NL8902471A - Tweetraps positioneerinrichting. - Google Patents

Description

N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken.

Tweetraps positioneerinrichting.

De uitvinding heeft betrekking op een positioneerinrichting met een in ten minste twee coördinaatrichtingen (X, Y) ten opzichte van een basis verplaatsbare slede voor een tafel die ten opzichte van de slede in de genoemde coördinaatrichtingen verplaatsbaar is.

Bij een bekende (uit "Bulletin of the Japan Society of Precision Engineering", Vol. 22, No. 1, March '88, p. 13-17) positioneerinrichting van de in de aanhef genoemde soort is de tafel door vier buigzame staven gekoppeld met de slede. De verplaatsing van de tafel ten opzichte van de slede wordt bewerkstelligd met drie zogenaamde piëzo-aktuatoren die elk nabij hun ene uiteinde zijn bevestigd aan de slede en nabij hun andere uiteinde aan de tafel. De slede vormt een bovenste drager van een zogenaamde kruistafel, die verder nog een onderste drager bezit. Onderste en bovenste drager kunnen respectievelijk worden verplaatst in de X- en Y-coördinaatrichting, waarbij de verplaatsing van de onderste drager in de X-coördinaatrichting tevens een verplaatsing van de bovenste drager in deze richting tot gevolg heeft. De verplaatsing van een op de tafel gelegen object vindt plaats door een grof-verplaatsing van de slede (bovenste drager) gevolgd door een fijn-verplaatsing van de tafel ten opzichte van de slede.

Een bezwaar van de beschreven bekende tweetraps positioneerinrichting is, dat de mechanische koppeling tussen de tafel en een als bovenste drager in een kruistafel functionerende slede in een geregeld systeem bandbreedte beperkende eigenfrequenties tot gevolg heeft. De wrijving in de geleidingen van de dragers in de kruistafel beperkt bovendien in aanzienlijke mate de nauwkeurigheid van de positioneerinrichting.

Het doel van de uitvinding is een positioneerinrichting te verschaffen waarin de beschreven bezwaren worden vermeden.

De positioneerinrichting volgens de uitvinding heeft daartoe tot kenmerk, dat in bedrijf de tafel uitsluitend door Lorentz- krachten van magneet- en spoelstelsels is gekoppeld met de slede en gezien in een derde coördinaatrichting (Z) die dwars staat op de genoemde coördinaatrichtingen (X, Y) een positie ten opzichte van de slede inneemt die bepaald is door een tussen de basis en de tafel werkend statisch gaslager.

Doordat de tafel niet mechanisch maar via Lorentz-krachten is gekoppeld met de slede en direct is afgesteund op de basis met een relatief stijf statisch gaslager, wordt een grote bandbreedte van het systeem verkregen bij een optimale positioneringsnauwkeurigheid. De specifieke constructie van de voor de verplaatsing van de slede benodigde aandrijving speelt voor de haalbare bandbreedte een ondergeschikte rol. Opgemerkt wordt dat onder Lorentz-kracht de kracht dient te worden verstaan die het vectoriële product is van de magnetische inductie B en de stroomsterkte i.

Een eerste uitvoeringsvorm van de positioneerinrichting is voorzien van een aan een, in een (X) der coördinaatrichtingen verplaatsbare, drager en geleiding voor de slede bevestigd spoelstelsel en van een aan de slede bevestigd verder spoelstelsel, terwijl de tafel is voorzien van tegenover de beide genoemde spoelstelsels opgestelde magneetstelsels, waarbij met elkaar corresponderende spoel- en magneetstelsels lineaire elektrische motoren vormen voor de verplaatsing en geleiding van de tafel ten opzichte van de slede in respectievelijk de Y-coördinaatrichting en de X-coördinaatrichting. Het op de drager bevestigde spoelstelsel levert een relatief snelle en nauwkeurige verplaatsing van de tafel in de Y-coördinaatrichting.

Een tweede uitvoeringsvorm van de positioneerinrichting is voorzien van een door een in de X-coördinaatrichting verplaatsbare eerste drager en van een door een in de Y-coördinaatrichting verplaatsbare tweede drager geleide slede, terwijl de tafel is voorzien van magneetstelsels die zijn opgesteld tegenover spoelstelsels in de slede, waarbij met elkaar corresponderende magneet- en spoelstelsels lineaire elektrische motoren vormen voor de verplaatsing en geleiding van de tafel ten opzichte van de slede in respectievelijk de X-coördinaatrichting en de Y-coördinaatrichting. Doordat alle spoelstelsels op de slede zijn bevestigd, wordt een gunstige bedrijfstemperatuur verkregen.

Een derde uitvoeringsvorm van de positioneerinrichting is voorzien van een met de tafel gekoppelde plaatsopnemer waarvan in bedrijf een positiesignaal een verschilsignaal van een regelinrichting bepaalt die een eindpositie van de tafel vastlegt, welke regelinrichitng een simultaan werkende eerste terugkoppelregeling van de slede en een tweede terugkoppelregeling van de tafel bevat met een gemeenschappelijke setpunt generator, waarbij de setpunt generator in de eerste terugkoppelregeling een reeks setpunten genereert die de positie van de slede waarborgt binnen een door de tweede terugkoppelregeling van de tafel bepaalde marge in een lineair kracht-stroom bereik van de betreffende magneet- en spoelstelsels. De lineairiteit maakt een relatief eenvoudige besturing van de tafel mogelijk.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin: figuur 1 een bovenaanzicht toont van de eerste uitvoeringsvorm van een positioneerinrichting volgens de uitvinding, figuur 2 een doorsnede op vergrootte schaal toont langs de lijn II-II in figuur 1, figuur 3 een doorsnede op vergrootte schaal toont langs de lijn III-III in figuur 1, figuur 4 een doorsnede op vergrootte schaal toont langs de lijn iv-iv in figuur 1, figuur 5 een bovenaanzicht op vergrootte schaal toont van een slede en een onderste deel van de in de figuren 1 en 2 aangegeven tafel, figuur 6 een bovenaanzicht toont van een losse slede volgens figuur 5, figuur 7 een doorsnede langs de lijn VII-VII in figuur 6 toont, figuur 8 een bovenaanzicht toont van een slede en een tafel als toegepast in de positioneerinrichting volgens figuur 1, figuur 9 een bovenaanzicht toont van een slede, een onderste magneethouder van de tafel en een deel van een aandrijving van de slede voor de Y-coördinaatrichting zoals toegepast in de positioneerinrichting volgens figuur 1, figuur 10 een bovenaanzicht toont van een onderste deel van de tafel zoals toegepast in de positioneerinrichting volgens figuur 1, figuur 11 een bovenaanzicht toont van de tweede uitvoeringsvorm van een positioneerinrichting volgens de uitvinding, figuur 12 een deel toont van de tweede uitvoeringsvorm van een positioneerinrichting volgens de uitvinding.

De met de figuren 1 en 2 geïllustreerde eerste uitvoeringsvorm van de positioneerinrichting 1 bezit een zich in een horizontaal vlak evenwijdig aan het in figuur 1 aangegeven XY-vlak uitstrekkende plaatvormige basis 3 van graniet. Nabij de vier hoeken van de rechthoekige basis 3 bevinden zich verticale steunen 5, 7, 9 en 11 waarop een aandrijving is bevestigd voor een in de X-coördinaatrichting verplaatsbare drager 13 voor een in de Y-coördinaatrichting ten opzichte van deze verplaatsbare slede 15. De drager 13 bezit twee zich evenwijdig aan de Y-coördinaatrichting uitstrekkende geleidingen 17 en 19 in de vorm van ronde, metalen stangen waarover de slede 15 als een hangende kar verrijdbaar is door middel van rollen (21, 23, 25) aan de linkerzijde in figuur 2 en rollen (27, 29, 31) aan de rechterzijde in figuur 2. In figuur 1 zijn verdere rollen 33 en 35 zichtbaar waarmee de slede 15 verrijdbaar is over de geleidingen 17 en 19. Alle rollen 21-35 zijn draaibaar gelagerd in zijwanden 37 en 39 van de slede 15 (zie ook figuren 6 en 7). Op de basis 3 zijn twee zich evenwijdig aan de X-coördinaatrichting uitstrekkende geleidingen 41 en 43 bevestigd (zie figuren 1, 3, 4) waarover de drager 13 in de X-coördinaatrichting verrijdbaar is door middel van rollen (45, 47) aan de onderzijde van figuur 1 en rollen (49, 51) aan de bovenzijde van figuur 1. In de figuren 3 en 4 zijn verdere rollen 53 respectievelijk 55 zichtbaar waarmee de drager 13 verrijdbaar is over de geleidingen 41 en 43.

Zowel de drager 13 ten opzichte van de basis 3 als de slede 15 ten opzichte van drager 13 worden verplaatst met behulp van tandriemaandrijvingen. In het geval van de drager 13 worden twee tandriemen 57 en 59 (zie figuur 1) aangedreven met respectievelijk stappenmotoren 61 en 63 die zijn bevestigd op de steunen 9 en 11. De stappenmotor 61 drijft een getande rol 65 aan waaromheen de aan de drager 13 bevestigde tandriem 57 is geslagen die verder nog is geleid om een draaibaar op de steun 5 gelagerde getande rol 67. De stappenmotor 63 drijft een getande rol 69 aan waaromheen de aan de drager 13 bevestigde tandriem 59 is geslagen die verder nog is geleid om een draaibaar op de steun 7 gelagerde getande rol 71. In het geval van de slede 15 wordt een aan de slede bevestigde tandriem 73 aangedreven door een op de slede geplaatste stappenmotor 75. De tandriem 73 is geleid om getande rollen 77 en 79 (zie figuren 3 en 4) die draaibaar zijn gelagerd op de slede 15. De rol 77 is bevestigd op een as 81 waarop een verdere, in de tekening niet zichtbare getande rol is bevestigd waaromheen een verdere tandriem 83 is geslagen (zie figuren 1 en 3) die wordt aangedreven door een eveneens niet zichtbare door de stappenmotor 75 aangedreven verdere, met de motoras verbonden getande rol.

Zoals blijkt uit de figuren 1, 2, 8 en 9, is de in de X-coördinaatrichting verplaatsbare drager 13 voorzien van twee langwerpige, zich evenwijdig aan de Y-coördinaatrichting uitstrekkende gelijke spoelstelsels 85 en 87 die elk zijn opgebouwd uit twee spoelen C1 en C2 met per spoel delen die om en om in tegengestelde zin zijn gewikkeld. De twee spoelen C1 en C2 zijn zo om kernen 89 en 91 (zie figuur 2) gewikkeld, dat in elk van de spoelstelsels 85 en 87 secties ontstaan van paren tot verschillende spoelen behorende in gelijke zin gewikkelde spoeldelen, waarbij de zo gevormde paren om en om tegengesteld zijn gewikkeld. Als elk van de spoelen C1 en C2 wordt voorzien van een oplopende nummering van opeenvolgende spoeldelen, ontstaat de volgende rij: C11 C21, C12 C22, ... C1N C2N, waarbij C11 en C21 in gelijke zin zijn gewikkeld, terwijl de paren C11, C21 en C12, C22 in tegengestelde zin zijn gewikkeld.

Aan de boven- en de onderzijde van de drager 13 met de spoelstelsels 85 en 87, bevinden zich met deze spoelstelsels corresponderende magneetstelsels (93, 95) en magneetstelsels (97, 99).

De aan een in de X-coördinaatrichting en in de Y-coördinaatrichting verplaatsbare tafel 101 bevestigde magneetstelsels (93, 95) en magneetstelsels (97, 99) vormen samen met de corresponderende spoelstelsels 85 en 87 lineaire elektrische motoren voor de verplaatsing in de Y-coördinaatrichting van de tafel 101 ten opzichte van de slede 15. Deze relatieve verplaatsing in de Y-coördinaatrichting wordt verkregen door de betreffende secties van de spoelen C1 en C2 op het juiste tijdstip te kommuteren. Dit kan bijvoorbeeld door middel van naderingsschakelaars of verplaatsingsopnemers. Elk van de magneetstelsels 93, 95, 97 en 99 bevat respectievelijk twee permanente magneten (101, 103), (105, 107), (109, 111) en (113, 115) zoals aangegeven in de figuren 2, 5 en 10. De twee magneten van elk paar zijn in een richting evenwijdig aan de Z-coördinaatrichting in tegengestelde zin gemagnetiseerd en gekoppeld door plaatvormige, magnetisch geleidende bruggen. In de figuren 1 en 8 zijn voor de magneetstelsels 93 en 97 deze bruggen aangegeven met de verwijzingsnummers 117 en 119. In figuur 2 zijn voor de magneetstelsels 95 en 99 de bruggen aangegeven met de verwijzingsnummers 118 en 120. Aan de tafel 101 is een voet 121 bevestigd die wordt gelagerd op de basis 3 (zie figuren 1 en 2). De lagering geschiedt door middel van een aerostatisch lager (statisch gaslager) van een op zichzelf uit de Europese octrooiaanvrage EP-A1-0244012 bekende soort.

De slede 15 is voorzien van een spoelstelsel (verder spoelstelsel) dat twee in tegengestelde zin gewikkelde spoelen 123 en 125 (zie figuren 2 en 9) bevat die samen met respectievelijk een bovenste magneetstelsel 127 en een onderste magneetstelsel 129 lineaire elektrische motoren vormen voor de verplaatsing van de tafel 101 ten opzichte van de slede 15 in de X-coördinaatrichting. Het bovenste magneetstelsel 127 bevat twee evenwijdig aan de Z-coördinaatrichting in tegengestelde zin gemagnetiseerde permanente magneten 131 en 133, terwijl het onderste magneetstelsel 129 twee permanente magneten 135 en 137 bezit die onderling tegengesteld zijn gemagnetiseerd evenwijdig aan de Z-coördinaatrichting. Een plaatvormige, magnetisch geleidende brug 139 verbindt de magneten 131 en 133 en een plaatvormige, magnetisch geleidende brug 141 verbindt de magneten 135 en 137.

De werking en besturing van de aan de hand van de figuren 1 tot en met 10 beschreven eerste uitvoeringsvorm van de positioneerinrichiting zal worden beschreven aan de hand van de nu volgende tweede uitvoeringsvorm van de positioneerinrichting. In principe zijn werking en besturing van beide positioneerinrichtingen gelijk.

De in de figuren 11 en 12 getoonde tweede uitvoeringsvorm van de positioneerinrichting 143 bevat vier schroefspindels 145, 147, 149 en 151 die zijn bevestigd op een horizontale plaatvormige basis 153 van bijvoorbeeld graniet. De zich evenwijdig aan de X-coördinaatrichting uitstrekkende schroefspindels (145, 147) zijn respectievelijk draaibaar in lagers (155, 157) en lagers (159, 161) die gemonteerd zijn op de basis 153, terwijl de zich evenwijdig aan de Y- coördinaatrichting uitstrekkende schroefspindels (149, 151) draaibaar zijn in respectievelijk lagers (163, 165) en lagers (167, 169) die eveneens zijn gemonteerd op de basis 153. De schroefspindels 145, 147, 149 en 151 worden respectievelijk aangedreven door op de basis 153 bevestigde elektromotoren 171, 173, 175 en 177. Door middel van de schroefspindels (145, 147) kan een eerste drager 179 worden verplaatst in een richting evenwijdig aan de X-coördinaatrichting, terwijl door middel van de schroefspindels (149, 151) een tweede drager 181 kan worden verplaatst in een richting evenwijdig aan de Y-coördinaatrichting. De eerste drager 179 wordt gevormd door twee loopmoeren 183 en 185 die een brug vormen tussen twee zich evenwijdig aan de Y-coördinaatrichting uitstrekkende stangen 187 en 189. De tweede drager 181 wordt gevormd door twee loopmoeren 191 en 193 die een brug vormen tussen twee zich evenwijdig aan de X-coördinaatrichting uitstrekkende stangen 195 en 197. Een slede 199 die is voorzien van langs de stangen 195 en 197 geleide rollen 201, 203, 205 en 207 en van langs de stangen 187 en 189 geleide rollen 209 en 211 is binnen het kader van de genoemde stangen in de X- en de Y-coördinaatrichting ten opzichte van de eerste drager 179 en de tweede drager 181 verplaatsbaar. Deze verplaatsing van de slede 199 door middel van de dragers 179 en 181 vormt de eerste trap in een tweetraps verplaatsing van een tafel 213 die een voet 215 bezit met een statische gaslagering. Daarmee is de voet 215 gelagerd op de plaatvormige basis 153. Eenvoudigheidshalve is het bovenste deel van de tafel 213 in figuur 11 niet getekend. Dit bovenste deel is in principe van eenzelfde constructie als die van de tafel 101 uit de figuren 1 en 2. Het onderste deel van de tafel 213 is voorzien van montagevlakken 217 voor het bovenste deel dat niet is getoond. Verwezen wordt wat dit betreft naar figuur 12 waarin de tafel 213 los van de dragers 179 en 181 schematisch is aangegeven. In feite wordt op deze wijze benadrukt, dat de tafel 213 niet mechanisch is gekoppeld met de slede 199 maar uitsluiten door Lorentz-krachten die worden verkregen door spoel- en magneetstelsels van lineaire elektrische translatiemotoren.

De slede 199 is voorzien van drie spoelstelsels 219, 221 en 223 die respectievelijk zijn voorzien van paren spoelen (225, 227), (229, 231) en (233, 235). De spoelen in een paar zijn in tegengestelde zin gewikkeld. Tegenover de spoelstelsels 219, 221 en 223 zijn corresponderende, in de tafel 213 gemonteerde paren permanente magneten (237, 239), (241, 243) en (245, 247) opgesteld. De positie van deze in figuur 11 niet getekende magneten is met stippellijnen aangegeven. Corresponderende spoel- en magneetstelsels in respectievelijk slede 199 en tafel 213 vormen lineaire elektrische translatiemotoren voor de verplaatsing van de tafel ten opzichte van de slede in de X- en Y-coördinaatrichtingen. In figuur 11 is met pijlen 249, 251 en 253 aangegeven met welke verplaatsingsrichtingen de spoelstelsels 219, 221 en 223 corresponderen. De permanente magneten in een paar zijn in een richting evenwijdig aan de Z-coördinaatrichting in tegengesteld zin gemagnetiseerd.

De verplaatsing van de tafel 213 naar een gewenste positie is geregeld op de in het navolgende beschreven wijze. In principe is de verplaatsingsregeling van de tafel 101 gelijk aan die van de tafel 213. De drager 13 in figuur 1 correspondert met de drager 179 in figuur 11 en de meenemer 15 met de slede 199. Bij de positioneerinrichting 143 volgens figuur 11 zijn ten opzichte van de positioneerinrichting 1 volgens figuur 1 de spoelstelsels 85 en 87 in de drager 13 met hun corresponderende magneetstelsels 93-99 in de tafel 101 vervangen door de spoelstelsels 219 en 223 in de slede 199 en de magneetparen (237, 239) en (245, 247) in de tafel 213. Omdat de tweede drager 181 in figuur 11 met zijn aandrijving relatief lange spoelstelsels 85 en 87 (zie figuur 1) vermijdt wordt in bedrijf een uniforme temperatuurverdeling in het centrale deel van de positioneerinrichting verkregen. De twee schroefspil aandrijvingen van de drager 181 zijn bovendien goedkoper dan de twee lineaire motoren met relatief lange spoelstelsels 85 en 87. Daarentegen zijn de translatiemotoren met de lange spoelstelsels 85 en 87 van de positioneerinrichting 1 snel en nauwkeurig vergeleken met schroefspindelaandrijvingen.

De positioneerinrichting 143 volgens de figuren 11 en 12 is voorzien van een regelinrichting die een eerste terugkoppelregeling voor de slede 199 en een tweede terugkoppelregeling voor de tafel 213 bevat. Daartoe is de regelinrichting voorzien van een voor de eerste en tweede terugkoppelregeling gemeenschappelijke digitale setpunt generator 255. Tussen de eerste terugkoppelregeling voor de slede en de tweede terugkoppelregeling voor de tafel bestaat relatie in die zin, dat de in het navolgende nog te bespreken plaatsopnemers (interferometers) van de tweede terugkoppelregeling dominant en bepalend zijn voor de gewenste eindpositie van de tafel 213. De setpunt generator 255 kan een generator van positiesignalen al of niet in combinatie met snelheidssignalen en versnellingssignalen zijn. De regelinrichting zal worden besproken aan de hand van twee positieterugkoppellussen voor respectievelijk de slede 199 en de tafel 213. Indien aanwezig zijn de snelheids- en versnellings-terugkoppellussen in sterke mate analoog aan de positieterugkoppellussen. Vanuit de setpunt generator 255 worden via signaallijnen 257 en 259 aan een tweetal paren als comparator functionerende sommators (of sommeerschakelingen) (261, 263) en (265, 267) positiesignalen aangeboden die de gewenste X, Y-positie representeren voor respectievelijk de eerste drager 179 en de tweede drager 181. De uitgangssignalen van de comparatoren 261, 263, 265 en 267 worden toegevoerd aan regelaars 269, 271, 273 en 275 en vervolgens als geregelde signalen aangeboden aan versterkers 277, 279, 281 en 283. Als regelaars kunnen zogenaamde PD of PID regelaars worden toegepast, alsook regelaars met een zogenaamde waarnemer of processimulator. De geregelde en versterkte signalen worden via een hoofd-signaallijn 284 (zogenaamde “data bus") en via signaallijnen 285, 287, 289 en 291 gevoerd naar de gelijkstroommotoren 171, 173, 175 en 177 die zijn voorzien van hoekopnemers 293, 295, 297 en 299. Door middel van signaallijnen 301, 303, 305 en 307 worden de uitgangssignalen van de hoekopnemers 293, 295, 297 en 299 teruggekoppeld naar de comparatoren 261, 263, 265 en 267,

Duidelijkheidshalve is in figuur 12 de tafel 213 die functioneel en niet mechanisch is gekoppeld met de tweede drager 181 ook los daarvan aangegeven.

Vanuit de setpunt generator 255 worden via signaallijnen 309, 311 en 313 positiesignalen die corresponderen met de X- en Y-coördinaatrichtingen en de hoekpositie φ2 van de tafel 213 aangeboden aan respectievelijk als comparator functionerende sommators 315, 317 en 319. De uitgangssignalen van de comparatoren 315, 317 en 319 worden toegevoerd aan regelaars 321, 323 en 325 die van eenzelfde soort kunnen zijn als de regelaars 269, 271 en 273. Vervolgens worden de geregelde signalen aangeboden aan respectievelijk een versterker 327 en een signaaltransformatieschakeling 328 met versterkers 329 en 331 en via de hoofdsignaallijn 284 en signaallijnen 333, 335 en 337 naar de spoelstelsels 219, 221 en 223 in de slede 199 gevoerd (zie ook figuur 11). De schakeling 328 voert een geconverteerde bewerking uit op de signalen vergeleken met de bewerking uitgevoerd door de optel-aftrek-schakeling 355. Bij de plaatsbepaling van de tafel 213 wordt gebruik gemaakt van een in figuur 12 schematisch aangegeven plaatsopnemer 339 die drie op zichzelf bekende interferometers bevat. Een van de interferometers correspondeert met de Xt~coördinaat van het middelpunt 341 van de tafel 213 dat samenvalt met de oorsprong van het X-Y-coördinaat-systeem in de neutrale standen van de tafel 213, de eerste en de tweede dragers 179 en 181 en de slede 199 en levert een desbetreffend plaatssignaal op een signaallijn 345 die is verbonden met de comparator 315. Beide andere interferometers corresponderen zowel met de Y-coördinaatrichting als met de hoekpositie φζ. Op twee vaste posities in het X-Y-coördinaatsysteem wordt met behulp van laatstgenoemde twee interferometers de Yt~coördinaat gemeten. De met de aldus verkregen meetwaarden corresponderende elektrische signalen ΥΗ en Y2t worden via respectievelijk signaallijnen 347 en 349 en vermenigvuldigers 351 en 353 met een vermenigvuldigingsfactor 1/2 naar een optel-aftrek-schakeling 355 gevoerd. Door middel van een sommator 357 in de schakeling 355 die zowel met de signaallijn 347 als met de signaallijn 349 is verbonden wordt een gemiddelde Y^-waarde van het middelpunt 341 verkregen op een signaallijn 359 die is verbonden met de comparator 317 via een vermenigvuldiger 361 met vermenigvuldigingsfactor 2. Door middel van een subtractor 363 in de schakeling 355 die eveneens met de signaallijnen 347 en 349 is verbonden wordt een voor φζ representatief elektrisch signaal verkregen op een signaallijn 365 die met de comparator is verbonden via een vermenigvuldiger 367. De vermenigvuldingingsfactor van de vermenigvuldiger 367 is 2K waarbij K een goniometrische factor van de hoekpositie φζ representeert.

De besturing van de tafel 213 vindt dus plaats met behulp van een regelinrichting zoals getoond in figuur 12. De regelinrichting bevat een eerste terugkoppelregeling 369 en een tweede terugkoppelregeling 371 voor respectievelijk de slede 199 en de tafel 213. Deze in het voorgaande reeds beschreven terugkoppelregelingen 369 en 371 zijn in figuur 12 met een gestippeld kader aangegeven. In bedrijf werkt de setpunt generator 255 simultaan voor de positionering van de slede 199 en de tafel 213. De plaatsopnemer 339 met de drie interferometers in de terugkoppelregeling 371 is aanzienlijk nauwkeuriger dan de relatief goedkope hoekopnemers 293, 295, 297 en 299 in de terugkoppelregeling 369. De hoekopnemers zijn geschikt voor een zodanige plaatsingsnauwkeurigheid van de slede 199 dat aan twee voorwaarden is voldaan. De eerste voorwaarde behelst dat de onderlinge positie van de spoelstelsels 219, 221 en 223 in de slede 199 en de magneetstelsels (237, 239), (241, 243) en (245, 247) in een vlak evenwijdig aan het X-Y-coördinaatsysteem binnen een marge blijft van een lineaire kracht-stroom relatie van de als lineaire motoren functionerende spoel-magneetstelsels. De tweede voorwaarde behelst dat de afwijking van de slede 199 ten opzichte van de gestelde eindpositie na een verplaatsing binnen de slag of relatieve verplaatsing ligt van de spoelstelsels (219-223) en de magneetstelsels (237-247) in respectievelijk de slede 199 en de tafel 213. Aan de genoemde twee voorwaarden kan worden voldaan met de in gelijkstroommotoren gebruikelijke hoekopnemers. De terugkoppelregeling 369 van de slede 199 kan zo worden uitgevoerd, dat de terugkoppelsignalen van de hoekopnemers worden genegeerd vanaf het moment dat de slede 199 binnen de beschreven slag van de tafel 213 is gekomen. Op analoge wijze als voor de positie kan ook voor de snelheid en de versnelling gebruik worden gemaakt van setpunten die een voorgeschreven snelheids- en versnellingsverloop garanderen. In combinatie hiermee kunnen op zichzelf bekende technieken voor baanbeschrijving worden toegepast waarbij de baan wordt benaderd door polynomen. Voor zeer nauwkeurige baanbeschrijvingen staan hogere dan eerste orde polynomen ter beschikking.

De rotatie φζ wordt verkregen door de buitenste spoelstelsels voor de Y-coördinaatrichting van de sleden (15, 199) zo te bekrachtigen dat de aandrijfkrachten aan de rechter- en linkerzijde óf in richting gelijk zijn en in grootte verschillend óf in richting tegengesteld en in grootte gelijk zijn.

Bij de in de figuren 1 tot en met 10 getoonde uitvoeringsvorm van de positioneerinrichting is sprake van twee stappenmotoren 63 en 65 in plaats van de twee gelijkstroommotoren 171 en 173 in de uitvoeringsvorm volgens figuur 12 voor de grof-verplaatsing van de tafel 101 in de X-coördinaatrichting. Voor de grof-verplaatsing in de Y-coördinaatrichting wordt gebruik gemaakt van slechts één stappenmotor 75 in plaats van de twee gelijkstroommotoren 175 en 177. Er wordt op gewezen, dat bij de fi jn-verplaatsing in de Y-coördinaatrichting in de eerste positioneerinrichting de spoel stelsels C1 en C2 zich niet op de met de slede 199 van de tweede positioneerinrichting vergelijkbare slede 15 bevinden, maar op de drager 13. Het spoelstelsel (123, 125) voor de fijn-verplaatsing in de X-coördinaatrichting in de eerste positioneerinrichting bevindt zich zoals het spoelstelsel 221 van de tweede positioneerinrichting wel op de betreffende slede. Mogelijk is het echter ook om bij de eerste positioneerinrichting het spoelstelsel (123, 125) op de slede 15 te vervangen door een aantal over de lengte van de drager 13 verdeelde spoelsecties op de drager 13. De slede 15 zou dan kunnen vervallen. Tijdens de verplaatsing van de tafel 101 in de Y-coördinaatrichting kan door bekrachtiging van een van de genoemde spoelsecties op de drager 13 de tafel 101 in de X-coördinaatricht.ing worden vastgehouden.

Doordat bij de tweede positioneerinrichting het spoelstelsel 221 op de slede 191 zit, kan voor elke Y-coördinaat de tafel 213 in de X-coórdinaatrichting worden vastgehouden.

De beschreven positioneerinrichting is zeer geschikt voor het belichten van halfgeleider-plakken (zogenaamde wafers) in optisch lithografische inrichtingen (zogenaamde wafersteppers). Verder kan de positioneerinrichting daar worden toegepast waar objecten over relatief grote afstanden moeten worden verplaatst met zeer grote plaatsnauwkeurigheid omdat de mate van nauwkeurigheid ten opzichte van bekende tweetraps positioneerinrichtingen minder afhankelijk is van de afstand waarover een object moet worden verplaatst.

Claims (4)

1. Positioneerinrichting met een in ten minste twee coördinaatrichtingen (X, Y) ten opzichte van een basis verplaatsbare slede voor een tafel die ten opzichte van de slede in de genoemde coördinaatrichtingen verplaatsbaar is, met het kenmerk, dat in bedrijf de tafel uitsluitend door Lorentz-krachten van magneet- en spoelstelsels is gekoppeld met de slede en gezien in een derde coördinaatrichting (Z) die dwars staat op de genoemde coördinaatrichtingen (X, Y) een positie ten opzichte van de slede inneemt die bepaald is door een tussen de basis en de tafel werkend statisch gaslager.

2. Positioneerinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de positioneerinrichting is voorzien van een aan een, in een (X) der coördinaatrichtingen verplaatsbare, drager en geleiding voor de slede bevestigd spoelstelsel en van een aan de slede bevestigd verder spoelstelsel, terwijl de tafel is voorzien van tegenover de beide genoemde spoelstelsels opgestelde magneetstelsels, waarbij met elkaar corresponderende spoel- en magneetstelsels lineaire elektrische motoren vormen voor de verplaatsing en geleiding van de tafel ten opzichte van de slede in respectievelijk de Y-coördinaatrichting en de X-coördinaatrichting.

3. Positioneerinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de positioneerinrichting is voorzien van een door een in de X-coördinaatrichting verplaatsbare eerste drager en van een door een in de Y-coördinaatrichting verplaatsbare tweede drager geleide slede, terwijl de tafel is voorzien van magneetstelsels die zijn opgesteld tegenover spoelstelsels in de slede, waarbij met elkaar corresponderende magneet- en spoelstelsels lineaire elektrische motoren vormen voor de verplaatsing en geleiding van de tafel ten opzichte van de slede in respectievelijk de X-coördinaatrichting en de Y-coördinaatrichting.

4. Positioneerinrichting volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat de positioneerinrichting is voorzien van een met de tafel gekoppelde plaatsopnemer waarvan in bedrijf een positiesignaal een verschilsignaal van een regelinrichting bepaalt die een eindpositie van de tafel vastlegt, welke regelinrichting een simultaan werkende eerste terugkoppelregeling van de slede en een tweede terugkoppelregeling van de tafel bevat met een gemeenschappelijke setpunt generator, waarbij de setpunt generator in de eerste terugkoppelregeling een reeks setpunten genereert die de positie van de slede waarborgt binnen een door de tweede terugkoppelregeling van de tafel bepaalde marge in een lineair kracht-stroom bereik van de betreffende magneet- en spoelstelsels.