatsbare, horizontale plaatvormige drager die is gelagerd op een vlakke tafel, welke inrichting is voorzien van een eerste aan de drager 5 gekoppelde translatie-aandrij ving voor het uitoefenen van een drukkracht op de drager in een eerste coördinaatrichting en een tweede aan de drager gekoppelde translatie-aandrijving voor het uitoefenen van een drukkracht op de drager in een, loodrecht op de eerste coördinaatrichting staande, tweede coördinaatrichting, waarbij de door de eerste en de 10 tweede aandrijving op de drager uitgeoefende krachten in één horizontaal vlak zijn gelegen.

Bij een bekende verplaatsingsinrichting van de in de aanhef genoemde soort (uit het Amerikaanse octrooischrift nr. 3466514) warden de met de drager gekoppelde translatie-aandr ij vingen gevormd door een 15 schroef spindel waartegenover een veer belas te plunjer is opgesteld.

De bewegingsrichtingen van de schroef spindel en de plunjer vallen met elkaar samen. Tussen het uiteinde van de schroef spindel respectievelijk het uiteinde van een net de plunjer verbonden plunjerstang en de drager bestaat een drukcontact met een relatief grote wrijving.

20 Deze wrijving is door de ermee gepaard gaande hysteresis ongewenst, in het bijzonder wanneer de drager zeer kleine verplaatsingen moet uitvoeren in het micron- en sutmicron gebied.

Het doel van de uitvinding is een verplaatsingsinrichting te verschaffen waarin de genoemde bezwaren zijn vermeden.

25 De uitvinding heeft daartoe tot kenmerk, dat de eerste aandrijving door middel van een eerste horizontal werkend statisch druk-respectievelijk treklager met een visceus medium contactloos is gekoppeld aan de drager, terwijl de tweede aandrijving door middel van een tweede horizontaal werkend druk- respectievelijk treklager net 30 een visceus medium contactloos aan de drager is gekoppeld, waarbij zowel het eerste als het tweede druk- respectievelijk treklager is voorgespannen in de eerste respectievelijk tweede coördinaatrichting met een kracht die groter is dan de maximaal optredende trekkracht tussen * t PHN 11.334 2 respectievelijk de eerste en de tweede aandrijving en de drager.

Door gebruik te maken van voorgespannen, contactloze lagers als koppeling tussen de aandrijvingen en de drager is vrijwel alle wrijving tussen de aandrijvingen en de drager geëlimineerd (slechts een 5 zeer kleine visceuze wrijving blijft aanwezig), zodat hysteresisproblemen worden vermeden. De voor spanning van de contactloze lagers maakt het mogelijk met de aandrijvingen een trekkracht uit te oefenen op de drager, zodat er in feite sprake is van een druk—trek-lager. De lagers bezitten een dubbelfunctie omdat zij dienen als geleiding en als koppeling.

10 Opgemerkt wordt dat uit de Britse octrooiaanvrage 2067932 een verplaatsingsinrichting bekend is met een verticaal werkend aero-statisch druklager dat kan zijn voorgespannen door een veer. Dit druk-lager dient echter voor de horizontale geleiding van de drager op een tafel. De koppeling van de spindelaandrijvingen met de drager vindt 15 plaats door middel van scharnieren.

Een bijzondere uitvoeringsvorm van de verplaatsingsinrichting waarbij de drager naast de translaties in de beide coördinaatrichtingen ook een rotatie on een verticale as kan uitvoeren heeft verder tot kenmerk, dat de inrichting is voorzien van een derde aan de drager ge-20 koppelde translatie-aandrijving voor het uitoefenen van een druk-respectievelijk trekkracht op de drager in een richting evenwijdig aan de tweede coördinaatrichting, waarbij zowel de eerste, tweede als de derde aandrijving scharnierbaar zijn om een verticale as ten opzichte van de drager.

25 Een verdere uitvoeringsvorm van de verplaatsingsinrichting waarin de voorspanning van de drie lagers wordt verkregen op constructief eenvoudige wijze heeft tot kenmerk, dat het eerste, tweede en derde lager zijn voorgespannen met behulp van een daarin opgestelde permanente magneet.

30 Een voorkeursuitvoeringsvorm van de verplaatsingsinrichting waarbij belastingvariaties een relatief kleine variatie van de draagkracht tot gevolg hebben heeft verder tot kenmerk, dat een deel van het met de permanente magneet corresponderende magnetische circuit in magnetische verzadiging verkeert.

35 Een nog verdere uitvoeringsvorm van de verplaatsingsinrichting die geschikt is voor toepassing in geconditioneerde ruimten heeft tot kenmerk, dat het visceuze medium lucht is.

Een verdere uitvoeringsvorm van de verplaatsingsinrichting 3500930 EHN 11.334 3

* .........— V

met een relatief eenvoudige opstelling van de permanente magneten heeft tot kenmerk/ dat het tweede en het derde lager zijn voorgespannen door middel van een aantal voor beide lagers gemeenschappelijke permanente magneten die in de drager zijn opgesteld.

5 Een nog verdere uitvoeringsvorm van de verplaats ings inr ichting waarbij de drager een relatief grote stijfheid bezit tegen rotatie cm een verticale as heeft verder tot kenmerk, dat het tweede en het derde lager zijn gekoppeld door een balkvormige geleiding die scharnier-baar is ten opzichte van de tweede en derde aandrijving cm een verti-10 tale as, terwijl de eerste aandrijving scharnier baar is cm een verticale as ten opzichte van de drager.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin : figuur 1 een schematisch perspectivisch aanzicht toont van een eerste 15 uitvoeringsvorm van de verplaatsingsinrichting, figuur 2 een schematisch zijaanzicht toont van de verplaat-singsinrichting volgens figuur 1, figuur 3 een schematisch bovenaanzicht qp verkleinde schaal toont van de verplaats ingsinrichting volgens figuur 1 na een rotatie 20 van de drager 5 cm een Z-as, figuur 4 een schematisch bovenaanzicht toont van een tweede uitvoeringsvorm van de verplaats ingsinrichting, figuur 5 een schematisch bovenaanzicht toont van een derde uitvoeringsvorm van de verplaats ingsinrichting, 25 figuur 6 een gedeeltelijke langsdoorsnede toont van de verplaatsings inrichting volgens figuur 1, figuur 7 een gedeeltelijk bovenaanzicht toont van de verplaatsingsinrichting volgens figuur 6 vanaf een eerste zijde, figuur 8 een gedeeltelijk bovenaanzicht toont van de ver-30 plaatsingsinrichting volgens figuur 6 vanaf een tweede zijde, figuur 9 een schematisch perspectivisch aanzicht toont van een druk- respectievelijk treklager voor alle coördinaatrichtingen van de verplaats ings inrichting, figuur 10 een grafiek toont waarin het principe van de werking 35 van een druk- respectievelijk treklager is neergelegd, figuur 11 een perspectivisch onderaanzicht toont van de drager 5 op een schaal die kleiner is dan de schaal van de figuren 6, 7 en 8, figuur 12 een langsdoorsnede toont van een translatie- 85 C 0 9 3 0 * i PHN 11.334 4 aandrijving voor de verplaatsingsinrichting.

De net figuur 1 geïllustreerde eerste uitvoeringsvorm van een verplaatsingsinrichting bevat een vast opgestelde, vlakke tafel 1 in de vorm van een rechthoekige plan-parallelle plaat waarvan de plaat-5 zijden in een horizontaal vlak zijn gelegen, Op het bovenvlak 3 van de tafel 1 is een rechthoekige, plaatvormige drager 5 geleid door middel van een viertal (meervoudige) aerostatische, verticaal verkende druk-lagers 7 die nabij de hoekpunten van de drager 5 zijn geplaatst. Op de drager 5 bevindt zich een te verplaatsen object 9 dat plaatvormig 10 is en dat bijvoorbeeld met behulp van een vacuumaanzuiging op de drager kan worden bevestigd. Het object 9 kan bijvoorbeeld een in de halfgeleider-techniek toegepaste plak van halfgeleidend materiaal zijn. De drager 5 kan in een eerste coördinaatrichting X worden verplaatst met behulp van een translatie-aandrijving 11 die van het zogenaamde lineaire type 15 is en in een tweede coördinaatrichting Y met behulp van een soortgelijke translatie-aandrijving 13. Een derde translatie-aandrijving 15 van dezelfde soort als de aandrijvingen 11 en 13 dient mede voor rotatie van de drager 5 over een hoek om een Z-as, hetgeen in figuur 1 met een ingetekend assenkruis is verduidelijkt. Het X-Y vlak is een 20 horizontaal vlak waarin het bovenvlak van het object 9 moet worden verplaatst. De translaties in X- en Y-richting en de rotatie cm de Z-as kunnen naar keus gescheiden of simultaan plaatsvinden door middel van bijvoorbeeld computer besturing van de aandrijvingen 11, 13 en 15.

Deze aandrijvingen zullen aan de hand van de figuur 12 nog nader warden 25 toegelicht. In het onderhavige geval is het de bedoeling dat een zogenaamd werkpunt P op het bovenvlak van het object 9 samenvalt met een verticale optische as 17 van een optische inrichting 19 (zie figuur 2) voor het belichten van een fotogevoelige laag op de plak 9.

De daartoe benodige translaties in X- en Y-richting en de rotatie 30 cm een Z-as kunnen bijvoorbeeld bepaald worden met een methode zoals beschreven is in het reeds genoemde Amerikaanse octrooi nr. 3466514.

De aandrijvingen 11, 13 en 15 bezitten rechte stangen 21, 23 en 25 die respectievelijk translaties kunnen uitvoeren in de X-richting, de Y-richting en de Y' -richting die evenwijdig is aan de Y-35 richting en in het X-Y vlak is gelegen. De rotatie z kan net behulp van de aandrijving 15 worden verkregen door de stangen 23 en 25 in een bepaalde tijdsperiode over verschillende afstanden te verplaatsen.

Aan de stangen 21, 23 en 25 zijn respectievelijk steunvoeten 27, 29 en 31 8500930 1--- · PHN 11.334 5 bevestigd door middel van in het navolgende aan de hand,van figuur 6 nog nader te bespreken scharnieren. In de steunvoet 27 bevindt zich een deel van een druk- respectievelijk treklager voor het uitoefenen van een druk- respectievelijk trekkracht in de X-richting. Ook de 5 steunvoeten 29 en 31 zijn voorzien van een deel van een druk- respectievelijk treklager voor het uitoefenen van een druk- respectievelijk trekkracht in respectievelijk de Y-richting en de Y'-richting. De met de steunvoeten 27, 29 en 31 corresponderende druk- respectievelijk treklagers zijn identiek en worden in het navolgende besproken aan de 10 hand van de figuren 6, 7, 8 en 10. In de steunvoet 27 (en dus ook in de steunvoeten 29 en 31) zijn een drietal balkvormige permanente magneten 33, 35 en 37 van rechthoekige vorm aangebracht die van elkaar zijn gescheiden door twee balkvormige, rechthoekige magneetjukken 39 en 41 van magnetisch goed geleidend materiaal. Het pakket van pertna-15 nente magneten en magneet jukken bevindt zich in een doosvormige houder 43 van magnetisch slecht geleidend materiaal, zoals bijvoorbeeld aluminium en is daarvan gescheiden door twee verdere balkvormige rechthoekige magneet jukken 45 en 47 van magnetisch goed geleidend materiaal. In het onderhavige geval zijn de permanente magneten samarium-kobalt magneten, 20 terwijl alle magneet jukken van vloeistaal zijn vervaardigd. Tegenover de permanente magneten 33, 35 en 37 is in de drager 5 een plaat 49 aangehracht van magnetisch goed geleidend materiaal, zoals bijvoorbeeld chrocmstaal. De plaat 49 vormt het tweede deel van het druk-respectievelijk treklager. De magneten 33, 35 en 37 zijn in de Z-25 richting gemagnetiseerd. Aan de houder 43 is een rechthoekig blok 51 van aluminium bevestigd. Op het blok 51 is een rende plaat 53 gemonteerd die samen met een relatief korte ronde draad 55 en een cylindrisch blók 57 uit een stuk staal is vervaardigd. De stang 21 is voorzien van een flens 59 waarin een bout 61 is opgenanen die is geschroefd in het blok 30 57. Aan de flens 59 is een cylindrische pijp 63 bevestigd met een ringvormig membraan 65 dat is voorzien van een verdikte cirkelvormige rand 67 die aan de plaat 53 is vastgeschroefd. De pijp 63, het membraan 65 en de rand 67 zijn uit een stuk staal vervaardigd. Samen met de draad 55 vormt het membraan 65 een scharnier door middel waarvan de steunvoet 35 27 ten opzichte van de flens 59 kan kantelen in het vertikale vlak (vlak van tekening in figuur 6) en in bet horizontale vlak (loodrecht op het vlak van tekening in figuur 6). De hiermee verkregen koppeling tussen de steunvoet 27 en de flens 59 is torsiestijf, hetgeen betekent 8 5 0 0 ; o 0

--grfflT

PHN 11.334 6 dat grote veerstand wordt geboden tegen rotatie van de steunvoet 27 cm de X-as. In het blok 51 bevindt zich een op een niet nader aangegeven persluchtbron aangesloten op kanaal 69 voor de toevoer van lucht naar de luchtspleet tussen de steunvoet 27 en de plaat 49 respectievelijk 5 de drager 5. Daartoe is het kanaal 69 aangesloten op twee zijkanalen 71 en 73 die aan weerszijden van het pakket magneten zijn gelegen (zie figuur 9). In figuur 2 is de steunvoet 27 en de koppeling van de steunvoet 27 met de stang 21 schematisch aangegeven (slechts één magneet getekend). De gebieden van de luchtlagering en de magnetische voorspanning zijn 10 dus van elkaar gescheiden. De steunvoeten 27, 29 en 31 vormen sarren met de corresponderende platen 49 en de bijbehorende luchtspleten een druk- respectievelijk treklager dat zowel druk- als trekkrachten van de stangen 21, 23 en 25 kan overbrengen op de drager 5. Normaliter kan een visceus contactloos lager slechts drukkr achten over brengen. Bij 15 het onderhavige, statische luchtlager kunnen echter ook trekkrachten worden overgebracht. Dit is bereikt door het lager magnetisch voor te spannen met behulp van de permanente magneten 33, 35 en 37. De magnetische voorspankracht moet groter zijn dan de maximale trekkracht die door de stang 21 op de drager 5 wordt uitgeoefend. De trekkracht in de 20 stang 21 bedraagt tweemaal de trekkracht in elk der stangen 23 en 25.

De maximale trekkracht wordt in hoofdzaak bepaald door de benodigde ver-snellings- respectievelijk vertragingskrachten voor de translatie-respectievelijk rotatiebewaging van de drager 5. In het algemeen zal men streven naar een zo klein mogelijke massa van de drager 5 en het 25 daarop aanwezige object 9. Ter vergelijking van een lager net optimale eigenschappen, in het bijzonder ter verkrijging van een lager met een optimale stijfheid, verdient het de voorkeur cm de magnetische voorspanning zodanig te kiezen dat bij wisselende belasting van het lager een zo klein mogelijke variatie van de grootte van de luchtspleet 30 optreedt. De optimalisatie van het lager zal in het navolgende worden besproken aan de hand van figuur 10 waarin op de horizontale as de grootte H van de luchtspleet is afgezet terwijl op de verticale as zowel de

Cl draagkracht W als de magnetische aantrekkingskracht F van het l ager is afgezet.

35 In f iguur 10 vertegenwoordigt de kromte I de draagkracht van het lager. Verondersteld wordt dat het werkpunt R midden in een gebied van de kromme I is gelegen dat wordt gekenmerkt door een vrijwel constante 85ÖC; :-o ΡΗΝ 11.334 7 Λ · stijfbeM dw van redelijke grootte en dat is gelegen tussen de

dH

a draagkracht waarden W1 en W2- De bij het werkpunt R behorende draagkracht bedraagt WR. Luchtlagers net een dergelijke karakteristiek 5 zijn gebruikelijk. Wil men daadwerkelijk in het punt R werken dan is het nodig om het luchtlager te belasten met een kracht die gelijk is aan WR. In het onderhavige geval wordt deze belasting verkregen met behulp van een magnetische voorspankracht F.. = W_ die tevens groter is dan de maximaal optredende trekkracht respectievelijk drukkracht in de 10 stang 21. De maximale belasting van het lager is derhalve gelijk aan de som van de magnetische voor spankracht F^. en de maximale drukkracht/ terwijl de minimale belasting van het lager gelijk is aan de vocrspan-kracht minus de maximale trekkracht. Bij voorkeur kiest men de maximale belasting kleiner dan W2 en de minimale belasting groter dan . Qm 15 een magnetische voorspankracht Fv te verkrijgen die overeenkomt met het punt R is het nodig dat kromme II (slechts het lineaire deel van kromme II is getekend) van de magnetische aantrekkingskracht F een snijpunt heeft met kromte I van de draagkracht W dat samenvalt met het punt R. Cmdat in het algemeen de magnetische voorspankracht F^ carre-20 spondeert met een magnetische spleet Hm die buiten het gebied van luchtspleten H - H is gelegen (H > H max) moet een bijzondere maatregel worden getroffen cm het snijpunt van de kramen I en II te laten samenvallen met het punt R dat men als werkpunt wenst. Deze maatregel bestaat uit het toepassen van een magneetspleet Hm die een 25 bedrag S groter is dan de luchtspleet H . Zoals wordt getoond met het in figuur 10 ingezette detail wordt dit bereikt door oftewel de magneten 33, 35,37 op afstand S van de luchtspleet in de steunvoet 27 op te stellen, of door het betreffende oppervlak van de drager 5 te voorzien van een laag 75 die zich magnetisch gedraagt als lucht. De 30 laag 75 bedekt dan de magnetisch geleidende plaat 49. In het onderhavige geval zijn de magneten 33, 35 en 37 in de steunvoeten 27, 29 en 31 op een afstand S van de luchtspleet opgesteld. Dit is bij het in figuur 10 ingetekende detail van de magneetopstelling gestippeld aangegeven. Voor de lagering van de drager 5 qp de tafel 1 in verti-35 cale richting Z is gebruik gemaakt van een bijzondere laag 87 zoals in het navolgende nog nader zal worden besproken. Opgemerkt wordt dat men bij inrichtingen waarmee zeer nauwkeurige verplaatsingen moeten worden uitgevoerd zal streven naar een relatief grote stijfheid

85 ö G 3 i' C

* V

PHN 11.334 8 ciVi van het luchtlager in een relatief groot gebied van luchtspleten a (Ha I0SX ” Ha , zodat belastingsvariaties een zo klein mogelijke invloed hebben op de grootte van de luchtspleet en dus op de positie van 5 het te verplaatsen object.

Zoals blijkt uit figuur 10 wordt gevorkt in een gebied van magneet-spleten waarin een lineair verband bestaat tussen de magnetische aantrekkingskracht F en de magneetspleet H . Het van kromte II benutte deel is dus in feite een rechte lijn. Dit is bij benadering het geval 10 als de magneetspleet voldoende groot is en tevens de magnetische ver-zadigingswaarde van de magneet jukken 39, 41, 45 en 47 relatief hoog ligt.

Het verdient echter de voorkeur om voor de magneet jukken 39, 41, 45 en 47 een materiaal te kiezen met een relatief lage magnetische verzadigings-waarde (zoals bijvoorbeeld vloeistaal), zodat de magneetjukken 39, 41, 45, 15 47 in magnetische verzadiging geraken in het gebied Η - H . .

Hef effect van het optreden van magnetische verzadiging in de magneetjukken 39, 41, 45 en 47 zal worden toegelicht aan de hand van kromme III in figuur 10 die in dat geval ongeveer het getekende verloop heeft.

Als wordt verondersteld dat de belasing van het lager een 20 variatieAW^ ondergaat dan verandert de luchtspleet H& en ook de magneetspleet H^ met een bedrag A H&. De met dit bedrag Δ H^ corresponderende verandering in de magnetische aantrekkingskracht F bedraagt in het geval van kromme IIΔ F^ en in het geval van kromme III Λ F^ .

25 Duidelijk is dat Λ F^ groter is dan Δ, Fjjj ddor het vlakkere verloop van kromme III in het betreffende gebied van luchtspleten. Door de verandering in magnetische aantrekkingskracht F ter grootte F^ respectievelijk Λ F verandert in feite dus ook de belasting W met

een bedragAW T_ respectievelijk A W ___ . Omdat Δ W

am II ^ J am III a m II

30 groter is dan<dw __ zal dus in het geval van kromme II de grenswaarde W2 eerder worden bereikt dan in het geval van kromme III bij belasting-variaties die groter zijn danAW . Dit betekent dat het gebied van de optimale lagerstijfheid (W2 - W^) dus eerder wordt verlaten bij niet 35 in de verzadiging rakende magneetjukken 39, 41, 45 en 47 dan bij een vél in de verzadiging rakende magneetjukken. Bij voorkeur zal men dus een magneetconf iguratie kiezen die een verloop als 85 S C $ 3 0 PHN 11.334 9

van kromne III oplevert. Het Ideale geval doet zich voor als kromte III

links van het werkpunt R de lijn die overeenkomt net de horizontale

lijn door F = W benadert. Deze lijn vormt dan een asymptoot van kromte V K

III.

5 m het geval van een rechthoekige drager 5 kunnen de druk- lagers 7 zijn opgesteld nabij de hoekpunten van de drager zoals schematisch getoond in figuur 1, of nabij de middens van de zijden van de drager zoals getoond in de figuren 2, 6, 7, 8 en 11. De druklagers 7 voor de lagering van de drager 5 in de Z-richting werden terwille van de 10 constructieve eenvoud bij voorkeur opgesteld als getoond in de figuren 2, 6, 7, 8 en 11. Elk van de vier druklagers 7 is opgebouwd uit een pakket van negen permanente samarium-kobalt magneten 77 die van elkaar zijn gescheiden door acht magneet jukken 79 van magnetisch goed geleidend materiaal zoals vloeistaal. Het pakket van negen magneten 77 15 is gescheiden van een doosvormige houder 81 van magnetisch slecht geleidend materiaal zoals bijvoorbeeld aluminium door twee magneet jukken 83 en 85 van vloeistaal. De magneten 77 en de magneet jukken 79, 83 en 85 zijn balk vormig en rechthoekig. De magnetisatierichting van de twee zich evenwijdig aan de X-richting uitstrekkende pakketten magneten 77 is 20 evenwijdig aan de X-richting, terwijl de magnetisatierichting van de twee zich evenwijdig aan de Y-richting uitstrekkende pakketten magneten 77 evenwijdig is aan de Y-richting (zie figuren 7, 8 en 11). Deze magnetisatierichtingen kunnen echter ook zo zijn als in figuur 2 is aangegeven, dat wil zeggen negentig graden gedraaid ten opzichte van 25 de bovenvermelde richtingen. Het bovenvlak van de uit zacht magnetisch materiaal zoals bijvoorbeeld vloeistaal vervaardigde tafel 1 is bedekt met een zqn. replicalaag 87. Deze replicalaag 87 is vervaardigd van een epoxyhars met vuiler zoals bijvoorbeeld aluminiumoxyde die zich magnetisch gedraagt als lucht (zie figuur 6 en ingezet detail van 30 figuur 10). Door middel van de replicalaag 87 is als het ware de magnetische luchtspleet vergroot met een bedrag S zodat + S.

Op deze wijze wordt, zoals reeds vermeld, bereikt dat de kromme van de magnetische aantrekkingskracht F zijn snijpunt heeft met de kretme van de draagkracht W in het werkpunt R. Verder beschermt de replicalaag 35 87 de vloeistalen drager 5 tegen corrosie. Met behulp van een zgn.

moederplaat die zeer vlak is kan de replicalaag 87 tijdens het uitharden worden gevlakt. Dit betekent dat het bovenvlak van de tafel 1 niet zeer vlak behoeft te zijn. De uiteindelijk vereiste grote vlakheid <3 o p i ^ o si u v 3 >j , J v PHN 11.334 10 wordt zodoende op een eenvoudige en tijdsbesparerde wijze verkregen net behulp van één moederplaat voor vele dragers. Samengevat betekent dit dus dat de replicalaag 87 een drieledige functie bezit. Doordat de tafel 1 van zachtmagnetisch materiaal met lage remanentie is ver-5 vaardigd wordt het risico van kleine schokken tijdens de beweging van de drager 5 ten gevolge van gebiedjes met door de magneten 77 geïnduceerd remanent magnetisme in het tafeloppervlak zoveel mogelijk verkleind. De drager 5 is voorzien van een rondlopend luchtkanaal 89 dat is aangesloten qp een niet nader aangegeven bron voor perslucht.

10 Het luchtkanaal 89 bezit een groot aantal zijkanalen 91 die gelijkmatig zijn verdeeld over de omtrek van de drager (zie figuren 6, 7 en 8) en die uitmonden in de luchtspleet tussen de drager 5 en de tafel 1.

Hierdoor ontstaat een luchtlager over een groot deel van de omtrek van de drager 5. Opgemerkt wordt dat geen zijkanalen 91 aanwezig zijn 15 ter plaatse van de magneten 77. De gebieden van de luchtlagering en de magnetische voorspanning zijn dus van elkaar gescheiden.

De luchtlagers 7 zijn magnetisch voorgespannen net een kracht Fy die aanzienlijk groter is dan de maximale belasting in de Z-richting van het lager. Bij voorkeur wordt Fy zo gekozen dat het werkpunt 20 van het lager weer in punt R van figuur 10 komt te liggen. De magnetische voorspankracht is in dit geval, dus niet nodig voor het opnemen van trekkrachten. De constructie van de drager wordt zo licht mogelijk gehouden waardoor de totale belasting in de Z-richting, gevormd door het gewicht van de drager 5 en het object 9, slechts een fractie is 25 van de magnetische voorspankracht Fy. Ten aanzien van variaties in de belasting van de lagers 9 geldt een analoge beschouwing als reeds aangegeven aan de hand van figuur 10 voor wat betreft de veranderingen in H^ en Hm . Het criterium is weer dat bij variaties in de belasting de variaties in H& en H^ zo klein mogelijk moeten zijn. Opgemerkt 30 wordt dat het ook hier de voorkeur verdient om de magneetconfiguratie zo te kiezen dat magnetische verzadiging optreedt. Daartoe moet het materiaal van de magneet jukken 79, 83 en 85 een relagief lage verzadigingswaarde bezitten.

Bij de met figuur 4 geïllustreerde tweede uitvoeringsvorm 35 van de verplaatsingsinrichting is slechts sprake van twee coördinaat-richtingen X en Y, de aandrijving in de derde coördinaatrichting Y' is hier vervallen. Verder is de stang 23 in het punt 93 star verbonden 3500930 » ........... ^ PHN 11.334 11 met de steunvoet 29. De stang 21 is echter op dezelfde wijze scharnierend verbonden met de steunvoet 24 als bij de verplaatsingsinrichting volgens de figuren 1, 2, 3 en 6. Daardoor kan een kleine hoekinstelling (X worden verkregen als uitlijning naodzakelijk is van de drager 5 5 ten opzichte van de tafel 1. Een kleine verplaatsing van de stang 23 in de Y-richting maakt een dergelijke hoekinstelling mogelijk.

Deze hoekinstelling is in feite een vóórinstelling of ijking die voorafgaat aan de verplaatsingen die het object in het werkpunt P moeten brengen. De steunvoeten 27 en 29 zijn weer voorzien van permanente 10 magneten, magneet jukken en luchttoevoerkanalen terwijl de drager 5 is voorzien van magnetisch geleidende platen zoals beschreven bij de verplaatsingsinrichting volgens figuur 1. De verplaatsingsinrichting volgens figuur 4 behoort tot de categorie waarbij een rotatie ψ om een vertikale Z-as niet nodig is voor het positioneren van het object.

15 De in figuur 5 getoonde derde uitvoeringsvorm van de ver plaatsingsinrichting behoort weer tot de categorie waarbij een rotatie cm een vertikale Z-as mogelijk is. Ook in dit geval wordt de rotatie (pz verkregen mat behulp van de stangen 23 en 25. De steunvoet 27 is van hetzelfde type als die van de eerste verplaatsingsinrichting, 20 terwijl de steunvoeten 29 en 31 als zodanig zijn vervallen. De stangen 23 en 25 zijn nu scharnierend gekoppeld met een balkvormige geleiding 95 die langer is dan de afstand tussen de stangen en die vervaardigd is van magnetisch geleidend materiaal zoals bijvoorbeeld vloeistaal. De koppeling tussen de stang 23 en de geleiding 95 is van 25 hetzelfde type als de koppeling tussen de stang 21 en de steunvoet 27, terwijl de koppeling tussen de stang 25 en de geleiding 95 slechts een draadstuk 55 bevat, zodat de geleiding 95 kan scharnieren ten opzichte van de stangen 23 en 25. In de drager 5 bevinden zich twee pakketten permanente magneten 77. De magneetconf igurat ie is 30 van dezelfde soort als reeds beschreven aan de hand van de verplaatsingsinrichting volgens figuur 1. Tbr verkrijging van een magneetspleet Hm die groter is dan de luchtspleet H zijn de magneten 77 met hun α eindvlakken op afstand S van de luchtspleet gelegen. Er kan in plaats hiervan ook gebruik worden gemaakt van de reeds vermelde replicalaag 35 ter dikte S. Deze is dan aangebracht qp de naar de magneten toegekeerde zijde van de geleiding 95. Cp de drager 5 bevindt zich een object 9, zoals bijvoorbeeld een rond half geleider substraat, waarbij bijvoorbeeld het midden P' moet samenvallen met het werkpunt p. Een voordeel van de

3 0 U 'J -J O U

PHN 11.334 12 verplaatsingsinrichting volgens figuur 5 is de relatief grote rotatie-stijfheid tegen rotaties van de drager 5 om een vertikale Z-as. Verder is het met deze inrichting mogelijk cm relatief grote verplaatsingen evenwijdig aan de X-richting uit te voeren met een relatief kleine massa 5 van de drager 5.

Bij alle in het voorgaande besproken verplaatsingsinrichtingen is gebruik gemaakt van aandrijvingen 11, 13 en 15 die in het navolgende worden besproken aan de hand van figuur 12. De translatie-aandrijving volgens figuur 12 bevat een gelijkstroomtiotor 97 die via een flexibele 10 koppeling 99 en een serie wrijvingswielen 101, 103, 105 en 107 een as 109 aandrijft. Door middel van twee paren op enige afstand van elkaar opgestelde vrij draaibare aandrukrollen 111 en 113 (zie ook figuur 2) worden de stangen 21, 23 en 25 met platte zijden 115 en 117 tegen de betreffende aandrijvende as 109 gedrukt. De aandrukrollen 111 en 113 15 zijn onder een hoek met de vertikaal opgesteld en gelagerd in een blok 119 waarop een van een niet nader aangegeven veer afkomstige aandruk-kracht 121 werkt. De rollende wrijving tussen de platte zijden 115 en 119 en de as 109 zorgt voor translatie in de X-, Y- en Y'-richting van respectievelijk de stangen 21, 23 en 25. In de stangen 21, 23 en 25 20 bevindt zich een strookvormige, zich respectievelijk in de X-, Y-en Y'-richting uitstrekkende meetlineaal 123 met afwisselend relatief sterk en relatief zwak reflecterende gebieden waarop een lichtbundel 125 wordt geprojecteerd met behulp van een spiegel 127 en een lens 129.

De gereflecteerde lichtbundel wordt gedetecteerd door een in een meet-25 inrichting 131 opgestelde fotcdetector op niet nader aangegeven wijze.

Het aldus verkregen meetsignaal wordt verwerkt in een volgschakeling en vervolgens teruggekoppeld naar de electromotor 97. De in het voorgaande globaal besproken optische meetinrichting is van een gebruikelijke soort en wordt derhalve niet uitvoerig beschreven. Cpgemerkt 30 wordt dat de meetrichting samenvalt met respectievelijk de X-, Y-en Y'-richting waarmee zogenaamde Abbe-fouten of kantelfouten worden vermeden.

Bij de in het voorgaande besproken verplaatsingsinrichtingen is steeds sprake geveest van luchtlagers of gaslagers voor de vertikaal 35 werkende druklagers 7. In de druklagers 7 kan echter ook een vloeistof als visceus medium worden toegepast. Een goede opvang voor de wegstromende vloeistof is dan echter noodzakelijk. Hoewel voor de horizontaal werkende druk-trek lagers in principe een vloeistof als visceus medium mogelijk 8508230 PHN 11.334 13 is voedt hier de voorkeur gegeven aan een gas vanwege de gecompliceerde opvang die in het geval van een vloeistof nodig is. De vertikale druk-lagers kunnen ook vorden vervangen door nauwkeurige rol- of kogellagers, terwijl ook glijdlagers mogelijk zijn. De voorspankracht van de visceuze, 5 contactloze lagers kan warden verkregen door middel van een gewicht, een vacuum, een veer of electrcmagnetisch voor de vertikaal werkende druklagers en door middel van vacuum, een veer of electromagnetisch voor de horizontaal werkende druk-trek lagers. In het geval van een electrcmagnetiscbe voorspankracht worden de permanente magneten ver-10 vangen door een electrcmagneet waarvan de bekrachtiging kan warden geregeld met behulp van een opnemer waarmee de grootte van de lucht-spleet wordt gemeten. De magnetische aantrekkingskracht kan dan zo warden geregeld dat variaties in de belasting van het luchtlager of vloeistoflager geheel worden gecompenseerd door een daartoe aangepaste 15 bekrachtiging. Een daarmee corresponderend verloop van de magnetische aantrekkingskracht F is in figuur 10 met de lijn IV aangegeven (punt-streep-lijn). Opgemerkt wordt dat de gebruikelijke electrcmagne-tische lagers zonder gebruik van een van een drukbron afkomstig visceus medium niet tot het gebied van de uitvinding behoren. Dergelijke 20 electrcmagnetische lagers zijn namelijk van het zgn. dynamische type, terwijl de uitvinding gebruik maakt van visceuze lagers van hst zgn. statische type met externe drukbron.

In plaats van een pakket permanente magneten kan bij de uitvinding ook gebruik worden gemaakt van een enkele permanente 25 magneet voor elke stang 21, 23 en 25. Ook voor de vertikale lagering is in principe een enkele magneet mogelijk. De vereiste stijfheid tegen kantelen van de drager 5 kan echter gemakkelijker worden bewerkstelligd met meerdere magneten of zoals beschreven met meerdere pakketten magneten. Hoewal de uitvinding is beschreven aan de hand van een 30 translatie-aandrijving of zgn. lineaire aandrijving met wrijvings- koppelingen koten ook andere, qp zichzelf bekende lineaire aandrijvingen in aanmerking. Dergelijke lineaire aandrijvingen kunnen bijvoorbeeld zgn. schroef- moer aandrijvingen of aandrijvingen met een door rollen of kogels geleide as zijn. In principe konen alle aandrijvingen in aan-35 merking waarmee aan de drager 5 een heen en weer gaande translatie-beveging kan worden gegeven door krachtinwerking vanaf één zijde van de drager 5. De beschreven statische visceuze lagers met externe drukbron kunnen van verschillend type zijn wat betreft de toegepasterestrictie --- 8500930 i PHN 11.334 14 tassen de drukhron en de gas-respectievelijk vloeistof spleet. In het bijzonder wordt gevezen op de mogelijkheid van toepassing van een zgn. membraan gecondenseerd visceus lager. Met een dergelijk op zichzelf bekend lager kan een zeer grote stijfheid worden verkregen.

5 10 15 20 25 30 35 8500930

Claims

1. Verplaatsingsinrichting met een in twee onderling loodrechte coördinaatrichtingen verplaatsbare, horizontale plaatvormige drager die is gelagerd op een vlakke tafel, welke inrichting is voorzien van een eerste aan de drager gekoppelde translatie-aandrij ving voor het 5 uitoefenen van een drukkracht qp de drager in een eerste coördinaatrichting en een tweede aan de drager gekoppelde trans latie-aandr ij ving voor het uitoefenen van een drukkracht qp de drager in een, loodrecht op de eerste coördinaatrichting staande, tweede coördinaatrichting, waarbij de door de eerste en de tweede aandrijving qp de drager uitgeoefende 10 krachten in één horizontaal vlak zijn gelegen, met het kenmerk, dat de eerste aandrijving door middel van een eerste horizontaal werkend statisch druk- respectievelijk treklager met een visceus medium contactloos is gekoppeld aan de drager, terwijl de tweede aandrijving door middel van een tweede horizontaal werkend druk- respectievelijk treklager met een 15 visceus medium contactloos aan de drager is gekoppeld, waarbij zowel het eerste als het tweede druk- respectievelijk treklager is voorgespannen in de eerste respectievelijk tweede coördinaatrichting net een kracht die groter is dan de maximaal optredende trekkracht tussen respectievelijk de eerste en de tweede aandrijving en de drager.

2. Verplaats ingsinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de inrichting is voorzien van een derde aan de drager gekoppelde translatie-aandrijving voor het uitoefenen van een druk- respectievelijk trekkracht qp de drager in een richting evenwijdig aan de tweede coördinaatrichting, waarbij zowel de eerste, tweede als de derde aandrijving 25 scharnier baar zijn cm een vertikale as ten opzichte van de drager.

3. Verplaats ingsinrichting volgens conclusie 2, net het kenmerk, dat de derde aandrijving met behulp van een derde horizontaal werkend statisch druk- respectievelijk treklager met een visceus medium is gekoppeld aan de drager, waarbij het derde lager is voorgespannen evenwijdig 30 aan de tweede coördinaatrichting met een kracht die groter is dan de maximaal optredende trekkracht tussen de derde aandrijving en de drager.

4. Verplaatsingsinrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het eerste, tweede en derde lager zijn voorgespannen met behulp 35 van een daarin qpgestelde permanente magneet.

5. Verplaatsingsinrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat een deel van het met de permanente magneet corresponderende magnetisch circuit in magnetische verzadiging verkeert. 8500930 * e v EHN 11.334 16

6. Verplaatsingsinrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het visceuze medium lucht is.

7. Verplaatsingsinrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het tweede en het derde lager zijn voorgespannen door middel 5 van een aantal voor beide lagers gemeenschappelijke permanente magneten die in de drager zijn opgesteld.

8. Verplaatsingsinrichting volgens conclusie 7, roet het kenmerk, dat het tweede en het derde lager zijn gekoppeld door een balkvornge geleiding die scharnierbaar is ten opzichte van de tweede en derde 10 aandrijving cm een vertikale as, terwijl de eerste aandrijving scharnierbaar is om een vertikale as ten opzichte van de drager. 15 20 25 30 35 85 0 0 9 o ü