NL9300936A

NL9300936A - XY drive

Info

Publication number: NL9300936A
Application number: NL9300936A
Authority: NL
Original assignee: United Overseas Technology
Priority date: 1993-06-01
Filing date: 1993-06-01
Publication date: 1995-01-02

Abstract

A drive device for independently driving a carriage in two mutually perpendicular directions x,y in a single plane comprises: a frame; a carriage which can move with respect to the said frame; guide means for guiding the carriage independently in each of two directions x,y; and drive means for independently driving the carriage in each of the two directions x,y. The drive device is characterized by two elongate drive rollers, which are mounted in such a manner that they can rotate, with respect to the frame, about their respective centre axes, can be driven in rotation by respective motor drives and are each provided with prismatic toothing for driving interaction with corresponding racks arranged on the carriage; in such a manner that the drive rollers are the guide means and also form part of the drive means.

Description

XY-AANDRIJVINGXY DRIVE

De uitvinding heeft betrekking op een aandrijfinrichting voor het onafhankelijk in twee onderling loodrechte richtingen (xf y) in één vlak aandrijven van een wagen, welke inrichting omvat: een gestel; een ten opzichte van dat gestel beweegbare wagen; geleidingsmiddelen voor het onafhankelijk in elk van beide richtingen (x, y) geleiden van de wagen; en aandrijfmiddelen voor het onafhankelijk in elk van beide richtingen (x, y) aandrijven van de wagen.The invention relates to a drive device for independently driving a carriage in two mutually perpendicular directions (xf y) in one plane, which device comprises: a frame; a wagon movable relative to that frame; guiding means for independently guiding the carriage in either direction (x, y); and drive means for independently driving the carriage in either direction (x, y).

Een dergelijke aandrijfinrichting is in vele uitvoeringen en in voor vele toepassingen bekend.Such a drive device is known in many embodiments and in many applications.

Als voorbeeld van een mogelijke toepassing kan worden gedacht aan een microfiche-laser. Een dergelijk apparaat is ingericht voor het door de wagen doen dragen van een transparante foto van bijvoorbeeld een tekst en/of afbeeldingen. De fiche draagt de informatie in sterk . verkleinde vorm. Een verlichtingsinrichting verlicht vanaf de ene zijde de transparante afbeelding terwijl een aan de andere zijde daarvan opgestelde projectie-inrichting bijvoorbeeld een beeld op een scherm kan projecteren. Voor het afbeelden van een gewenst gedeelte van de fiche wordt de wagen naar de betreffende gewenste coördinaten gedirigeerd door aandrijving van de bijbehorende aandrijfmiddelen.A microfiche laser can be considered as an example of a possible application. Such a device is arranged for carrying a transparent photo of, for example, text and / or images by the car. The sheet strongly supports the information. reduced form. An illumination device illuminates the transparent image from one side, while a projection device arranged on the other side can project an image onto a screen, for example. To display a desired portion of the chip, the carriage is directed to the appropriate desired coordinates by driving the associated drive means.

Bijvoorbeeld kan de wagen in één richting door middel van een motor zijn aangedreven ten opzichte van een hulpgestel, dat op zijn beurt in dwarsrichting door middel van een motor aandrijfbaar is, waardoor in beide onafhankelijke richtingen een verplaatsing mogelijk is in het door beide richtingen x, y bepaalde vlak.For example, the carriage may be motorized in one direction relative to an auxiliary frame, which in turn can be transversely driven by a motor, allowing displacement in both directions x in both directions. y determined plane.

Doel van de uitvinding is het verschaffen van een aandrijfinrichting die met het kleinst mogelijke ruimtebeslag een maximale verplaatsing in beide richtingen mogelijk maakt.The object of the invention is to provide a drive device which allows maximum displacement in both directions with the smallest possible space requirement.

Een verder doel van de uitvinding is het zodanig uitvoeren van een aandrijfinrichting, dat beide motoren stationair ten opzichte van het gestel kunnen worden opgesteld, waardoor de te verplaatsen massa kleiner is, het systeem sneller kan reageren en lichtere motoren kunnen worden toegepast.A further object of the invention is to design a drive device such that both motors can be arranged stationary with respect to the frame, so that the mass to be moved is smaller, the system can react more quickly and lighter motors can be used.

Ter verwezenlijking van deze en andere doelstellingen is de aandrijfinrichting volgens de uitvinding gekenmerkt door twee ten opzichte van het gestel rond hun respectieve hartlijnen roteerbaar gelagerde, door respectieve motoraandrijvingen roterend aandrijfbare, langwerpige aandrijfrollen, die elk zijn voorzien van een prismatische vertanding voor aandrijvende samenwerking met corresponderende tandheugels, die aan de wagen zijn aangebracht; zodanig dat de aandrijfrollen de geleidingsmiddelen zijn en tevens deel uitmaken van de aandrijfmiddelen.In order to achieve these and other objects, the drive device according to the invention is characterized by two elongate drive rollers rotatably mounted with respect to the frame and rotatably mounted about their respective axes, rotatable by respective motor drives, each of which is provided with a prismatic toothing for driving cooperation with corresponding toothed racks, which are mounted on the carriage; such that the drive rollers are the guide means and also form part of the drive means.

Voor de volledigheid wordt de aandacht erop gevestigd, dat de prismatische vertanding per definitie overal een identieke dwarsdoorsnede vertoont. Dit impliceert, dat de aandrijfrol op elke axiale positie van de aangedreven tandheugel als aandrijf-tandwiel fungeert. Door de .prismatische vorm dient deze prismatische vertanding tevens als geleiding. Ter bereiking van een gewenste nauwkeurigheid dient elke aandrijfrol een voldoende mate van torsiestijfheid te bezitten.For the sake of completeness, attention is drawn to the fact that the prismatic toothing by definition has an identical cross-section everywhere. This implies that the drive roller functions as a drive gear at every axial position of the driven rack. Due to the prismatic shape, this prismatic toothing also serves as a guide. In order to achieve a desired accuracy, each drive roller must have a sufficient degree of torsional rigidity.

Om zoveel mogelijk ruimte te sparen en de realiseerbare verplaatsing in beide richtingen zo groot mogelijk te doen zijn verdient die uitvoering de voorkeur, waarin de aandrijfrollen op de aan de wagen aangebrachte tandheugels vanaf beide zijden ten opzichte van het genoemde vlak aangrijpen.In order to save as much space as possible and to make the realizable displacement in both directions as large as possible, that embodiment is preferred, in which the drive rollers engage the racks mounted on the carriage from both sides relative to said plane.

Ter wille van een zo groot mogelijke nauwkeurigheid, waarin de wagen in beide richtingen kan worden geleid verdiént die variant de voorkeur, waarin één van beide aandrijfrollen aangrijpt op twee op onderlinge afstand in de langsrichting van die aandrijfrol gelegen tandheugels. Op deze wijze wordt effectief elke mogelijke schranking voorkomen, terwijl door de drie aangrijpingszones het aandrijfsysteem mechanisch niet overbepaald wordt, zoals het geval zou zijn, als beide aandrijfrollen op twee op onderlinge afstand gelegen tandheugels zouden aangrijpen. In een dergelijk geval, dat theoretisch uitsluitend bij perfecte maatvastheid zou kunnen functioneren, bestaat de mogelijkheid, dat het systeem bijvoorbeeld door verouderingsverschijnselen, temperatuureffecten gaat vastlopen. Het systeem volgens de hiervoor beschreven uitvoeringsvorm is inherent stabiel, betrouwbaar en bovendien goedkoper uit te voeren.For the greatest possible accuracy, in which the carriage can be guided in both directions, this variant is preferred, in which one of the two drive rollers engages two toothed racks spaced in the longitudinal direction of said drive roller. In this way, any possible skidding is effectively prevented, while the three engagement zones do not mechanically over-determine the drive system, as would be the case if both drive rollers were to engage two spaced toothed racks. In such a case, which theoretically could only function with perfect dimensional stability, there is the possibility that the system will get stuck, for example due to aging phenomena, temperature effects. The system according to the above-described embodiment is inherently stable, reliable and, moreover, cheaper to implement.

De voorkeur verdient die uitvoering, waarin een aandrijfrol door de motoraandrijving wordt aangedreven via een op de as van de motoraandrijving aanwezige worm.Preferred is the embodiment in which a drive roller is driven by the motor drive via a worm present on the motor drive shaft.

In het algemeen wordt erop gewezen, dat overal, waar aandrijfelementen met elkaar samenwerken, de overbrenging zodanig dient plaats te vinden, dat hij zoveel mogelijk wrijvingsarm en spelingvrij plaatsvindt. In het algemeen zullen de vormen van tanden met het oog op dit criterium zijn gedimens ioneerd.In general, it is pointed out that wherever transmission elements co-operate with each other, the transmission must take place in such a way that it takes place as much as possible without friction and without play. Generally, the shapes of teeth will be dimensioned for this criterion.

Een specifieke uitvoering binnen het laatstgenoemde kader is die, waarin de as van de motoraandrijving een hoek met de hartlijn van de aandrijfrol maakt ter grootte van 90° minus de spoedhoek van de worm.A specific embodiment within the latter framework is that in which the motor drive shaft makes an angle with the axis of the drive roller of 90 ° minus the pitch angle of the worm.

Ook kan tot dit doel gebruik worden gemaakt van een uitvoering, waarin de motor zodanig veerbelast is aangebracht aan het' gestel, dat de worm naar de aandrijf rol wordt gedrongen.For this purpose use can also be made of an embodiment in which the motor is mounted on the frame in such a spring-loaded manner that the worm is urged towards the drive roller.

Om tweede-orde verplaatsingseffecten te vermijden en aldus de verplaatsingsnauwkeurigheid zo groot mogelijk te doen zijn kan gebruik worden gemaakt van een uitvoering, waarin de motor scharnierbaar is rond een scharnierhartlijn, die evenwijdig is aan de hartlijn van de aandrijfrol en samen met het effectieve contactpunt tussen worm en aandrijfrol een vlak bepaalt dat evenwijdig is met het genoemde vlak (x, y), waarin de wagen beweegbaar is.To avoid second-order displacement effects and thus maximize displacement accuracy, use may be made of an embodiment in which the motor is pivotable about a pivot axis parallel to the axis of the drive roller and together with the effective contact point between worm and drive roller define a plane parallel to said plane (x, y) in which the carriage is movable.

In een bepaalde uitvoering vertoont de inrichting verder het kenmerk dat ten minste één van beide aandrijfrollen door veerbelasting naar de wagen wordt gedrongen.In a particular embodiment, the device further has the feature that at least one of the two drive rollers is forced to the carriage by spring load.

De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van bijgaande tekeningen. Hierin tonen: figuur 1 een gedeeltelijk weggebroken zijaanzicht van een microfiche-laser, waarin een aandrijfinrichting volgens de uitvinding is opgenomen; figuur 2 de aandrijfinrichting die is opgenomen in de microfiche-laser volgens figuur 1; figuur 3 een sterk vereenvoudigd perspectivisch aanzicht van de vitale onderdelen van de aandrijfinrichting; figuur 4 een onderaanzicht van de inrichting volgens figuur 3; figuur 5 een zijaanzicht van de inrichting volgens figuur 3; figuur 6 de wagen, die dient voor het dragen van de microfiche in perspectivisch aanzicht; figuur 7 de doorsnede VII-VII volgens figuur 6; en figuur 8 een bovenaanzicht van de inrichting volgens figuur 2.The invention will now be elucidated with reference to the annexed drawings. Herein: figure 1 shows a partly broken away side view of a microfiche laser, in which a driving device according to the invention is included; Figure 2 shows the drive device incorporated in the microfiche laser according to Figure 1; figure 3 shows a greatly simplified perspective view of the vital parts of the drive device; figure 4 shows a bottom view of the device according to figure 3; figure 5 shows a side view of the device according to figure 3; figure 6 shows the trolley, which serves for carrying the microfiche, in perspective view; figure 7 shows the section VII-VII according to figure 6; and figure 8 shows a top view of the device according to figure 2.

Figuur 1 toont een microfiche-laser 1. Dit apparaat omvat een huis 2, een daarin opgenomen verlichtingseenheid 3, een in zijn hoofdvlak in twee onafhankelijke richtingen aandrijfbare wagen 4, een aan de andere zijde van de wagen 4 opgesteld projectie-lenzenstelsel 5, een eerste spiegel 6, een tweede spiegel 7 en een projectiescherm of Fresnel-lens 8, die dient voor het vormen van een door een gebruiker waarneembaar beeld.Figure 1 shows a microfiche laser 1. This device comprises a housing 2, a lighting unit 3 incorporated therein, a carriage 4 which can be driven in its main plane in two independent directions, a projection lens system 5 arranged on the other side of the carriage 4, a first mirror 6, a second mirror 7 and a projection screen or Fresnel lens 8, which serves to form a user-perceivable image.

De wagen 4 is ingericht voor het dragen van een transparante afbeelding van teksten, tekeningen of andere afbeeldingen. Om een gewenst deel van de microfiche te kunnen projecteren is de wagen in twee onderling loodrechte richtingen in zijn hoofdvlak beweegbaar.The carriage 4 is adapted to carry a transparent image of texts, drawings or other images. In order to be able to project a desired part of the microfiche, the carriage can be moved in its main plane in two mutually perpendicular directions.

Figuur 2 toont de aandrijfinrichting 9, waarvan de wagen 4 deel uitmaakt en die opgenomen is in de microfiche-laser 1 volgens figuur 1.Figure 2 shows the drive device 9, of which the carriage 4 forms part and which is incorporated in the microfiche laser 1 according to Figure 1.

' De inrichting 9 omvat een vast ten opzichte van het huis aangebracht gestel 10 ten opzichte waarvan de platte wagen 4 in twee onderling loodrechte richtingen (x, y) aandrijfbaar is.The device 9 comprises a frame 10 fixed relative to the housing, with the flat carriage 4 being drivable in two mutually perpendicular directions (x, y).

Daartoe zijn aan het gestel twee langwerpige aandrijfrollen respectievelijk 11, 12 gelagerd. De x-aandrijfrol 11 wordt aangedreven door een elektromotor 13, de y-aandrijfrol 12 wordt aangedreven door een elektromotor 14.For this purpose, two elongated drive rollers 11, 12 are mounted on the frame. The x driving roller 11 is driven by an electric motor 13, the y driving roller 12 is driven by an electric motor 14.

De rollen 11, 12 zijn elk voorzien van een prismatische vertanding voor aandrijvende samenwerking met respectieve tandheugels 15 (zie de figuren 4, 5 en 7) en 16, 17.The rollers 11, 12 are each provided with a prismatic toothing for driving engagement with respective toothed racks 15 (see Figures 4, 5 and 7) and 16, 17.

Figuur 3 toont in een vereenvoudigde, schematische voorstelling, op welke wijze de wagen 4 wordt aangedreven voor beweging in zijn hoofdvlak.Figure 3 shows in a simplified schematic representation how the carriage 4 is driven for movement in its main plane.

Tegelijkertijd wordt in dit verband verwezen naar de figuren 4 en 5. De x-aandrijfrol 11 werkt aandrijvend samen met de x-tandheugel 15, die zich aan de onderzijde van de wagen 4 bevindt. De y-aandrijfrol 12 werkt tegelijkertijd samen met de twee onderling evenwijdige y-tandheugels 16, 17, die zich aan de bovenzijde van de wagen 4 bevinden. Wanneer tijdens stilstand van de aandrijfrol 12 de rol 11 wordt aangedreven, ondergaat de wagen een verplaatsing in de x-richting. De hartlijn van de y-aandrijfrol 12 strekt zich in de x-richting uit en de hartlijn van de x-aandrijfrol 11 strekt zich in de y-richting uit. Aldus is tijdens aandrijving door de rol 11 de wagen 4 in de x-richting geleid door de glijdende samenwerking van de y-tandheugels 16, 17 langs de prismatisch vertanding van de y-aandrijfrol 12.At the same time reference is made in this connection to figures 4 and 5. The x driving roller 11 has a driving interaction with the x gear rack 15, which is located on the underside of the carriage 4. The y drive roller 12 co-operates simultaneously with the two mutually parallel y racks 16, 17 located on the top of the carriage 4. When the roller 11 is driven during standstill of the driving roller 12, the carriage undergoes a displacement in the x direction. The centerline of the y drive roller 12 extends in the x direction and the centerline of the x drive roller 11 extends in the y direction. Thus, during driving through the roller 11, the carriage 4 is guided in the x direction by the sliding cooperation of the y-gears 16, 17 along the prismatic toothing of the y-driving roller 12.

Bij stilstand van de x-aandrijfrol 11 kan een y-verplaatsing worden uitgevoerd door aandrijving van de y-aandrijfrol 12. Als gevolg van de simultane aandrijving over de tandheugels 16, 17 vindt een schranking-vrije aandrijving in de y-richting plaats onder geleiding langs de prismatische vertanding van de x-aandrijfrol 11, die zich immers in de y-richting uitstrekt.When the x-driving roller 11 is stationary, a y-displacement can be performed by driving the y-driving roller 12. As a result of the simultaneous driving over the toothed racks 16, 17, a skid-free driving in the y-direction takes place under guidance along the prismatic toothing of the x driving roller 11, which extends in the y direction.

Na deze uiteenzetting aan de hand van de figuren 3, 4 en 5 wordt weer verwezen naar figuur 2. De uitgaande assen 18, 19 van respectievelijk de motor 13 en 14 dragen wormen respectievelijk 20, 21. Opgemerkt wordt, dat uitsluitend in figuur 8 de worm 20 ten dele zichtbaar is. Daar echter de motoraandrijvingen voor beide rollen 11, 12 gelijk zijn, zal worden volstaan met een bespreking van de motoraandrijving van de y-aandrijfrol 12, met specifieke verwijzing naar de figuren 2 en 8.After this explanation with reference to Figures 3, 4 and 5, reference is again made to Figure 2. The output shafts 18, 19 of the motor 13 and 14, respectively, bear worms 20, 21. It should be noted that only in Figure 8 the worm 20 is partly visible. However, since the motor drives for both rollers 11, 12 are equal, a discussion of the motor drive of the y drive roll 12 will suffice, with specific reference to Figures 2 and 8.

Een gondel 22 draagt de motor 14. De gondel 22 is scharnierbaar aan het gestel 10 gelagerd. De lageringen aan beide zijden zijn met respectievelijk 23 en 24 aangegeven. De scharnier-hartlijn strekt zich uit in de x-richting. Een verende lip 25 drukt de motor ten opzichte van de in figuur 2 getoonde horizontale stand van het gestel 10 omhoog, waardoor de worm 21 met een zekere kracht omlaag drukt tegen de y-aandrijfrol 12.A gondola 22 carries the motor 14. The gondola 22 is pivotally mounted on the frame 10. The bearings on both sides are marked with 23 and 24 respectively. The hinge centerline extends in the x direction. A resilient lip 25 presses the motor upwards relative to the horizontal position of the frame 10 shown in figure 2, whereby the worm 21 presses down against the y-drive roller 12 with a certain force.

In het bijzonder figuur 8 toont, dat de as 19 van de motoraandrijving 14, 19, 21 een hoek met de hartlijn van de aandrijfrol 12 maakt ter grootte van 90° minus de spoedhoek van de worm 21. Hierdoor is een spelingvrij en wrijvingsarm aandrijvend contact tussen de worm en de rol 12 verzekerd.In particular Figure 8 shows that the shaft 19 of the motor drive 14, 19, 21 makes an angle with the center line of the drive roller 12 of 90 ° minus the pitch angle of the worm 21. As a result, there is a play free and low-friction driving contact between the worm and the roller 12 insured.

De rol 12 is roteerbaar gelagerd in met het gestel scharnierbaar verbonden armen 26, 27. Samen met de door de verende lip 25 op de motor 14 uitgeoefende drukkracht wordt aldus de rol 12 tegen de y-tandheugels 16, 17 gedrukt. Tegelijkertijd wordt hierdoor de x-tandheugel 15 tegen de prismatische vertanding van de x-aandrijfrol 11 gedrukt.The roller 12 is rotatably mounted in arms 26, 27 hingedly connected to the frame. Together with the compressive force exerted on the motor 14 by the resilient lip 25, the roller 12 is thus pressed against the y-racks 16, 17. At the same time, the x-rack 15 is hereby pressed against the prismatic toothing of the x-drive roller 11.

Aldus zijn alle aandrijvende en geleidende onderdelen met .zeer eenvoudige middelen in spelingvrij contact met elkaar.Thus, all driving and guiding parts are in play-free contact with each other by very simple means.

Het lenzenstelsel 5 is vast verbonden met het gestel 10 en vertoont dezelfde optische as als de verlichtingseenheid 3. Daartussen bevindt zich de wagen 4, waarvan de structuur in het bijzonder in figuur 6 en figuur 7 goed zichtbaar is.The lens system 5 is fixedly connected to the frame 10 and has the same optical axis as the lighting unit 3. The carriage 4 is located between them, the structure of which is particularly visible in figure 6 and figure 7.

De wagen 4 omvat een transparante plaat 28, die één geheel vormt met randen, die alle gemakshalve met 29 zijn aangeduid en de tandheugels 15, 16, 17 dragen. De te projecteren afbeelding wordt gedragen door een transparante foto 30, die is ingeklemd op de wagen door middel van randen 31.The carriage 4 comprises a transparent plate 28, which is integral with edges, all of which are conveniently indicated by 29 and which bear the racks 15, 16, 17. The image to be projected is carried by a transparent photo 30, which is clamped to the carriage by means of edges 31.

Door middel van bekende middelen, die van de uitvinding geen deel uitmaken kunnen de motoren 13, 14 worden bestuurd. Hiertoe kan gebruik worden gemaakt van bekende digitale programmeerbare besturingseenheden. De motoren kunnen stappenmotoren zijn dan wel zijn voorzien van andere middelen waarmee de hoekpositie van de uitgaande assen 18, 19 kunnen worden vastgesteld. Als alternatief kan ook een detectie plaatsvinden van een referentiepositie, die vooraf op de foto 30 is opgenomen. Er zijn ook toepassingen, waarbij dergelijke positioneringsdetecties overbodig zijn.Motors 13, 14 can be controlled by known means which do not form part of the invention. For this purpose use can be made of known digital programmable control units. The motors can be stepper motors or be provided with other means with which the angular position of the output shafts 18, 19 can be determined. Alternatively, a reference position can also be detected, which is pre-recorded on photo 30. There are also applications where such positioning detections are unnecessary.

Claims

Driving device for independently driving a carriage in two mutually perpendicular directions (x, y) in one plane, the device comprising: a frame; a wagon movable relative to that frame; guiding means for independently guiding the carriage in either direction (x, y); and drive means for independently driving the carriage in either direction (x, y); characterized by two elongate drive rollers rotatably mounted relative to the frame about their respective axes, rotatably rotatable by respective motor drives, each having a prismatic toothing for driving engagement with corresponding toothed racks mounted on the carriage; such that the drive rollers are the guide means and also form part of the drive means.

2. Device according to claim 1, characterized in that the drive rollers engage the racks mounted on the carriage from both sides relative to said plane.

Device as claimed in claim 1, characterized in that one of the two drive rollers engages two toothed racks spaced in the longitudinal direction of said drive roller.

Device according to claim 1, characterized in that a drive roller is driven by the motor drive via a worm which is present on the motor drive shaft.

Device according to claim 4, characterized in that the motor drive shaft makes an angle with the axis of the drive roller of 90 ° minus the pitch angle of the worm.

6. Device as claimed in claim 4, characterized in that the motor is mounted on the frame in such a spring-loaded manner that the worm is urged towards the drive roller.

Device according to claim 6, characterized in that the motor is pivotable about a pivot axis, which is parallel to the axis of the drive roller and, together with the effective contact point between worm and drive roller, defines a plane parallel to said plane (x , y), in which the carriage is movable.

Device according to claim 1, characterized in that at least one of the two drive rollers is forced to the carriage by spring loading.