WO2001059409A2 - Position measuring system and restricted guidance for a two-dimensional actuator - Google Patents

Position measuring system and restricted guidance for a two-dimensional actuator Download PDF

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WO2001059409A2
WO2001059409A2 PCT/AT2001/000029 AT0100029W WO0159409A2 WO 2001059409 A2 WO2001059409 A2 WO 2001059409A2 AT 0100029 W AT0100029 W AT 0100029W WO 0159409 A2 WO0159409 A2 WO 0159409A2
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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    • GPHYSICS
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    • G01B7/004Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring coordinates of points
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/18Machines moving with multiple degrees of freedom

Definitions

  • the invention relates to a position measuring system and a positive guidance for a 2-coordinate actuator which moves within the running surface of a stator in accordance with the commands of a control essentially axially parallel.
  • Wing motors are 2-coordinate actuators that can move independently on two stator systems crossed at 90 degrees on the running surface of a stator in both axis directions X and Y and at the same time follow the respective control signals. You can describe any path and move to end positions, but the orientation of the surface motor always remains parallel to the axis and is referred to as the normal position. If there were to be a rotation out of the normal position, which exceeds the pole pitch in the order of magnitude, the purely frictional connection would be decoupled and the driving force would suddenly drop to zero, and the flat motor would become uncontrollable. This danger exists with asymmetrically attacking external forces. When carrying out purely translatory movements, the flat motor can lose steps due to overloading without having to decouple.
  • a contactless optical measuring system is used for each axis direction, e.g. a laser interferometer.
  • the position values obtained in this way are absolute.
  • the disadvantage is the high price and the limitation of the travel distances due to the fact that the reflectors have to be as wide as the travel of the axis perpendicular to the measuring direction.
  • Another disadvantage is that the optical path must not be interrupted.
  • the second method uses the pole grid as a material measure, the position of a sensor being measured magnetically or optically within a pole period. An example with optical measurement is described in US Pat. No. 5,126,648.
  • the position measurement within the pole period is much more precise with the aid of a Hall sensor.
  • the disadvantages lie primarily in the sensitivity to inhomogeneities of the pole grid and in a different pole / groove ratio or in fluctuating groove depths. Since flat motors usually slide on air cushions, they can also fluctuating air cushion thicknesses have a falsifying effect on the measurement result. Inhomogeneities can result from contamination of the surface, lack of individual poles or joints in the soft iron sheet layer of the stator, into which the poles are incorporated.
  • the most important disadvantage of all measuring methods that use the pole grid as a scale is that the position measurement values obtained are affected by the manufacturing tolerances of the pole grid, which leads to unsatisfactory absolute measured values, especially for dimensions with a length and width of several meters.
  • a position measuring system comprises a scissor-shaped joint with the arms rotatably connected via a scissor joint, the outer ends of which are fastened on the one hand via a first swivel joint in a reference point serving as a reference point and on the other hand via a second swivel joint on the 2-coordinate actuator, in two of the three rotary or scissor joints, absolute or incremental rotary encoders are mounted, which directly measure the angle between the arm and a first reference line running parallel to one of the two directions of movement and at the same time the angle between the arm and another reference line running parallel to the first reference line or measure indirectly and the measured values are transmitted to an evaluation unit, which from this and from the lengths of the arms and the relative position of the first swivel joint,
  • the measuring system according to the invention is therefore based on the principle of measuring arms with which workpieces and 3D models are measured and digitized. These consist of arms which are connected by hinges and strung together, with at least one swivel for each degree of freedom. Each swivel joint is equipped with an absolute or incremental encoder, which determines the angle of the two interconnected arms and outputs it as a digital or analog measured value to a processor which, based on the known arm lengths and the angle between the individual arms, determines the spatial distance between the one End point, which is fixed, and the other end point, which is provided with a measuring ball that touches the point to be measured.
  • the two arms are connected to each other by a scissor joint, and the two other ends of the arms are each connected via a swivel joint on the one hand to a fixed point, which serves as a reference point, and on the other hand to the surface motor whose position is to be measured.
  • the arm lengths are dimensioned so that the flat motor can reach any position within the travel range on the stator running surface.
  • the lengths of the two arms are usefully the same size, and the two encoders mounted on the joints of the end points so as not to put unnecessary strain on the intermediate joint.
  • a preferred embodiment of the invention can comprise a second scissor-shaped joint, consisting of the arms rotatably connected via a scissor joint, which is arranged offset from the first joint consisting of the arms, each joint being provided with two rotary encoders which rotate in any two directions - respectively.
  • Scissor joints of the respective scissor-shaped joint are mounted to independently of one another the position coordinates of the second rotary joints, or any two
  • Reference point in which the first swivel joint is located, is mounted on an auxiliary drive which is moved in parallel and in synchronism with one of the two axial directions, and the position of the
  • Auxiliary drive is measured along its axis of movement by a linear measuring system, so that the position values of the 2-coordinate actuator are in the two
  • each of the two arms consists of two parallel legs which are rotatably connected to one another via scissor joints and whose second outer ends can be rotated via second swivel joints on the
  • the swivel joints lie on lines that are not parallel to the normal position but at an angle to it, consequently the scissor joints lie on lines that are not parallel to each other lying in the parallelogram plane, furthermore that the scissor joints lie on one common carrier plate are fixed.
  • the second rotary joints can thus be moved as close as desired to the first rotary joints, ie the actuator as close as possible to the component on which the first rotary joints are fixed, that is to say to the auxiliary drive or to the edge of the stator surface.
  • the stator surface can thus be used as far as possible as a traversing surface.
  • 2-coordinate actuators are often used for machining workpieces, for which purpose corresponding machining tools are arranged on these actuators. It is often not sufficient to move the actuator only in two directions, rather the processing tool must also be moved normally to these two directions.
  • a linear drive is attached to the 2-coordinate actuator, the slide of which can be moved normally to the running surface.
  • the processing tool is mounted on this slide and can thus be moved normally to the travel directions of the 2-coordinate actuator.
  • this is achieved by means of a scissor-shaped joint with the arms rotatably connected via a double scissor joint, the outer ends of which, on the one hand, can be rotated via a first swivel joint in a reference point serving as a reference point and, on the other hand, are attached to the slide of the 2-coordinate actuator via a double swivel joint are, wherein the first joints of the double swivel joints pivot the arms parallel to the tread and the second joints of the double swivel joints allow the arm to swivel noraial to the tread, in two of the three first swivel or scissor joints and in at least one of the second joints the double Scissor or rotary joints absolute or incremental rotary encoders are mounted, which the angle between the arm and a first reference line running parallel to one of the two directions of movement and at the same time the angle between the arm and a further reference line running parallel to the first reference line and the Measure the included angle directly or indirectly
  • the scissor-shaped joint is connected here directly to the slide of the linear drive located on the 2-coordinate actuator, with which it can be used in addition to determining the position to supply energy to this slide or to the machining tool arranged on this slide.
  • the arms of the joint are designed as pipes, electrical lines, pressurized water or compressed air lines can be routed inside these pipes.
  • the most interesting area of application for such a position measuring system is processing systems that work with a laser beam. It is known to generate the laser beam by means of a laser generator located outside the running surface and to feed it to a focusing device located on the 2-coordinate actuator via a mirror joint arm.
  • the embodiment of the position measuring system according to the invention which has just been presented can be implemented most simply by installing the rotary encoders necessary for measuring the angles in this known and already existing mirror articulated arm. A separate joint that is added to this mirror joint arm can thus be saved.
  • absolute or incremental rotary encoders are mounted in all three first rotary or scissor joints, as a result of which the angle of rotation between an axis of the two-coordinate actuator and its normal position and thus the position of the reference point of the second Coordinate actuator can be determined.
  • a second scissor-shaped joint consisting of the ants rotatably connected to one another via a double scissor joint, which is arranged offset to the first joint consisting of the arms, each joint being provided with two rotary encoders which any two first or Scissor joints of the respective scissor-shaped joint are mounted, and rotary encoders are mounted in at least one of the second joints of the double scissor-type or rotary joints of each scissor-type joint, in order to independently control the position coordinates of the second rotary joints, or any two points that are in each other defined distance to the second swivel joints of the 2-coordinate actuator or determine the angle of rotation of the 2-coordinate actuator based on the normal position.
  • the reference point, in which the first swivel joint is located is mounted on an auxiliary drive which is moved in parallel and synchronously with one of the two axial directions, and the position of the auxiliary drive along its movement axis by means of a linear measuring system is measured so that the position values of the 2-coordinate actuator in the two axis directions can be determined from the angles of rotation of the arms as described, and in the axis direction of the auxiliary drive, its position value, measured by the linear measuring system, must be added.
  • each of the two Anne consists of two parallel legs, each of which is rotatably connected to one another via double scissor joints and the second outer ends of which are each rotatable on the slide of the 2-coordinate actuator and via second double pivot joints the first outer ends of which are rotatably attached to a movable auxiliary drive or fixed fixed points via first swivel joints, a fixed connection being established between the double scissor joints and consequently two movable parallelograms being formed, which have the effect that the 2-coordinate actuator is only parallel while maintaining its normal position and can not twist and of which each parallelogram is provided with at least one rotary encoder arranged in one of the first rotary or scissor joints, and in at least one of the second joints of the double scissor or rotary joints a rotary encoder it is provided which D as described, the position of the 2-coordinate actuator can be clearly determined.
  • a compulsory guide according to the invention comprises a scissor-like joint comprising rotatably connected Aime, which two arms each from two parallel
  • Legs exist, which are rotatably connected to one another via scissor-type joints, the second outer ends of which are rotatable on the 2-coordinate actuator via second rotary joints and the first outer ends of which are rotatable on a movable one via first rotary joints
  • Auxiliary drive or fixed fixed points which are preferably outside of the tread, are fixed, the two scissor joints are firmly connected.
  • Swivel joints lie on lines that are not parallel to the normal position but at an angle to it, consequently the scissor joints lie on lines that are not parallel to one another in the parallelogram plane, furthermore that the scissor joints are on a common one
  • Carrier plate are fixed.
  • the second swivel joints can be arbitrarily close to the first swivel joints, i.e. the
  • Actuator can be moved as close as possible to the component on which the first rotary joints are fixed, i.e. to the auxiliary drive or to the edges of the stator surface.
  • the stator surface can thus be used as far as possible as a traversing surface.
  • Another object of the invention is to provide a positive guide for a 2-
  • a positive guidance according to the invention comprises a scissor-shaped joint comprising arms which are rotatably connected to one another, which two arms each consist of two parallel arms
  • Coordinate actuator and their first outer ends are rotatably fixed via first swivel joints on a movable auxiliary drive or at fixed fixed points, which are preferably located outside the running surface, the two double scissor joints being firmly connected to one another.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the invention schematically in plan with the flat motor 1 lying in the normal position; 2 shows the embodiment of Fig.l in the same representation when rotated relative to the
  • Fig. 3 shows a second embodiment of the invention schematically in plan
  • FIG. 4 shows a third embodiment of the invention, in which two scissor-shaped joints are provided, schematically in plan;
  • FIG. 5 shows a further embodiment essentially corresponding to that of FIG. 4, in which the two scissor-shaped joints are fixed on an auxiliary drive, schematically in plan;
  • FIG. 8 shows a flat motor including the associated stator, equipped with a position measuring system according to the invention in oblique outline;
  • FIG. 9 shows a flat motor including the associated stator in an oblique view, a laser beam focusing device 41 being fixed on the flat motor, which can be moved normally to the plane of the stator by means of a drive 46 and which uses a laser beam 40
  • Fig.l 1 the system shown in Figures 9 and 10 schematically in plan and
  • FIGS. 9-11 shows a system corresponding to the embodiment of FIGS. 9-11, in which the two
  • Arms 3a, 4a each consist of two parallel legs 21,21 'and 22,22', in plan and
  • Fig. 13 shows the system of Fig. 9-1 schematically in plan with straight, i.e. tubes 3a, 4a oriented in one and the same direction.
  • 1 denotes a 2-coordinate
  • Stator on which the surface motor 1 is movable, called.
  • the position measuring system comprises a scissor-shaped joint which is formed from two arms 3, 4 which are rotatably connected to one another by a scissor joint 7.
  • first swivel joint 5 with a fixed point, which serves as a reference point, and via a second swivel joint 5 with a fixed point, which serves as a reference point, and via a second swivel joint 5 with a fixed point, which serves as a reference point, and via a second swivel joint 5 with a fixed point, which serves as a reference point, and via a second swivel joint 5 with a fixed point, which serves as a reference point, and via a second
  • Swivel 6 connected to the surface motor 1, the position of which is to be measured.
  • These arms 3, 4 have lengths a and b, which are preferably chosen to be of equal length.
  • the arm lengths are dimensioned so that the flat motor 1 can reach any position within the travel range on the stator running surface.
  • Encoders 8 and 9 mounted.
  • the rotary encoders 8 and 9 are preferably mounted on the rotary joints 5, 6.
  • a and B denote the offset of the reference point at which the first swivel joint 5 lies with respect to the zero point of the coordinate system
  • Ax By denote the offset of the second swivel joint 6 with respect to the reference point 11 of the surface motor 1.
  • the surface motor 1 pulls the measuring machine comprising the scissors-shaped joint and for each position on the running surface 2 there is a clearly assignable pair of angles 14 and 15.
  • the coordinates of the second swivel joint X6 (a.cos ⁇ + b.) Result from simple trigonometric relationships.
  • cosß) + A and Y6 (a.sin ⁇ -b.sinß) + B, the offset distances A, B of the reference point, in which the first swivel joint 5 lies, with correct sign, ie in the position shown in Fig.l each with a negative sign.
  • the angles 14 ( ⁇ ) and 15 ( ⁇ ) are determined absolutely or incrementally with the help of the rotary encoders 8 and 9.
  • the angle 14 ( ⁇ ) lies between the ann 3 and a first reference line, which runs parallel to the first direction of movement (X direction) of the actuator 1.
  • the angle 15 ( ⁇ ) lies between the arm 4 and a further reference line which runs parallel to the first reference line of the angle 14 ( ⁇ ) and thus also in the X direction. It would also be possible to have both reference lines run in the other direction of movement, namely in the Y direction.
  • the associated angle 15 ( ⁇ ) can then be calculated as the reference angle 15 from the known position data.
  • the reference angle value supplied by the encoder 9 is detected or set to zero. This reference angle 15 must be added to all other values or difference values supplied by the rotary encoder 9 with respect to the reference angle value with the correct sign in order to obtain the corresponding angle 15 ( ⁇ ).
  • the surface motor 1 rotates with respect to this normal position, its position can no longer be correctly determined, because rotations of the surface motor 1 also lead to a change in the angle between the arm 4 and the surface motor 1.
  • the angle 15 (ß ) can therefore no longer be correctly calculated from the angle between the arm 4 and the flat motor 1 supplied by the rotary encoder 9. If, on the other hand, the second rotary encoder 9 is mounted on the scissor joint 7, the angle between Ann 3 and arm 4, which is then supplied by the rotary encoder 9, can always, i.e. regardless of possible twists of the surface motor 1, the angle 15 (ß) can be calculated.
  • the fixed reference point, in which the first swivel joint 5 lies can be moved synchronously with the rotary encoder 8 in a coordinate direction according to FIG. 3, with the same control for the Movement of the synchronous axes is responsible.
  • any linear auxiliary drive 10 with a mechanical guide can be used for this movement, it is sensible to use a single-axis air-bearing linear motor that slides on the same stator.
  • the side surface of the stator can be provided with a one-dimensional pole system, and the linear auxiliary drive 10 can be designed as an angle motor, as shown in FIG. 3 shows the most general case, according to which any drive 10 as an auxiliary drive with its own guidance moves the reference point at which the first swivel joint 5 is located synchronously.
  • This auxiliary drive 10 comes completely outside the stator surface 2.
  • the position measurement of the drive 10 along the X axis is carried out with a length measuring system consisting of the ruler 25 and the measuring head 26, which can work optically, inductively or according to another principle.
  • the coordinates X and Y of the surface motor 1 result from the measured value of the linear system 25, 26 and the angles 14 and 15 of the rotary encoders 8 and 9, ie the X position values of the auxiliary drive 10 and the 2-coordinate actuator 1 in relation to the measuring machine are to be added.
  • a possible deviation .DELTA.X of the X positions of the drive 1 from the drive 10 is also detected, as is expressed by the offset of the second swivel joint 6 to 6 "(cf. dashed line in FIG. 3).
  • a third rotary encoder 24 can be used again.
  • Fig. 4 shows such an arrangement with a second scissor-shaped joint with the arms 12 and 13 and the rotary joints 18, 19 and the scissor joint 20.
  • Two rotary encoders 8, 9 and 38, 39 are used per scissor-shaped joint, which in any Wheeltons. Scissor joints 5,6,7; 18,19,20 are mounted.
  • the position coordinates of the second rotary joints 6 and 19 or any two points that are at a defined distance from the second rotary joints 6 and 19 of the 2-coordinate actuator 1 can be determined independently of one another. From these, the angle of rotation 16 of the 2-coordinate actuator 1 can also be calculated based on the normal position.
  • An additional scissor-shaped joint formed from the arms 12 and 13 and comprising two rotary encoders 38, 39 thus has the same function as a third rotary encoder 24 on the scissor joint formed from the arms 3 and 4, namely it serves for detection in the same way as this third rotary encoder 24 of the angle of rotation 16 of the flat motor 1.
  • the advantage over the arrangement of only one scissor-shaped joint with three rotary encoders 8, 9, 24 is that a second identical scissor-shaped joint can be added if necessary.
  • FIG. 5 shows the arrangement in which two scissor-shaped joints can also be used in the case of the auxiliary drive 10.
  • the flat motor 1 can be forced to feel parallel, in that the two scissor-shaped joints by a Cross connection 23 between the scissor joints 7 and 7 'are formed as a parallelogram, as shown in Fig.6.
  • each of the two Anne 3 and 4 consists of two parallel ones
  • Such a cross connection 23 can also be used when the fixed
  • Auxiliary drive 10, but - as shown in Figure 4 - are held immovably.
  • the position of the 2-coordinate actuator can be - as in the embodiment according to FIG.
  • FIG. 7 shows an embodiment in which the legs 21, 21 'and 22.22' are not rotatably connected to one another via a pair of scissors joints 7, 7 ', but in each case via two scissor joints 27, 27' and 28.28 '. All four scissor joints 27, 27 'and 28, 28' are firmly connected to one another, which is achieved in that these four scissor joints 27, 27 'and 28, 28' are fixed on a common support plate 23.
  • the rotary joints 5,5 ', 6,6' and their corresponding scissor joints 27,27 'and 28,28' are arranged at an angle to each other.
  • the swivel joints 5,5 'and 6,6' each lie on a line which does not run parallel to the normal position, but rather includes an acute angle with this normal position of the surface motor 1.
  • the construction of the two arms 3, 4 just discussed can also be used when the position of the actuator 1 does not need to be determined, i.e. in applications where only a positive guidance of the actuator 1 is achieved and a rotation of the actuator 1 is to be prevented.
  • Fig. 8 shows a typical overhead application with a laterally grooved stator, as is particularly advantageous for laser processing.
  • the drive 10 is an air-bearing, angular linear motor 10 which uses both the crossed pole system of the running surface of the stator 2 and the linear pole system of the side surface of the stator 2.
  • the position of the linear motor 10 along its direction of movement is measured by the linear measuring system 25, 26.
  • the two arms 3 and 4 connect the motors 1 and 10, and the rotary encoders 8 and 9 are integrated in the rotary joints of the drives 1 and 10. Since the drive 10 is designed as a linear motor, the arrangement is simplified by the omission of a separate guide and a separate motor drive.
  • the laser generator required for its generation is very often not arranged directly on the surface motor 1. Rather, the laser generator is located outside of the running surface 2, with which it can be made structurally larger and thus can generate a laser beam 40 with a higher energy content.
  • the laser beam 40 is fed to the surface motor 1 or a focusing device 41 arranged thereon via a mirror.
  • a mirror-articulated arm known per se, which comprises two pipes 3a, 4a which are connected to one another in an articulated manner.
  • a mirror-articulated arm known per se, which comprises two pipes 3a, 4a which are connected to one another in an articulated manner.
  • mirrors 44, 45; 44a, 45a; 44b, 44c, 45b via which the laser beam 40 is fed to the focusing device 41.
  • the first end of the first pipe 3a is rotatably connected to the auxiliary motor 10 via a first swivel joint 5, just as the second end of the second pipe 4a is rotatably connected to the surface motor 1 via a swivel joint 6.
  • the two tubes 3a, 4a are rotatably connected to one another via a scissor joint 7.
  • Such a mirror articulated arm can be used to implement the present invention by installing rotary encoders 8, 9 in at least two of the three rotary or scissor joints.
  • the arms 3 and 4 of the measuring machine according to the invention are here formed by the tubes 3a, 4a of the mirror articulated arm.
  • a tool such as e.g. Drills, milling cutters, laser beam exit openings or the like, with which a workpiece is machined. Since contours to be machined into the workpiece very often not only run parallel to the running surface 2, but also extend normally to this running surface 2, it is necessary to move the tool sitting on the surface motor 1 normally to the running surface 2.
  • drives are arranged on the flat motor 1, by means of which the tool can be moved accordingly.
  • this drive is formed by a linear drive 46, on the slide 46a of which can be moved normally to the running surface 2, the tool is mounted.
  • the slide 46a does not have to be displaceable exactly normal to the tread 2 of the stator, and drives which move their slide 46a obliquely relative to the tread 2 are also conceivable.
  • Such drives in particular linear drives 46, can be designed, in particular for mechanical processing such as drilling and milling, or can be defined on the flat motor 1 in such a way that displacements of this linear drive 46 have no effect on the position of the flat motor 1 or cause no swiveling of the Guide pipes 3a, 4a. This is achieved simply in that the tube 4a is not fixed with the slide 46a, but directly on the surface motor 1.
  • the machining tool is a laser beam 40 generated outside of the surface motor 1, which is fed via a mirror joint to the focusing device 41 seated on the surface motor 1, the end of the tube 4a on the output side could only be pivoted parallel to the tread 2, pivots running normally to the tread 2 of the tube 4a, however, be prevented.
  • the mirrors 44a, 45a located at the end of the tube 4a on the output side can be oriented such that the laser beam 40 emerges from the mirror articulated arm running normal to the running surface 2.
  • the focusing device 41 is arranged in alignment over the laser beam exit opening, the distance between the laser exit opening located on the mirror joint arm and the entry opening on the focusing device 41 changes non-normally to the tread 2 when the focusing device 41 moves. However, the laser beam 40 nevertheless becomes the focusing device 41 supplied, regardless of the current distance from the running surface 2. Movements of the focusing device 41 by moving the slide 46a in the direction normal to the running surface 2 do not affect the position of the surface motor 1 or lead to any pivoting of the tubes 3a, 4a , In the n embodiment shown in FIGS.
  • the output-side end of the tube 4a is not connected directly to the surface motor 1, but to the focusing device 41, which can be moved normally to the running surface 2 by means of the linear drive 46 , In order to enable such displacements, a double joint 7.70 and 6.60 must be provided both between the two tubes 3a, 4a and between the outlet end of the tube 4a and the focusing device 41 (cf. their schematic representation in Fig. l 1).
  • the first joints 7, 6 (which are also present in the previously described embodiments of the measuring machine according to the invention) allow the pipes 3 a, 4 a to be pivoted parallel to the running surface 2.
  • the second articulations 70, 60 of the double articulations 7, 70; 6, 60 allow the pipe 4a to be pivoted, as indicated by the arrow 47 in FIG. 10, normal to the running surface 2, which pivoting results when the linear drive 46 is moved. So that a movement of the slide 46a of the linear drive 46 is actually implemented entirely in a displacement of the focusing device 41 and does not lead to a pivoting of the double joint 7.70 normal to the running surface 2, is in the area of the two tubes 3a, 4a connecting one another Double joint 7.70 a holder is provided which keeps the distance of this double joint 7.70 from the tread 2 constant.
  • this holder is formed by a magnetic disk 48 which is connected to the double joint 7.70 and is held by the magnetic field of the running surface 2. There is an air film between the tread surface and the disk 48, on which the disk 48 slides.
  • the disc 48 is not driven separately, but is pulled by the tubes 3a, 4a when the surface motor 1 moves. So that the disc 48 is held even in the plane of the tread 2 when the surface motor 1 is moved so close to the edge of the tread 2 that the disc 48 already comes to lie outside the tread 2, a plate is on the tread 2 49 made of magnetizable material, for example an iron plate (see Fig. 9).
  • the holder can be of any design and other than a magnetic disk 48. If the tread 2 lies under the mirror articulated arm (the arrangement of FIGS. 9-11 is rotated by 180 °), the holder is pressed against the tread 2 by the weight of the mirror articulated arm and can be formed by a non-magnetic slide shoe.
  • a position measuring system which is only equipped with rotary encoders 8, 9, which are mounted in the rotary joints 5, 6, 7 for the purpose of detecting the angles 14 ( ⁇ ) and 15 ( ⁇ ), can therefore no longer correctly detect the position of the surface motor 1.
  • An additional rotary encoder 50 is therefore provided, with which the angle 51 enclosed between the tube 4a and the tread plane 2 is detected. This angle 51 can be seen undistorted in FIG. 10.
  • the tubes 3a, 4a are stretched here in the manner shown in Fig. 13, i.e. oriented in one and the same direction. If all three angles 14 ( ⁇ ) and 15 ( ⁇ ) and 51 are taken into account, the position of the surface motor 1 can be clearly determined despite displacements of the slide 46a.
  • the rotary encoder 50 which detects the angle 51, can optionally be arranged in the second joint 60 of the double rotary joint 6, 60 attached to the focusing device 41 or in the second joint 70 of the double scissor joint 7, 70 located between the two tubes 3a, 4a.
  • the reference point at which the first swivel joint 5 lies is mounted in the embodiment of FIGS. 9-1 1 on an auxiliary drive 10 which is moved in parallel and synchronously with one of the two axial directions.
  • the current position of the auxiliary drive 10 must be taken into account here when calculating the surface-area motor position, which is measured by a linear system as in FIG. 3.
  • This auxiliary drive 10 is not mandatory to be provided when using a mirror joint arm, rather it is also possible here — analogously to FIG. 1 — to keep the first swivel joint 5 immovable relative to the running surface 2.
  • rotary encoders 8, 9, 24 can be provided in all three rotary or scissor joints 5, 6 and 7, which allow pivoting of the tubes 3a, 4a parallel to the running surface 2, to determine the position of the surface motor 1 can also be determined if it can twist relative to its normal position.
  • the focusing device 41 is fixed immovably on the slide 46a of the surface motor 1. However, this is not absolutely necessary. Rather, the focusing device 41 can be pivoted on the slide 46a as desired and the laser beam 40 can be fed to it from the output-side end of the mirror joint arm fixed on the slide 46a via a further mirror system, for example via a further mirror joint arm. The focusing device 41 can thus be moved as desired relative to the slide 46a without these movements changing the position of the surface motor 1.
  • FIGS. 9-11 The embodiment of the invention shown in FIGS. 9-11 is mainly used for mirror articulated arms, which is why reference was made to such a mirror articulated arm for the purpose of their explanation.
  • this is not to be understood as restrictive; rather, with articulated arms 3, 4 or any machining tools attached to surface motor 1, double joints 7.70, 6.60 can be provided, and second arm 4 on slide 46a of a linear drive located on surface motor 1 46 are attached.
  • the direction of displacement of the linear drive 46 always runs exactly 90 ° to the tread plane, which alignment is, however, not absolutely necessary. Rather, the direction of displacement can include any angle to the tread 2. At such angles, which differ from 90 ° to the tread plane, the displacement movement of the slide 46a also has a movement component running parallel to the tread plane and parallel to it. If the known angle, which is included between the tread plane and the direction of displacement, is taken into account when calculating the position of the surface motor 1, the surface motor position can also be correctly calculated with such displacement directions that differ from 90 ° to the tread.
  • a linear drive 46 is not absolutely necessary to arrange a linear drive 46 on the flat motor 1, rather a drive of any design can be used for the tool movement.
  • the term “slide 46a” is therefore not to be understood solely as a slide 46a of a linear drive 46, but rather the movable part of any drive.
  • a second scissor-shaped joint can be provided, which is constructed identically to the first joint, that is to say also comprises two arms that are rotatably connected to one another via a double scissor joint and that via a double swivel joint to the Carriage 46a of the linear drive 46 arranged on the flat motor 1 is connected.
  • This second scissor-shaped joint like the first one, has rotary encoders 8 and 9 in two of its three rotary joints 5, 6, 7, which allow pivoting of the arms 3, 4 parallel to the running surface 2. Furthermore, a rotary encoder 50 is also provided in at least one of the second joints 70, 60 of the double scissor or rotary joints 7.70, 6.60.
  • the two scissor-shaped joints are arranged offset from one another as in FIGS. With these two joints, the positions of two mutually objectionable points on the surface motor 1 can be measured, with which the angle of rotation 16 of the surface motor 1 can be determined in relation to the normal position.
  • each of the two arms 3a and 4a is formed from two parallel legs 21, 21 'and 22.22', each of which has a double scissor joint 7.70; 7 ' , 70 ' are rotatably connected to one another.
  • the second outer ends of this double joint are each via second double swivel joints 6.60; 6 ', 60' rotatably attached to the slide 46a of the 2-coordinate actuator 1.
  • the first outer ends are rotatably attached to the movable auxiliary drive 10 via first swivel joints 5,5 ' . If such an auxiliary drive 10 is not present, the first outer ends — as in FIG. 4 — are fixed at fixed fixed points.
  • the double scissor joints 7, 70 of the first legs 21, 22 are connected to the double scissor joints 7'70 'of the second legs 21', 22 'via a fixed connection 23.
  • This fixed connection 23 is designed such that each of the four scissor joints 7, 70, 7 ' , 70' located there can rotate freely, but that the distance between these joints is always kept constant.
  • the legs 21, 21 ' and 22, 22' thus form two movable parallelograms, which have the effect that the 2-coordinate actuator 1 can only move in parallel while maintaining its normal position and cannot twist.
  • rotary encoders 8 and 9 are again provided, which are located in two of the first rotary or scissor joints 5, 6 and 7; 5 ', 6' and 7 'are arranged.
  • a further pair of rotary encoders 38, 39 could be provided, but due to the positive guidance of the surface motor 1, it must deliver the same results as the first pair 8, 9.
  • a rotary encoder 50 is provided with which the swivel angle 51 of the arm 4a relative to the plane of the running surface 2 is detected.
  • the construction of the two arms 3a, 4a just discussed can also be used if the position of the surface motor 1 does not need to be determined, i.e. in applications where only a positive guidance of the surface motor 1 is achieved and a rotation of the surface motor 1 is to be prevented.

Abstract

The invention relates to a position measuring system for a two-dimensional actuator (1) that moves substantially parallel to the axis within the running tread (2) of a stator according to the commands of a control. Said position measuring system comprises a scissor-type joint with arms (3 and 4) rotatably linked via a scissor joint (7). The extremities of said arms are fastened to the two-dimensional actuator (1) via a first rotation joint (5) in a point of reference used for reference and via a second rotation joint (6). Absolute or incremental rotary transducers (8 and 9) are mounted in two of the three rotation joints or scissor joints (5, 6 and 7), said rotary transducers measuring directly or indirectly the angle (14) between the arm (3) and a first reference line that runs parallel to one of the two directions of movement, and at the same time the angle (15) between the arm (4) and another reference line that runs parallel to the first reference line. The measured values are transmitted to an evaluation unit which calculates the position coordinates X6 and Y6 of the second rotation joint (6) on the two-dimensional actuator (1) in relation to the system of coordinates of the running tread (2) of the stator using the measured values and the lengths (a and b) of the arms (3 and 4) and the relative position of the first rotation joint (5).

Description

Positionsmesssystem sowie Zwangsführung für einen 2-Koordinaten-Stellantrieb Position measuring system and positive guidance for a 2-coordinate actuator
Die Erfindung betrifft ein Positionsmesssystem sowie eine Zwangsführung für einen 2- Koordinaten-Stellantrieb der sich innerhalb der Lauffläche eines Stators entsprechend den Befehlen einer Steuerung im wesentlichen achsparallel bewegt.The invention relates to a position measuring system and a positive guidance for a 2-coordinate actuator which moves within the running surface of a stator in accordance with the commands of a control essentially axially parallel.
Flächenmotoren sind 2-Koordinaten-Stellantriebe, die sich auf zwei unter 90 Grad gekreuzten Polsystemen auf der Lauffläche eines Stators in beiden Achsrichtungen X und Y unabhängig und gleichzeitig den jeweiligen Steuersignalen folgend fortbewegen können. Sie können dabei beliebige Bahnen beschreiben und Endpositionen anfahren, die Ausrichtung des Flächenmotors bleibt jedoch immer achsparallel und wird als Normallage bezeichnet. Würde es zu einer Drehung aus der Normallage kommen, die größenordnungsmässig über die Polteilung hinausgeht, käme es zu einer Entkopplung der rein kraftschlüssigen Verbindung und die Antriebskraft ginge schlagartig gegen Null, und der Flächenmotor würde unkontrollierbar werden. Diese Gefahr besteht bei unsymmetrisch angreifenden äusseren Kräften. Bei der Ausführung rein translatorischer Bewegungen kann der Flächenmotor durch Überlastung Schritte verlieren, ohne dass es zu einer Entkopplung kommen muss. Ein typischer Vertreter dieser Klasse von 2-Koordinaten-Stellantrieben wird in den US- Patentschriften US 3 376 578 A und US 3 457 482 A beschrieben, ein anderer in der japanischen Patentschrift JP 137018/85 und Europäischen Patentschrift EP 207 353 AI. In den deutschen Patentschriften DE 195 41 085 C2 und DE 196 31 106 AI sowie in der US- Patentschrift US 4 890 241 A kommen ebenfalls vergleichbare Stellantriebe vor. Um einen kontrollierten Bewegungsablauf in jeder Phase der Bewegung zu gewährleisten, müssen die Position des Flächenmotors und seine Winkellage ständig gemessen werden, um mit Hilfe dieser einem Regelsystem zugeführten Positionsdaten die Einhaltung einer programmierten Bahn oder Endposition zu bewirken. Es sind im wesentlichen zwei Arten von Messverfahren für die Position von 2-Koordinaten-Stellantrieben bekannt. Bei kleinen Nerfahrwegen bis ca. 250 x 250mm wird für jede Achsrichtung ein berührungslos arbeitendes optisches Messystem, wie z.B. ein Laserinterferometer, eingesetzt. Die so erhaltenen Positionswerte sind absolut. Der Nachteil ist der hohe Preis und die Begrenzung der Nerfahrwege dadurch, dass die Reflektoren so breit sein müssen, wie der Weg der zur Messrichtung senkrecht stehenden Achse. Ein weiterer Nachteil ist, dass der optische Weg nicht unterbrochen werden darf. Das zweite Verfahren benützt den Polraster als Massverkörperung, wobei die Position eines Sensors innerhalb einer Polperiode magnetisch oder optisch gemessen wird. Ein Beispiel mit optischer Messung ist in der US-Patentschrift US 5 126 648 A beschrieben.Wing motors are 2-coordinate actuators that can move independently on two stator systems crossed at 90 degrees on the running surface of a stator in both axis directions X and Y and at the same time follow the respective control signals. You can describe any path and move to end positions, but the orientation of the surface motor always remains parallel to the axis and is referred to as the normal position. If there were to be a rotation out of the normal position, which exceeds the pole pitch in the order of magnitude, the purely frictional connection would be decoupled and the driving force would suddenly drop to zero, and the flat motor would become uncontrollable. This danger exists with asymmetrically attacking external forces. When carrying out purely translatory movements, the flat motor can lose steps due to overloading without having to decouple. A typical representative of this class of 2-coordinate actuators is described in US Pat. Nos. 3,376,578 A and 3,457,482 A, another in Japanese Patent JP 137018/85 and European Patent EP 207 353 AI. In the German patents DE 195 41 085 C2 and DE 196 31 106 AI as well as in the US patent US 4 890 241 A there are also comparable actuators. In order to ensure a controlled movement sequence in every phase of the movement, the position of the surface motor and its angular position must be measured continuously in order to ensure that a programmed path or end position is maintained using this position data supplied to a control system. There are essentially two types of measuring methods for the position of 2-coordinate actuators known. With small ner travel paths up to approx. 250 x 250mm, a contactless optical measuring system is used for each axis direction, e.g. a laser interferometer. The position values obtained in this way are absolute. The disadvantage is the high price and the limitation of the travel distances due to the fact that the reflectors have to be as wide as the travel of the axis perpendicular to the measuring direction. Another disadvantage is that the optical path must not be interrupted. The second method uses the pole grid as a material measure, the position of a sensor being measured magnetically or optically within a pole period. An example with optical measurement is described in US Pat. No. 5,126,648.
Wesentlich genauer ist die Positionsmessung innerhalb der Polperiode mit Hilfe eines Hall- Sensors. Die Nachteile liegen vor allem in der Empfindlichkeit gegenüber Inhomogenitäten des Polrasters und in einem abweichenden Pol-/Nutverhältnis oder in schwankenden Nuttiefen. Da Flächenmotoren in der Regel auf Luftkissen gleiten, können sich auch schwankende Dicken des Luftkissens verfälschend auf das Messergebnis auswirken. Inhomogenitäten können durch Verschmutzung der Oberfläche, Fehlen einzelner Pole oder Stossstellen der Weicheisenblechschicht des Stators, in die die Pole eingearbeitet sind, entstehen. Der wesentlichste Nachteil aller Messverfahren, die den Polraster als Massstab verwenden besteht darin, dass die erzielten Positionsmesswerte mit den Fertigungstoleranzen des Polrasters behaftet sind, was vor allem bei Abmessungen mit mehreren Metern Länge und Breite zu unbefriedigenden absoluten Messwerten führt.The position measurement within the pole period is much more precise with the aid of a Hall sensor. The disadvantages lie primarily in the sensitivity to inhomogeneities of the pole grid and in a different pole / groove ratio or in fluctuating groove depths. Since flat motors usually slide on air cushions, they can also fluctuating air cushion thicknesses have a falsifying effect on the measurement result. Inhomogeneities can result from contamination of the surface, lack of individual poles or joints in the soft iron sheet layer of the stator, into which the poles are incorporated. The most important disadvantage of all measuring methods that use the pole grid as a scale is that the position measurement values obtained are affected by the manufacturing tolerances of the pole grid, which leads to unsatisfactory absolute measured values, especially for dimensions with a length and width of several meters.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Messystem anzugeben, das auch bei sehr grossen Verfahrwegen eingesetzt werden kann, und das vom Polraster unabhängig absolut oder inkremental Positionen und Winkellagen von Flächenmotoren misst. Ein erfindungsgemäßes Positionsmessystem umfaßt dazu ein scherenförmiges Gelenk mit den über ein Scherengelenk drehbar verbundenen Armen, deren äussere Enden einerseits über ein erstes Drehgelenk drehbar in einem als Referenzpunkt dienenden Bezugspunkt und andererseits über ein zweites Drehgelenk am 2-Koordinaten-Stellantrieb befestigt sind, wobei in zwei der drei Dreh- bzw. Scherengelenke absolute oder inkrementale Drehgeber montiert sind, welche den Winkel zwischen dem Arm und einer ersten, parallel zu einer der beiden Bewegungsrichtungen verlaufenden Bezugslinie und gleichzeitig den Winkel zwischen dem Arm und einer weiteren, parallel zur ersten Bezugslinie verlaufenden Bezugslinie direkt oder indirekt messen und die Messwerte an eine Auswerteeinheit übermittelt werden, welche daraus und aus den Längen der Arme und der relativen Lage des ersten Drehgelenkes die Positionskoordinaten X6 und Y6 des zweiten Drehgelenkes am 2-Koordinaten-Stellantriebes bezogen auf das Koordinatensystem der Lauffläche des Stators berechnet. Das erfindungsgemäße Messystem beruht damit auf dem Prinzip von Messarmen, mit denen Werkstücke und 3D-Modelle vermessen und digitalisiert werden. Diese bestehen aus Armen, die durch Drehgelenke verbunden und aneinandergereiht sind, wobei für jeden Freiheitsgrad mindestens ein Drehgelenk vorhanden ist. Jedes Drehgelenk ist mit einem absoluten oder inkrementalen Drehgeber ausgerüstet, der den Winkel der beiden miteinander verbundenen Arme ermittelt und als digitalen oder analogen Messwert an einen Prozessor ausgibt, der auf Grund der bekannten Armlängen und der Winkel zwischen den einzelnen Armen den räumlichen Abstand zwischen dem einen Endpunkt, der fixiert ist, und dem anderen Endpunkt, der mit einer Messkugel versehen ist, die den zu messenden Punkt berührt, berechnet.It is an object of the present invention to provide a measuring system which can also be used with very long travels and which measures the positions and angular positions of surface-mounted motors absolutely or incrementally, independently of the pole grid. For this purpose, a position measuring system according to the invention comprises a scissor-shaped joint with the arms rotatably connected via a scissor joint, the outer ends of which are fastened on the one hand via a first swivel joint in a reference point serving as a reference point and on the other hand via a second swivel joint on the 2-coordinate actuator, in two of the three rotary or scissor joints, absolute or incremental rotary encoders are mounted, which directly measure the angle between the arm and a first reference line running parallel to one of the two directions of movement and at the same time the angle between the arm and another reference line running parallel to the first reference line or measure indirectly and the measured values are transmitted to an evaluation unit, which from this and from the lengths of the arms and the relative position of the first swivel joint, the position coordinates X6 and Y6 of the second swivel joint on the 2-coordinate actuator based on the coordinate system of the tread of the stator is calculated. The measuring system according to the invention is therefore based on the principle of measuring arms with which workpieces and 3D models are measured and digitized. These consist of arms which are connected by hinges and strung together, with at least one swivel for each degree of freedom. Each swivel joint is equipped with an absolute or incremental encoder, which determines the angle of the two interconnected arms and outputs it as a digital or analog measured value to a processor which, based on the known arm lengths and the angle between the individual arms, determines the spatial distance between the one End point, which is fixed, and the other end point, which is provided with a measuring ball that touches the point to be measured.
Im Falle des Flächenmotors, der sich nur in der Ebene bewegt, kommt man mit zwei Annen und zwei Drehgebern aus. Die zwei Arme sind miteinander durch ein Scherengelenk verbunden, und die beiden anderen Enden der Arme sind über je ein Drehgelenk einerseits mit einem Fixpunkt, der als Bezugspunkt dient, und andererseits mit dem Flächenmotor verbunden, dessen Position gemessen werden soll. Die Armlängen sind so bemessen, dass der Flächenmotor jede Position innerhalb des Verfahrbereiches auf der Statorlauffläche erreichen kann. Die Längen der beiden Arme sind sinnvollerweise gleich gross, und die beiden Drehgeber an den Gelenken der Endpunkte montiert, um nicht das Zwischengelenk unnötig zu belasten.In the case of the flat motor, which only moves in the plane, you can get by with two antennas and two rotary encoders. The two arms are connected to each other by a scissor joint, and the two other ends of the arms are each connected via a swivel joint on the one hand to a fixed point, which serves as a reference point, and on the other hand to the surface motor whose position is to be measured. The arm lengths are dimensioned so that the flat motor can reach any position within the travel range on the stator running surface. The lengths of the two arms are usefully the same size, and the two encoders mounted on the joints of the end points so as not to put unnecessary strain on the intermediate joint.
Die Schwierigkeiten, welche mit den eingangs beschriebenen bekannten Messystemen verbunden sind, können beim erfindungsgemäßen Positionsmessystem nicht auftreten, da dieses auf einem völlig anderen, vom Polraster unabhängigen und ohne aufwendige optischeThe difficulties associated with the known measuring systems described at the outset cannot arise with the position measuring system according to the invention, since this is based on a completely different, independent of the pole grid and without complex optical
Systeme auskommenden Funktionsprinzip basiert.Systems based functional principle.
In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass in allen drei Dreh- bzw.In a development of the invention it can be provided that in all three rotary or
Scherengelenken absolute oder inkrementale Drehgeber montiert sind, wodurch auch derScissor joints are mounted absolute or incremental encoders, which also the
Verdrehwinkel zwischen einer Achse des 2-Koordinaten-Stellantriebes und seinerAngle of rotation between an axis of the 2-coordinate actuator and its
Normallage und damit die Position des Bezugspunktes des 2-Koordinaten-Stellantriebes bestimmt werden kann.Normal position and thus the position of the reference point of the 2-coordinate actuator can be determined.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung kann ein zweites scherenförmiges Gelenk, bestehend aus den über ein Scherengelenk drehbar miteinander verbundenen Armen umfassen, das zum ersten, aus den Armen bestehenden Gelenk versetzt angeordnet ist, wobei jedes Gelenk mit zwei Drehgebern versehen ist, die in zwei beliebigen Dreh- bzw.A preferred embodiment of the invention can comprise a second scissor-shaped joint, consisting of the arms rotatably connected via a scissor joint, which is arranged offset from the first joint consisting of the arms, each joint being provided with two rotary encoders which rotate in any two directions - respectively.
Scherengelenken des jeweiligen scherenförmigen Gelenkes montiert sind, um unabhängig voneinander die Positionskoordinaten der zweiten Drehgelenke, bzw. zweier beliebigerScissor joints of the respective scissor-shaped joint are mounted to independently of one another the position coordinates of the second rotary joints, or any two
Punkte, die sich in definiertem Abstand zu den zweiten Drehgelenken des 2-Koordinaten-Points that are at a defined distance from the second swivel joints of the 2-coordinate
Stellantriebes befinden, bzw. den Verdrehwinkel des 2-Koordinaten-Stellantriebes bezogen auf die Normallage zu bestimmen.Actuator, or to determine the angle of rotation of the 2-coordinate actuator based on the normal position.
Es kann damit eine beginnende Verdrehung des Stellantriebes bereits im Ansatz erkannt werden, sodass es möglich ist, einer solchen Verdrehung umgehend entgegen zu steuern, um eine Entkopplung des Stellantriebes zuverlässig zu verhindern.It can thus be recognized that the actuator is already starting to rotate, so that it is possible to counteract such rotation immediately in order to reliably prevent decoupling of the actuator.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass derAccording to a further embodiment of the invention it can be provided that the
Bezugspunkt, in welchem das erste Drehgelenk liegt, auf einem Hilfsantrieb montiert ist, der parallel und synchron mit einer der zwei Achsrichtungen bewegt wird, und die Position desReference point, in which the first swivel joint is located, is mounted on an auxiliary drive which is moved in parallel and in synchronism with one of the two axial directions, and the position of the
Hilfsantriebes entlang seiner Bewegungsachse durch ein Linearmessystem gemessen wird, sodass sich die Positionswerte des 2-Koordinaten-Stellantriebes in den beidenAuxiliary drive is measured along its axis of movement by a linear measuring system, so that the position values of the 2-coordinate actuator are in the two
Achsrichtungen wie beschrieben aus den Drehwinkeln der Arme bestimmen lassen, und in der Achsrichtung des Hilfsantriebes dessen Positionswert, gemessen durch dasHave the axial directions determined as described from the angles of rotation of the arms, and in the axial direction of the auxiliary drive, its position value, measured by the
Linearmessystem, addiert werden muss.Linear measuring system, must be added.
Bei grossen Verfahrwegen des Stellantriebes wäre es notwendig, die Arme relativ lange auszubilden. Durch das Vorsehen eines Hilfsantriebes, mit welchem der Bezugspunkt, in welchem das erste Drehgelenk liegt, in einer Koordinatenrichtung synchron mitbewegt wird, können überlange Arme vermieden werden.With long travel distances of the actuator, it would be necessary to train the arms relatively long. By providing an auxiliary drive with which the reference point at which the first swivel joint lies is also moved synchronously in a coordinate direction, excessively long arms can be avoided.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass jeder der beiden Arme aus zwei parallelen Schenkeln besteht, die über Scherengelenke drehbar miteinander verbunden sind und deren zweite äußere Enden über zweite Drehgelenke drehbar an dem 2-In a further embodiment of the invention, it can be provided that each of the two arms consists of two parallel legs which are rotatably connected to one another via scissor joints and whose second outer ends can be rotated via second swivel joints on the
Koordinaten-Stellantrieb und deren erste äußere Enden über erste Drehgelenke drehbar an einem beweglichen Hilfsantrieb oder an ortsfesten Fixpunkten festgelegt sind, wobei zwischen den Scherengelenken eine feste Verbindung besteht und folglich zwei bewegliche Parallelogramme gebildet werden, die bewirken, dass sich der 2-Koordinaten-Stellantrieb nur parallel unter Beibehaltung seiner Normallage bewegen und sich nicht verdrehen kann und von denen jedes Parallelogramm mit einem Drehgeber versehen ist, welche wie beschrieben die Position des 2-Koordinaten-Stellantriebes eindeutig bestimmen können. Bei Verwendung eines derart aufgebauten scherenförmigen Gelenkes ist eine Verdrehung des Stellantriebes ausgeschlossen. Der Verdrehwinkel des Stellantriebes kann sich also nicht verändern, weshalb er auch nicht erfaßt werden muß. Die Anzahl der zur Positionsbestimmung notwendigen Drehgeber kann damit reduziert werden. In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass die Drehgelenke auf Linien liegen, die nicht parallel zur Normallage sondern unter einem Winkel zu dieser liegen, folglich die Scherengelenke auf Linien liegen, die in der Parallogrammebene liegend zueinander nicht parallel sind, ferner dass die Scherengelenke auf einer gemeinsamen Trägerplatte fixiert sind. Damit können die zweiten Drehgelenke beliebig nahe an die ersten Drehgelenke, d.h. der Stellantrieb beliebig nahe an jenen Bauteil, auf welchem die ersten Drehgelenke festgelegt sind, also an den Hilfsantrieb oder an die Berandung der Statorfläche, herangefahren werden. Es kann damit die Statorfläche so weit wie möglich als Verfahrfläche ausgenutzt werden. 2-Koordinaten-Stellantriebe werden häufig zur Bearbeitung von Werkstücken eingesetzt, wozu entsprechende Bearbeitungswerkzeuge auf diesen Stellantrieben angeordnet sind. Dabei ist es häufig nicht ausreichend, den Stellantrieb nur in zwei Richtungen zu bewegen, das Bearbeitungswerkzeug muß vielmehr auch normal zu diesen beiden Richtungen verfahren werden.Coordinate actuator and their first outer ends rotatable via first rotary joints a movable auxiliary drive or fixed fixed points, whereby there is a fixed connection between the scissor joints and consequently two movable parallelograms are formed, which have the effect that the 2-coordinate actuator can only move in parallel while maintaining its normal position and cannot twist and of which each parallelogram is provided with a rotary encoder which, as described, can clearly determine the position of the 2-coordinate actuator. When using a scissor-shaped joint constructed in this way, rotation of the actuator is excluded. The angle of rotation of the actuator can therefore not change, which is why it does not have to be detected. The number of rotary encoders required for position determination can thus be reduced. In this context it can be provided that the swivel joints lie on lines that are not parallel to the normal position but at an angle to it, consequently the scissor joints lie on lines that are not parallel to each other lying in the parallelogram plane, furthermore that the scissor joints lie on one common carrier plate are fixed. The second rotary joints can thus be moved as close as desired to the first rotary joints, ie the actuator as close as possible to the component on which the first rotary joints are fixed, that is to say to the auxiliary drive or to the edge of the stator surface. The stator surface can thus be used as far as possible as a traversing surface. 2-coordinate actuators are often used for machining workpieces, for which purpose corresponding machining tools are arranged on these actuators. It is often not sufficient to move the actuator only in two directions, rather the processing tool must also be moved normally to these two directions.
Es ist dazu am 2-Koordinaten-Stellantrieb ein Linearantrieb festgelegt, dessen Schlitten normal zur Lauffläche verschiebbar ist. Das Bearbeitungswerkzeug wird auf diesen Schlitten montiert und kann damit normal zu den Verfahrrichtungen des 2-Koordinaten-Stellantriebes bewegt werden.For this purpose, a linear drive is attached to the 2-coordinate actuator, the slide of which can be moved normally to the running surface. The processing tool is mounted on this slide and can thus be moved normally to the travel directions of the 2-coordinate actuator.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Positionsmesssystem für einen derartigen 2-Koordinaten-Stellantrieb anzugeben, das auch bei sehr grossen Verfahrwegen eingesetzt werden kann und das vom Polraster unabhängig absolut oder inkremental Positionen und Winkellagen von Flächenmotoren misst.It is a further object of the present invention to provide a position measuring system for such a 2-coordinate actuator which can also be used with very long travels and which measures the positions and angular positions of flat motors independently of the pole grid, absolutely or incrementally.
Erfindungsgemäß wird dies erreicht durch ein scherenförmiges Gelenk mit den über ein Doppel-Scherengelenk drehbar verbundenen Armen, deren äussere Enden einerseits über ein erstes Drehgelenk drehbar in einem als Referenzpunkt dienenden Bezugspunkt und andererseits über ein Doppel-Drehgelenk am Schlitten des 2-Koordinaten-Stellantrieb befestigt sind, wobei die ersten Gelenke der Doppel-Drehgelenke ein Verschwenken der Arme parallel zur Lauffläche und die zweiten Gelenke der Doppel-Drehgelenke ein Verschwenken des Armes noraial zur Lauffläche erlauben, wobei in zwei der drei ersten Dreh- bzw. Scherengelenke sowie in zumindest einem der zweiten Gelenke der Doppel- Scheren- bzw. -Drehgelenke absolute oder inkrementale Drehgeber montiert sind, welche den Winkel zwischen dem Arm und einer ersten, parallel zu einer der beiden Bewegungsrichtungen verlaufenden Bezugslinie und gleichzeitig den Winkel zwischen dem Arm und einer weiteren, parallel zur ersten Bezugslinie verlaufenden Bezugslinie sowie den zwischen dem Arm und der Laufflächen-Ebene eingeschlossenen Winkel direkt oder indirekt messen und die Messwerte an eine Auswerteeinheit übermittelt werden, welche daraus und aus den Längen der Arme und der relativen Lage des ersten Drehgelenkes die Positionskoordinaten X6 und Y6 des zweiten Drehgelenkes am 2-Koordinaten-Stellantriebes bezogen auf das Koordinatensystem der Lauffläche des Stators berechnet. Das scherenförmige Gelenk wird hier direkt mit dem Schlitten des am 2-Koordinaten- Stellantriebes liegenden Linearantriebes verbunden, womit es neben der Positionsbestimmung auch zur Zuführung von Energie zu diesem Schlitten bzw. zum auf diesem Schlitten angeordneten Bearbeitungswerkzeug verwendet werden kann. Werden die Arme des Gelenkes als Rohre ausgeführt, können in diesem Sinn im Inneren dieser Rohre elektrische Leitungen, Druckwasser- oder Druckluftleitungen geführt werden. Das interessanteste Einsatzgebiet eines derartigen Positionsmesssystems sind Bearbeitungsanlagen, die mit Laserstrahl arbeiten. Es ist bekannt, den Laserstrahl mittels eines außerhalb der Lauffläche liegenden Lasergenerators zu erzeugen und über einen Spiegelgelenkarm einer am 2-Koordinaten-Stellantrieb liegenden Fokussiereinrichtung zuzuleiten. Die eben vorgestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Positionsmesssystems läßt sich dabei am einfachsten dadurch realisieren, daß in diesen bekannten und ohnehin vorhandenen Spiegelgelenkarm die zur Messung der Winkel notwendigen Drehgeber eingebaut werden. Ein gesondertes, zu diesem Spiegelgelenkarm hinzukommende Gelenk kann somit eingespart werden.According to the invention, this is achieved by means of a scissor-shaped joint with the arms rotatably connected via a double scissor joint, the outer ends of which, on the one hand, can be rotated via a first swivel joint in a reference point serving as a reference point and, on the other hand, are attached to the slide of the 2-coordinate actuator via a double swivel joint are, wherein the first joints of the double swivel joints pivot the arms parallel to the tread and the second joints of the double swivel joints allow the arm to swivel noraial to the tread, in two of the three first swivel or scissor joints and in at least one of the second joints the double Scissor or rotary joints absolute or incremental rotary encoders are mounted, which the angle between the arm and a first reference line running parallel to one of the two directions of movement and at the same time the angle between the arm and a further reference line running parallel to the first reference line and the Measure the included angle directly or indirectly between the arm and the tread plane and the measured values are transmitted to an evaluation unit, which uses these and from the lengths of the arms and the relative position of the first swivel joint to determine the position coordinates X6 and Y6 of the second swivel joint at the 2 coordinate Actuator calculated based on the coordinate system of the running surface of the stator. The scissor-shaped joint is connected here directly to the slide of the linear drive located on the 2-coordinate actuator, with which it can be used in addition to determining the position to supply energy to this slide or to the machining tool arranged on this slide. If the arms of the joint are designed as pipes, electrical lines, pressurized water or compressed air lines can be routed inside these pipes. The most interesting area of application for such a position measuring system is processing systems that work with a laser beam. It is known to generate the laser beam by means of a laser generator located outside the running surface and to feed it to a focusing device located on the 2-coordinate actuator via a mirror joint arm. The embodiment of the position measuring system according to the invention which has just been presented can be implemented most simply by installing the rotary encoders necessary for measuring the angles in this known and already existing mirror articulated arm. A separate joint that is added to this mirror joint arm can thus be saved.
In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass in allen drei ersten Dreh- bzw. Scherengelenken absolute oder inkrementale Drehgeber montiert sind, wodurch auch der Verdrehwinkel zwischen einer Achse des 2-Koordinaten-Stellantriebes und seiner Normallage und damit die Position des Bezugspunktes des 2-Koordinaten-Stellantriebes bestimmt werden kann.In a further development of the invention it can be provided that absolute or incremental rotary encoders are mounted in all three first rotary or scissor joints, as a result of which the angle of rotation between an axis of the two-coordinate actuator and its normal position and thus the position of the reference point of the second Coordinate actuator can be determined.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann ein zweites scherenförmiges Gelenk, bestehend aus den über ein Doppel-Scherengelenk drehbar miteinander verbundenen Annen vorgesehen sein, das zum ersten, aus den Armen bestehenden Gelenk versetzt angeordnet ist, wobei jedes Gelenk mit zwei Drehgebern versehen ist, die in zwei beliebigen ersten Drehbzw. Scherengelenken des jeweiligen scherenförmigen Gelenkes montiert sind, und in jeweils zumindest einem der zweiten Gelenke der Doppel-Scheren- bzw. -Drehgelenke jedes scherenförmigen Gelenkes Drehgeber montiert sind, um unabhängig voneinander die Positionskoordinaten der zweiten Drehgelenke, bzw. zweier beliebiger Punkte, die sich in definiertem Abstand zu den zweiten Drehgelenken des 2-Koordinaten-Stellantriebes befinden, bzw. den Verdrehwinkel des 2-Koordinaten-Stellantriebes bezogen auf die Normallage zu bestimmen.In a further embodiment of the invention, a second scissor-shaped joint, consisting of the ants rotatably connected to one another via a double scissor joint, can be provided, which is arranged offset to the first joint consisting of the arms, each joint being provided with two rotary encoders which any two first or Scissor joints of the respective scissor-shaped joint are mounted, and rotary encoders are mounted in at least one of the second joints of the double scissor-type or rotary joints of each scissor-type joint, in order to independently control the position coordinates of the second rotary joints, or any two points that are in each other defined distance to the second swivel joints of the 2-coordinate actuator or determine the angle of rotation of the 2-coordinate actuator based on the normal position.
Es kann damit eine beginnende Verdrehung des Stellantriebes bereits im Ansatz erkannt werden, sodass es möglich ist, einer solchen Verdrehung umgehend entgegen zu steuern, um eine Entkopplung des Stellantriebes zuverlässig zu verhindern.It can thus be recognized that the actuator is already starting to rotate, so that it is possible to counteract such rotation immediately in order to reliably prevent decoupling of the actuator.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Bezugspunkt, in welchem das erste Drehgelenk liegt, auf einem Hilfsantrieb montiert ist, der parallel und synchron mit einer der zwei Achsrichtungen bewegt wird, und die Position des Hilfsantriebes entlang seiner Bewegungsachse durch ein Linearmessystem gemessen wird, sodass sich die Positionswerte des 2-Koordinaten-Stellantriebes in den beiden Achsrichtungen wie beschrieben aus den Drehwinkeln der Arme bestimmen lassen, und in der Achsrichtung des Hilfsantriebes dessen Positionswert, gemessen durch das Linearmessystem, addiert werden muss.According to a preferred embodiment of the invention, it can be provided that the reference point, in which the first swivel joint is located, is mounted on an auxiliary drive which is moved in parallel and synchronously with one of the two axial directions, and the position of the auxiliary drive along its movement axis by means of a linear measuring system is measured so that the position values of the 2-coordinate actuator in the two axis directions can be determined from the angles of rotation of the arms as described, and in the axis direction of the auxiliary drive, its position value, measured by the linear measuring system, must be added.
Bei grossen Verfahrwegen des Stellantriebes wäre es notwendig, die Arme relativ lange auszubilden. Durch das Vorsehen eines Hilfsantriebes, mit welchem der Bezugspunkt, in welchem das erste Drehgelenk liegt, in einer Koordinatenrichtung synchron mitbewegt wird, können überlange Arme vermieden werden.With long travel distances of the actuator, it would be necessary to train the arms relatively long. By providing an auxiliary drive with which the reference point at which the first swivel joint lies is also moved synchronously in a coordinate direction, excessively long arms can be avoided.
In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass jeder der beiden Anne aus zwei parallelen Schenkeln besteht, die jeweils über Doppel-Scherengelenke drehbar miteinander verbunden sind und deren zweite äußere Enden jeweils über zweite Doppel-Drehgelenke drehbar am Schlitten des 2-Koordinaten-Stellantriebes und deren erste äußere Enden über erste Drehgelenke drehbar an einem beweglichen Hilfsantrieb oder an ortsfesten Fixpunkten festgelegt sind, wobei zwischen den Doppel-Scherengelenken eine feste Verbindung besteht und folglich zwei bewegliche Parallelogramme gebildet werden, die bewirken, dass sich der 2-Koordinaten-Stellantrieb nur parallel unter Beibehaltung seiner Normallage bewegen und sich nicht verdrehen kann und von denen jedes Parallelogramm mit zumindest einem, in einer der ersten Dreh- bzw. Scherengelenke angeordneten Drehgeber versehen ist sowie in zumindest einem der zweiten Gelenke der Doppel-Scheren- bzw. -Drehgelenke ein Drehgeber vorgesehen ist, welche Drehgeber wie beschrieben die Position des 2- Koordinaten-Stellantriebes eindeutig bestimmen können.In a further development of the invention it can be provided that each of the two Anne consists of two parallel legs, each of which is rotatably connected to one another via double scissor joints and the second outer ends of which are each rotatable on the slide of the 2-coordinate actuator and via second double pivot joints the first outer ends of which are rotatably attached to a movable auxiliary drive or fixed fixed points via first swivel joints, a fixed connection being established between the double scissor joints and consequently two movable parallelograms being formed, which have the effect that the 2-coordinate actuator is only parallel while maintaining its normal position and can not twist and of which each parallelogram is provided with at least one rotary encoder arranged in one of the first rotary or scissor joints, and in at least one of the second joints of the double scissor or rotary joints a rotary encoder it is provided which D as described, the position of the 2-coordinate actuator can be clearly determined.
Bei Verwendung eines derart aufgebauten scherenförmigen Gelenkes ist eine Verdrehung des Stellantriebes ausgeschlossen. Der Verdrehwinkel des Stellantriebes kann sich also nicht verändern, weshalb er auch nicht erfaßt werden muß. Die Anzahl der zur Positionsbestimmung notwendigen Drehgeber kann damit reduziert werden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Zwangsführung für einen 2- Koordinaten-Stellantrieb, der sich innerhalb der Lauffläche eines Stators entsprechend den Befehlen einer Steuerung im wesentlichen achsparallel bewegt, anzugeben, mit welcher jede Verdrehung dieses Stellantriebes verhindert werden kann. Eine erfindungsgemäße Zwangsfü lrung umfaßt dazu ein scherenförmiges Gelenk umfassend drehbar miteinander verbundene Aime, welche beiden Arme jeweils aus zwei parallelenWhen using a scissor-shaped joint constructed in this way, rotation of the actuator is excluded. The angle of rotation of the actuator can therefore not change, which is why it does not have to be detected. The number of rotary encoders required for position determination can thus be reduced. Another object of the invention is to provide a positive guidance for a 2-coordinate actuator which moves within the running surface of a stator in accordance with the commands of a control substantially axially parallel, with which any rotation of this actuator can be prevented. A compulsory guide according to the invention comprises a scissor-like joint comprising rotatably connected Aime, which two arms each from two parallel
Schenkeln bestehen, die über Scherengelenke drehbar miteinander verbunden sind, deren zweite äußere Enden über zweite Drehgelenke drehbar an dem 2-Koordinaten-Stellantrieb und deren erste äußere Enden über erste Drehgelenke drehbar an einem beweglichenLegs exist, which are rotatably connected to one another via scissor-type joints, the second outer ends of which are rotatable on the 2-coordinate actuator via second rotary joints and the first outer ends of which are rotatable on a movable one via first rotary joints
Hilfsantrieb oder an ortsfesten Fixpunkten, welche bevorzugt außerhalb der Lauffläche liegen, festgelegt sind, wobei die beiden Scherengelenke fest miteinander verbunden sind.Auxiliary drive or fixed fixed points, which are preferably outside of the tread, are fixed, the two scissor joints are firmly connected.
Eine solche Zwangsführung ist konstruktiv einfach aufgebaut und damit besonders funktionszuverlässig.Such positive guidance is of simple construction and is therefore particularly reliable.
In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Zwangsführung kann vorgesehen sein, dass dieIn a development of the forced operation according to the invention it can be provided that
Drehgelenke auf Linien liegen, die nicht parallel zur Normallage sondern unter einem Winkel zu dieser liegen, folglich die Scherengelenke auf Linien liegen, die in der Parallogrammebene liegend zueinander nicht parallel sind, ferner dass die Scherengelenke auf einer gemeinsamenSwivel joints lie on lines that are not parallel to the normal position but at an angle to it, consequently the scissor joints lie on lines that are not parallel to one another in the parallelogram plane, furthermore that the scissor joints are on a common one
Trägerplatte fixiert sind.Carrier plate are fixed.
Damit können die zweiten Drehgelenke beliebig nahe an die ersten Drehgelenke, d.h. derWith this, the second swivel joints can be arbitrarily close to the first swivel joints, i.e. the
Stellantrieb beliebig nahe an jenen Bauteil, auf welchem die ersten Drehgelenke festgelegt sind, also an den Hilfsantrieb oder an die Berandung der Statorfläche, herangefahren werden.Actuator can be moved as close as possible to the component on which the first rotary joints are fixed, i.e. to the auxiliary drive or to the edges of the stator surface.
Es kann damit die Statorfläche so weit wie möglich als Verfahrfläche ausgenutzt werden.The stator surface can thus be used as far as possible as a traversing surface.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Zwangsfühmng für einen 2-Another object of the invention is to provide a positive guide for a 2-
Koordinaten-Stellantrieb, der sich innerhalb der Lauffläche eines Stators entsprechend denCoordinate actuator that is located within the tread of a stator according to the
Befehlen einer Steuerung im wesentlichen achsparallel bewegt und auf welchem ein Antrieb, insbesondere ein Linearantrieb, festgelegt ist, dessen Schlitten normal zur Lauffläche verschiebbar ist, anzugeben, mit welcher jede Verdrehung dieses Stellantriebes verhindert werden kann.Commands of a control moved essentially axially parallel and on which a drive, in particular a linear drive, is fixed, the carriage of which can be moved normally to the running surface, with which any rotation of this actuator can be prevented.
Eine erfindungsgemäße Zwangsführung umfaßt dazu ein scherenförmiges Gelenk umfassend drehbar miteinander verbundene Arme, welche beiden Arme jeweils aus zwei parallelenFor this purpose, a positive guidance according to the invention comprises a scissor-shaped joint comprising arms which are rotatably connected to one another, which two arms each consist of two parallel arms
Schenkeln bestehen, die über Doppel-Scherengelenke drehbar miteinander verbunden sind, deren zweite äußere Enden über Doppel-Drehgelenke drehbar am Schlitten des 2-There are legs that are rotatably connected to each other via double scissor joints, the second outer ends of which can be rotated via double swivel joints on the carriage of the 2-
Koordinaten-Stellantriebes und deren erste äußere Enden über erste Drehgelenke drehbar an einem beweglichen Hilfsantrieb oder an ortsfesten Fixpunkten, welche bevorzugt außerhalb der Lauffläche liegen, festgelegt sind, wobei die beiden Doppel-Scherengelenke fest miteinander verbunden sind.Coordinate actuator and their first outer ends are rotatably fixed via first swivel joints on a movable auxiliary drive or at fixed fixed points, which are preferably located outside the running surface, the two double scissor joints being firmly connected to one another.
Eine solche Zwangsführung ist konstruktiv einfach aufgebaut und damit besonders funktionszuverlässig.Such positive guidance is of simple construction and is therefore particularly reliable.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:The invention is explained below with reference to the accompanying drawings. It shows:
Fig.1 eine erste Ausführungsform der Erfindung schematisch im Grundriß bei in Normallage liegendem Flächenmotor 1 ; Fig.2 die Ausfuhrungsform der Fig.l in derselben Darstellung bei verdreht gegenüber der1 shows a first embodiment of the invention schematically in plan with the flat motor 1 lying in the normal position; 2 shows the embodiment of Fig.l in the same representation when rotated relative to the
Normallage liegendem Flächenmotor 1 ;Normally lying flat motor 1;
Fig-3 eine zweite Ausführungsform der Erfindung schematisch im Grundriß;Fig. 3 shows a second embodiment of the invention schematically in plan;
Fig.4 eine dritte Ausführungsform der Erfindung, bei welcher zwei scherenförmige Gelenke vorgesehen sind, schematisch im Grundriß;4 shows a third embodiment of the invention, in which two scissor-shaped joints are provided, schematically in plan;
Fig.5 eine weitere, im wesentlichen jener der Fig.4 entsprechende Ausführungsform, bei welcher die beiden scherenförmigen Gelenke auf einem Hilfsantrieb festgelegt sind, schematisch im Grundriß;5 shows a further embodiment essentially corresponding to that of FIG. 4, in which the two scissor-shaped joints are fixed on an auxiliary drive, schematically in plan;
Fig.6 und 7 jeweils eine fünfte Ausführungsform, bei welcher die zwischen den Schenkeln6 and 7 each show a fifth embodiment, in which the between the legs
21,22 und 21 ',22' liegenden Drehgelenke 7,7' fest miteinander verbunden sind, schematisch im Grundriß;21,22 and 21 ', 22' lying swivel joints 7,7 'are firmly connected to each other, schematically in plan;
Fig.8 einen Flächenmotor samt zugehörigem Stator, ausgestattet mit einem erfindungsgemäßen Positionsmessystem im Schrägriß;8 shows a flat motor including the associated stator, equipped with a position measuring system according to the invention in oblique outline;
Fig.9 einen Flächenmotor samt zugehörigem Stator im Schrägriß, wobei am Flächenmotor eine Laserstrahl-Fokussiereinrichtung 41 festgelegt ist, die mittels eines Antriebes 46 normal zur Ebene des Stators verfahrbar ist und der ein Laserstrahl 40 mittels eines9 shows a flat motor including the associated stator in an oblique view, a laser beam focusing device 41 being fixed on the flat motor, which can be moved normally to the plane of the stator by means of a drive 46 and which uses a laser beam 40
Spiegelgelenkarmes zugeleitet wird;Mirror arm is fed;
Fig.10 die in Fig.9 dargestellte Anlage im Aufriß;10 shows the plant shown in Figure 9 in elevation;
Fig.l 1 die in den Fig.9 und 10 dargestellte Anlage schematisch im Grundriß undFig.l 1 the system shown in Figures 9 and 10 schematically in plan and
Fig.12 eine der Ausführungsform der Fig.9- 11 entsprechende Anlage, bei welcher die beiden12 shows a system corresponding to the embodiment of FIGS. 9-11, in which the two
Arme 3a,4a jeweils aus zwei parallelen Schenkeln 21,21 ' und 22,22' bestehen, im Grundriß undArms 3a, 4a each consist of two parallel legs 21,21 'and 22,22', in plan and
Fig.13 die Anlage der Fig.9-1 1 schematisch im Grundriß mit gestreckten, d.h. in ein und dieselbe Richtung orientierten Rohren 3a,4a.Fig. 13 shows the system of Fig. 9-1 schematically in plan with straight, i.e. tubes 3a, 4a oriented in one and the same direction.
In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist mit 1 ein 2-Koordinaten-In the embodiment of the invention shown in FIG. 1, 1 denotes a 2-coordinate
Stellantrieb (im folgenden auch als „Flächenmotor" bezeichnet) und mit 2 die Lauffläche desActuator (hereinafter also referred to as "surface motor") and with 2 the running surface of the
Stators, auf welcher der Flächenmotor 1 bewegbar ist, bezeichnet.Stator, on which the surface motor 1 is movable, called.
Das erfindungsgemäße Positionsmessystem umfaßt ein scherenförmiges Gelenk, das aus zwei Armen 3,4 gebildet ist, welche durch ein Scherengelenk 7 drehbar miteinander verbunden sind.The position measuring system according to the invention comprises a scissor-shaped joint which is formed from two arms 3, 4 which are rotatably connected to one another by a scissor joint 7.
Die beiden anderen, vom Scherengelenk 7 beabstandeten Enden der Anne 3,4 sind über ein erstes Drehgelenk 5 mit einem Fixpunkt, der als Bezugspunkt dient und über ein zweitesThe other two ends of the Anne 3, 4, which are spaced apart from the scissors joint 7, are connected via a first swivel joint 5 with a fixed point, which serves as a reference point, and via a second
Drehgelenk 6 mit dem Flächenmotor 1 verbunden, dessen Position gemessen werden soll.Swivel 6 connected to the surface motor 1, the position of which is to be measured.
Diese Arme 3,4 weisen die Längen a und b auf, welche vorzugsweise gleich lang gewählt werden. Die Armlängen sind so bemessen, dass der Flächenmotor 1 jede Position innerhalb des Verfahrbereiches auf der Statorlauffläche erreichen kann.These arms 3, 4 have lengths a and b, which are preferably chosen to be of equal length. The arm lengths are dimensioned so that the flat motor 1 can reach any position within the travel range on the stator running surface.
In zwei der drei Dreh- bzw. Scherengelenke 5,6 bzw. 7 sind absolute oder inkrementaleIn two of the three rotary or scissor joints 5, 6 or 7 are absolute or incremental
Drehgeber 8 und 9 montiert. Um das Scherengelenk 7 nicht unnötig zu belasten, werden -so wie in den Zeichnungen dargestellt- die Drehgeber 8 und 9 vorzugsweise an den Drehgelenken 5,6 montiert.Encoders 8 and 9 mounted. In order not to unnecessarily stress the scissor joint 7, so as shown in the drawings, the rotary encoders 8 and 9 are preferably mounted on the rotary joints 5, 6.
In den Fig.l und 2 sind ferner die Koordinaten X und Y des Bezugspunktes 11 des Flächenmotors 1 eingezeichnet. A und B bezeichnen den Versatz des Bezugspunktes, in welchem das erste Drehgelenk 5 liegt, gegenüber dem Nullpunkt des Koordinatensystems, und Ax, By den Versatz des zweiten Drehgelenkes 6 gegenüber dem Bezugspunkt 11 des Flächenmotors 1.The coordinates X and Y of the reference point 11 of the surface motor 1 are also shown in FIGS. 1 and 2. A and B denote the offset of the reference point at which the first swivel joint 5 lies with respect to the zero point of the coordinate system, and Ax, By denote the offset of the second swivel joint 6 with respect to the reference point 11 of the surface motor 1.
Der Flächenmotor 1 zieht die das scherenfbrmige Gelenk umfassende Messmaschine mit und für jede Position auf der Lauffläche 2 ergibt sich ein eindeutig zuordenbares Winkelpaar 14 und 15. Auf Grund einfacher trigonometrischer Beziehungen ergeben sich die Koordinaten des zweiten Drehgelenkes X6=(a.cosα +b.cosß)+A und Y6=(a.sinα-b.sinß)+B, wobei die Versatz-Strecken A,B des Bezugspunktes, in welchem das erste Drehgelenk 5 liegt, vorzeichenrichtig, d.h. bei der in Fig.l dargestellten Lage jeweils mit negativem Vorzeichen, einzusetzen sind.The surface motor 1 pulls the measuring machine comprising the scissors-shaped joint and for each position on the running surface 2 there is a clearly assignable pair of angles 14 and 15. The coordinates of the second swivel joint X6 = (a.cosα + b.) Result from simple trigonometric relationships. cosß) + A and Y6 = (a.sinα-b.sinß) + B, the offset distances A, B of the reference point, in which the first swivel joint 5 lies, with correct sign, ie in the position shown in Fig.l each with a negative sign.
Die Koordinaten des Bezugspunktes 11 lassen sich mit folgenden Formeln errechnen: X=(a.cosα +b.cosß)+Cx und Y=(a.sinα-b.sinß)+Cy, wobei Cx aus der vorzeichenrichtigen Addition von A+ax und Cy aus B+By gebildet werden.The coordinates of the reference point 11 can be calculated using the following formulas: X = (a.cosα + b.cosß) + Cx and Y = (a.sinα-b.sinß) + Cy, where Cx is the correct addition of A + ax and Cy are formed from B + By.
Die Winkel 14 (α) und 15 (ß) werden absolut oder inkremental mit Hilfe der Drehgeber 8 und 9 bestimmt- Wie aus den Fig.l und 2 hervorgeht, liegt der Winkel 14 (α) zwischen dem Ann 3 und einer ersten Bezugslinie, die parallel zur ersten Bewegungsrichtung (X-Richtung) des Stellantriebes 1 verläuft. Der Winkel 15 (ß) liegt zwischen dem Arm 4 und einer weiteren Bezugslinie, die parallel zur ersten Bezugslinie des Winkels 14 (α) und somit ebenfalls in X- Richtung verläuft. Genauso wäre es möglich, beide Bezugslinien in die andere Bewegungsrichtung, nämlich in Y-Richtung verlaufen zu lassen.The angles 14 (α) and 15 (β) are determined absolutely or incrementally with the help of the rotary encoders 8 and 9. As can be seen from FIGS. 1 and 2, the angle 14 (α) lies between the ann 3 and a first reference line, which runs parallel to the first direction of movement (X direction) of the actuator 1. The angle 15 (β) lies between the arm 4 and a further reference line which runs parallel to the first reference line of the angle 14 (α) and thus also in the X direction. It would also be possible to have both reference lines run in the other direction of movement, namely in the Y direction.
Der Winkel 15 (ß) muß auf die Normallage des Flächenmotors 1 bezogen werden. Diese Normallage ergibt sich, in dem man den Flächenmotor 1 ohne äußere Belastung in einer bekannten Referenzlage, sinnvollerweise an der Position X6=0 und Y6=0, bestromt, so daß er sich exakt parallel zu den Polnuten ausrichten kann. Aus den bekannten Positionsdaten kann dann der zugehörige Winkel 15 (ß) als Referenzwinkel 15 berechnet werden. Der vom Drehgeber 9 gelieferte Referenz-Winkelwert wird erfaßt oder auf Null gesetzt. Dieser Referenzwinkel 15 ist zu allen weiteren vom Drehgeber 9 gelieferten Werte oder Differenzwerte bezogen auf den Referenz-Winkelwert vorzeichenrichtig zu addieren um den entsprechenden Winkel 15 (ß) zu erhalten. Das selbe Verfahren ist für den Winkel 14 (α) anzuwenden, d.h. daß in der gewählten Referenzlage X6=0 und Y6=0 der Winkel 14 (α) als Referenzwinkel 14 zu berechnen und der vom Drehgeber 8 gelieferte Winkelwert auf Null zu setzen ist. Die weitere Vorgangsweise ist entsprechend dem beim Winkel 15 Gesagten. Sämtliche angeführten Berechnungen werden von einer in den Zeichnungen nicht näher dargestellten Auswerteeinheit vorgenommen, an welche die mittels der Drehgeber 8,9 erfaßten Winkel-Werte übermittelt werden. Die Position des Flächenmotors 1 kann bei Verwendung von nur zwei Drehgebern 8 und 9, wenn der zweite Drehgeber 9 wie in Fig. l und 2 dargestellt, im am Flächenmotor 1 liegenden Drehgelenk 6 montiert ist, nur dann richtig ermittelt werden, wenn sich der Flächenmotor 1 in seiner -in Fig.l dargestellten- Normallage befindet bzw. während seiner Verfahrbewegungen auch in dieser Normallage verbleibt-The angle 15 (ß) must be related to the normal position of the surface motor 1. This normal position is obtained by energizing the flat motor 1 in a known reference position, expediently at the position X6 = 0 and Y6 = 0, so that it can be aligned exactly parallel to the pole grooves. The associated angle 15 (β) can then be calculated as the reference angle 15 from the known position data. The reference angle value supplied by the encoder 9 is detected or set to zero. This reference angle 15 must be added to all other values or difference values supplied by the rotary encoder 9 with respect to the reference angle value with the correct sign in order to obtain the corresponding angle 15 (β). The same procedure is to be used for the angle 14 (α), ie that in the selected reference position X6 = 0 and Y6 = 0 the angle 14 (α) is to be calculated as the reference angle 14 and the angle value supplied by the encoder 8 is to be set to zero. The further procedure is in accordance with what has been said for the angle 15. All the calculations mentioned are carried out by an evaluation unit, not shown in the drawings, to which the angle values detected by the rotary encoders 8, 9 are transmitted. When using only two rotary encoders 8 and 9, if the second rotary encoder 9, as shown in FIGS. 1 and 2, is mounted in the rotary joint 6 lying on the surface motor 1, the position of the surface motor 1 can only be correctly determined if the surface motor is located 1 is in its normal position, shown in FIG. 1, or remains in this normal position during its traversing movements,
Wenn zu erwarten ist, daß sich der Flächenmotor 1 gegenüber dieser Normallage verdreht, kann dessen Position nicht mehr richtig ermittelt werden, denn Verdrehungen des Flächenmotors 1 führen ebenfalls zu einer Änderung des Winkels zwischen dem Arm 4 und dem Flächenmotor 1. Der Winkel 15 (ß) kann deshalb nicht mehr richtig aus dem vom Drehgeber 9 gelieferten Winkel zwischen Arm 4 und Flächenmotor 1 errechnet werden. Wird der zweite Drehgeber 9 hingegen am Scherengelenk 7 montiert, kann aus dem Winkel zwischen Ann 3 und Arm 4, welcher dann vom Drehgeber 9 geliefert wird, immer, d.h. unabhängig von eventuellen Verdrehungen des Flächenmotors 1, der Winkel 15 (ß) enechnet werden.If it is to be expected that the surface motor 1 rotates with respect to this normal position, its position can no longer be correctly determined, because rotations of the surface motor 1 also lead to a change in the angle between the arm 4 and the surface motor 1. The angle 15 (ß ) can therefore no longer be correctly calculated from the angle between the arm 4 and the flat motor 1 supplied by the rotary encoder 9. If, on the other hand, the second rotary encoder 9 is mounted on the scissor joint 7, the angle between Ann 3 and arm 4, which is then supplied by the rotary encoder 9, can always, i.e. regardless of possible twists of the surface motor 1, the angle 15 (ß) can be calculated.
Wenn die Gefahr des Verdrehens des Flächenmotors 1 besteht, weil er entweder sehr grosse Abmessungen hat oder stark unsymmetrisch belastet wird, kann durch Verwendung eines dritten Drehgebers 24, der wie in Fig.3 gezeigt, im Scherengelenk 7 montiert ist, durch einfache trigonometrische Beziehungen über den Winkel 17 der Verdrehwinkel 16 des Flächenmotors 1 berechnet werden. Über diesen Verdrehwinkel 16 kann nun die Position des Drehgelenkes 6 bzw. des Bezugspunktes 1 1 des Flächenmotors 1 selbst dann berechnet werden, wenn der Flächenmotor 1 -so wie in Fig.2 dargestellt- verdreht gegenüber seiner Normallage liegt. Der Zweck ist es, eine beginnende Verdrehung des Flächenmotors 1 bereits im Ansatz zu erkennen und gegenzusteuern, bevor eine Entkopplung erfolgt. Das Gegensteuem ist allerdings nur dann möglich, wenn die an den verschiedenen Seiten liegenden Motorelemente wie unabhängige Achsen ähnlich einem Portalantrieb angesteuert werden können.If there is a risk of the surface motor 1 rotating, because it is either very large in size or is subjected to very asymmetrical loads, simple trigonometric relationships can be achieved by using a third rotary encoder 24, which is mounted in the scissors joint 7 as shown in FIG the angle 17 of the twist angle 16 of the surface motor 1 can be calculated. Using this angle of rotation 16, the position of the swivel joint 6 or the reference point 11 of the surface motor 1 can now be calculated even if the surface motor 1 is rotated relative to its normal position, as shown in FIG. The purpose is to detect the beginning of rotation of the surface motor 1 in the beginning and to counteract it before decoupling takes place. Countermeasures are only possible, however, if the motor elements on the different sides can be controlled like independent axes, similar to a portal drive.
Um überlange Arme zu vermeiden, wie sie sich bei grossen Verfahrwegen zwangsläufig ergeben würden, kann man gemäß Fig.3 den fixen Bezugspunkt, in welchem das erste Drehgelenk 5 liegt, mit dem Drehgeber 8 in einer Koordinatenrichtung synchron mitbewegen, wobei die selbe Steuerung für die Bewegung der synchronen Achsen zuständig ist. Obwohl man im Prinzip jeden beliebigen linearen Hilfsantrieb 10 mit einer mechanischen Führung für diese Bewegung verwenden kann, setzt man sinnvollerweise einen einachsigen luftgelagerten Linearmotor ein, der auf dem selben Stator gleitet.In order to avoid excessively long arms, which would inevitably arise in the case of long travels, the fixed reference point, in which the first swivel joint 5 lies, can be moved synchronously with the rotary encoder 8 in a coordinate direction according to FIG. 3, with the same control for the Movement of the synchronous axes is responsible. Although in principle any linear auxiliary drive 10 with a mechanical guide can be used for this movement, it is sensible to use a single-axis air-bearing linear motor that slides on the same stator.
Um möglichst viel teure Lauffläche 2 für die Flächenbewegung verwenden zu können, kann die Seitenfläche des Stators mit einem eindimensionalen Polsystem versehen, und der lineare Hilfsantrieb 10 als Winkelmotor ausgebildet werden, wie dies in Fig.8 gezeigt ist. Fig 3 stellt den allgemeinsten Fall dar, nach dem ein beliebiger Antrieb 10 als Hilfsantrieb mit eigener Führung den Bezugspunkt, in welchem das erste Drehgelenk 5 liegt, synchron verfährt. Dieser Hilfsantrieb 10 kamt sich vollständig ausserhalb der Statorfläche 2 befinden. Die Positionsmessung des Antriebes 10 entlang der X-Achse erfolgt mit einem Längenmesssystem bestehend aus dem Lineal 25 und dem Messkopf 26, das optisch, induktiv oder nach einem anderen Prinzip arbeiten kann. Die Koordinaten X und Y des Flächenmotors 1 ergeben sich aus dem Messwert des Linearsystems 25,26 und den Winkeln 14 und 15 der Drehgeber 8 und 9, d.h. die X-Positionswerte des Hilfsantriebes 10 und des 2- Koordinaten-Stellantriebes 1 bezogen auf die Messmaschine sind zu addieren. Damit wird auch eine mögliche Abweichung ΔX der X-Positionen des Antriebes 1 vom Antrieb 10 erfasst, wie sie durch den Versatz des zweiten Drehgelenkes 6 nach 6" (vgl. strichlierte Darstellung in Fig.3) zum Ausdruck kommt. Zur Bestimmung des Verdrehwinkels 16 des Flächenmotors 1 kann wieder ein dritter Drehgeber 24 eingesetzt werden.In order to be able to use as much expensive running surface 2 as possible for the surface movement, the side surface of the stator can be provided with a one-dimensional pole system, and the linear auxiliary drive 10 can be designed as an angle motor, as shown in FIG. 3 shows the most general case, according to which any drive 10 as an auxiliary drive with its own guidance moves the reference point at which the first swivel joint 5 is located synchronously. This auxiliary drive 10 comes completely outside the stator surface 2. The position measurement of the drive 10 along the X axis is carried out with a length measuring system consisting of the ruler 25 and the measuring head 26, which can work optically, inductively or according to another principle. The coordinates X and Y of the surface motor 1 result from the measured value of the linear system 25, 26 and the angles 14 and 15 of the rotary encoders 8 and 9, ie the X position values of the auxiliary drive 10 and the 2-coordinate actuator 1 in relation to the measuring machine are to be added. A possible deviation .DELTA.X of the X positions of the drive 1 from the drive 10 is also detected, as is expressed by the offset of the second swivel joint 6 to 6 "(cf. dashed line in FIG. 3). To determine the twist angle 16 of the surface motor 1, a third rotary encoder 24 can be used again.
Insbesondere bei Flächenmotoren 1 mit grossen Abmessungen oder länglicher Form kann es sinnvoll oder notwendig sein, den Verdrehwinkel 16 durch Messung der Position von zwei an entgegengesetzten Enden des Flächenmotors 1 liegenden Punkten zu bestimmen. Fig. 4 zeigt eine derartige Anordnung mit einem zweiten scherenförmigen Gelenk mit den Armen 12 und 13 und den Drehgelenken 18,19 sowie dem Scherengelenk 20. Es werden wieder zwei Drehgeber 8,9 bzw. 38,39 pro scherenförmigem Gelenk verwendet, die in beliebigen Drehbzw. Scherengelenken 5,6,7; 18,19,20 montiert sind.In particular in the case of flat motors 1 with large dimensions or elongated shape, it can be useful or necessary to determine the angle of rotation 16 by measuring the position of two points lying at opposite ends of the flat motor 1. Fig. 4 shows such an arrangement with a second scissor-shaped joint with the arms 12 and 13 and the rotary joints 18, 19 and the scissor joint 20. Two rotary encoders 8, 9 and 38, 39 are used per scissor-shaped joint, which in any Drehbzw. Scissor joints 5,6,7; 18,19,20 are mounted.
Hiermit können unabhängig voneinander die Positionskoordinaten der zweiten Drehgelenke 6 und 19 bzw. zweier beliebiger Punkte, die sich in definiertem Abstand zu den zweiten Drehgelenken 6 und 19 des 2-Koordinaten-Stellantriebes 1 befinden, bestimmt werden. Aus diesen läßt sich weiters der Verdrehwinkel 16 des 2-Koordinaten-Stellantriebes 1 bezogen auf die Normallage errechnen.With this, the position coordinates of the second rotary joints 6 and 19 or any two points that are at a defined distance from the second rotary joints 6 and 19 of the 2-coordinate actuator 1 can be determined independently of one another. From these, the angle of rotation 16 of the 2-coordinate actuator 1 can also be calculated based on the normal position.
Ein zusätzliches, aus den Armen 12 und 13 gebildetes und zwei Drehgeber 38,39 umfassendes scherenförmiges Gelenk hat somit dieselbe Funktion wie ein dritter Drehgeber 24 auf dem aus den Armen 3 und 4 gebildeten Scherengelenk, es dient nämlich genauso wie dieser dritte Drehgeber 24 zur Erfassung des Verdrehwinkels 16 des Flächenmotors 1. Der Vorteil gegenüber der Anordnung nur eines scherenförmigen Gelenkes mit drei Drehgebern 8,9,24 ist, dass bei Bedarf ein zweites identisches scherenförmiges Gelenk hinzugefügt werden kann.An additional scissor-shaped joint formed from the arms 12 and 13 and comprising two rotary encoders 38, 39 thus has the same function as a third rotary encoder 24 on the scissor joint formed from the arms 3 and 4, namely it serves for detection in the same way as this third rotary encoder 24 of the angle of rotation 16 of the flat motor 1. The advantage over the arrangement of only one scissor-shaped joint with three rotary encoders 8, 9, 24 is that a second identical scissor-shaped joint can be added if necessary.
In Fig. 5 ist die Anordnung dargestellt, in welcher auch im Falle des Hilfsantriebes 10 zwei scherenförmige Gelenke verwendet werden können.5 shows the arrangement in which two scissor-shaped joints can also be used in the case of the auxiliary drive 10.
Um eine Verdrehung überhaupt zu verhindern, kann der Flächenmotor 1 zwangsweise parallel gefühil werden, indem die beiden scherenförmigen Gelenke durch eine Querverbindung 23 zwischen den Scherengelenken 7 und 7' als Parallelogramm ausgebildet werden, wie Fig.6 zeigt.In order to prevent twisting at all, the flat motor 1 can be forced to feel parallel, in that the two scissor-shaped joints by a Cross connection 23 between the scissor joints 7 and 7 'are formed as a parallelogram, as shown in Fig.6.
Bei dieser Ausfuhrungsform besteht also jeder der beiden Anne 3 und 4 aus zwei parallelenIn this embodiment, each of the two Anne 3 and 4 consists of two parallel ones
Schenkeln 21 ,21' und 22,22', die über Scherengelenke 7,7' drehbar miteinander verbunden sind. Die zweiten äußeren Enden der Schenkel 22,22' sind über zweite Drehgelenke 6,6' drehbar an dem 2-Koordinaten-Stellantrieb 1 festgelegt. Die ersten äußeren Enden derLegs 21, 21 'and 22, 22', which are rotatably connected to one another via scissor joints 7, 7 '. The second outer ends of the legs 22, 22 'are rotatably attached to the 2-coordinate actuator 1 via second swivel joints 6, 6'. The first outer ends of the
Schenkel 21,21 ' sind über die ersten Drehgelenke 5,5' drehbar an einem linearen HilfsantriebLegs 21, 21 'can be rotated on a linear auxiliary drive via the first swivel joints 5,5'
10 festgelegt.10 set.
Zwischen den Scherengelenken 7,7' besteht eine feste Verbindung 23. Die beiden, auf diesemThere is a fixed connection 23 between the scissor joints 7, 7 '. The two, on this
Weg von den Schenkeln 21,21 ' und 22,22' und der festen Verbindung 23 gebildetenFormed away from the legs 21,21 'and 22,22' and the fixed connection 23
Parallelogramme bewirken, dass sich der 2-Koordinaten-Stellantrieb 1 nur parallel unterParallelograms mean that the 2-coordinate actuator 1 is only parallel under
Beibehaltung seiner Normallage bewegen und sich nicht verdrehen kann.Maintain its normal position and cannot twist.
Eine solche Querverbindung 23 kann auch dann eingesetzt werden, wenn die fixenSuch a cross connection 23 can also be used when the fixed
Bezugspunkte, in welchen die ersten Drehgelenke 5,5' liegen, nicht auf einem linearenReference points in which the first swivel joints 5,5 'are not on a linear one
Hilfsantrieb 10, sondern -so wie in Fig.4 dargestellt- unbeweglich gehalten sind.Auxiliary drive 10, but - as shown in Figure 4 - are held immovably.
Bei Verwendung einer derartigen Querverbindung 23 ist eine Verdrehung des FlächenmotorsWhen such a cross connection 23 is used, the surface motor is twisted
1 ausgeschlossen. Jedes in den Fig.5, 6 und 7 vorgesehene Drehgeber-Paar 8,9 bzw. 38,39 liefert damit dasselbe Ergebnis. Hieraus folgt, daß -abweichend von den Darstellungen der1 excluded. Each pair of rotary encoders 8, 9 and 38, 39 provided in FIGS. 5, 6 and 7 thus delivers the same result. It follows from this that - in deviation from the representations of the
Fig.5, 6 und 7- nicht mehr vier Drehgeber 8,9,38,39 vorgesehen sein müssen, sondern nur noch ein Paar dieser Drehgeber 8,9 oder 38,39, also pro Parallelogramm jeweils nur einFig. 5, 6 and 7- no more four encoders 8,9,38,39 must be provided, but only a pair of these encoders 8,9 or 38,39, that is, only one for each parallelogram
Drehgeber.Encoder.
Durch Auswertung der von diesen beiden Drehgebem 8,9 bzw. 38,39 erfaßten Winkel kann - so wie bei der Ausführungsform gemäß Fig.l- die Position des 2-Koordinaten-StellantriebesBy evaluating the angles detected by these two rotary encoders 8, 9 and 38, 39, the position of the 2-coordinate actuator can be - as in the embodiment according to FIG
1 eindeutig bestimmt werden.1 can be clearly determined.
In Fig. 7 ist eine Ausführung gezeigt, bei welcher die Schenkel 21,21 ' und 22,22' nicht über jeweils ein Scherengelenk 7,7' sondern jeweils über zwei Scherengelenke 27,27' und 28,28' drehbar miteinander verbunden sind. Alle vier Scherengelenke 27,27' und 28,28' sind fest miteinander verbunden, was dadurch eneicht wird, daß diese vier Scherengelenke 27,27' und 28,28' auf einer gemeinsamen Trägerplatte 23 fixiert sind.FIG. 7 shows an embodiment in which the legs 21, 21 'and 22.22' are not rotatably connected to one another via a pair of scissors joints 7, 7 ', but in each case via two scissor joints 27, 27' and 28.28 '. All four scissor joints 27, 27 'and 28, 28' are firmly connected to one another, which is achieved in that these four scissor joints 27, 27 'and 28, 28' are fixed on a common support plate 23.
Die Drehgelenke 5,5', 6,6' und ihre korrespondierenden Scherengelenke 27,27' und 28,28' sind schräg versetzt zueinander angeordnet. Die Drehgelenke 5,5' und 6,6' liegen dabei jeweils auf einer Linie, die nicht parallel zur Normallage, sondern einen spitzen Winkel mit dieser Normallage des Flächenmotors 1 einschließend verlaufen.The rotary joints 5,5 ', 6,6' and their corresponding scissor joints 27,27 'and 28,28' are arranged at an angle to each other. The swivel joints 5,5 'and 6,6' each lie on a line which does not run parallel to the normal position, but rather includes an acute angle with this normal position of the surface motor 1.
Hieraus ergibt sich, daß auch jene Linien, auf weichen die Scherengelenke 27,27' und 28,28' liegen, nicht parallel sondern einen spitzen Winkel miteinander einschließend verlaufen. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass sich die Motoren 1 und 10 beliebig nahe kommen können, dass also die Statorfläche 2 so weit wie möglich als Verfahrfläche ausgenutzt wird. Abweichend von der in Fig.7 dargestellten Ausführungsform können die Linien, auf weichen die Drehgelenke 5,5' und 6,6' sowie die Scherengelenke 27,27' und 28,28' liegen, auch parallel zur Normallage des Flächenmotors 1 verlaufen.It follows from this that even those lines on which the scissor joints 27, 27 'and 28, 28' lie do not run parallel but include an acute angle with one another. This configuration has the advantage that the motors 1 and 10 can come as close as desired, that is to say the stator surface 2 is used as far as possible as a travel surface. In a departure from the embodiment shown in FIG. 7, the lines on which the swivel joints 5,5 'and 6,6' and the scissor joints 27,27 'and 28,28' lie can also run parallel to the normal position of the surface motor 1.
Der eben erörterte Aufbau der beiden Arme 3,4 kann auch dann eingesetzt werden, wenn die Position des Stellantriebes 1 nicht bestimmt werden braucht, d.h. in Anwendungen, wo ausschließlich eine Zwangsführung des Stellantriebes 1 erreicht und eine Verdrehung des Stellantriebes 1 verhindert werden soll.The construction of the two arms 3, 4 just discussed can also be used when the position of the actuator 1 does not need to be determined, i.e. in applications where only a positive guidance of the actuator 1 is achieved and a rotation of the actuator 1 is to be prevented.
Eine solche Zwangsführung entspricht konstruktiv weitgehend den Ausführungsformen der Fig.6 oder 7, es sind lediglich die Drehgeber 8,9 bzw. 38,39 (bzw. auch die Auswerteeinheit, welche aus den Drehgeber-Daten die Position des Stellantriebes 1 enechnet) weggelassen.In terms of design, such a positive guidance largely corresponds to the embodiments in FIG. 6 or 7; only the rotary encoders 8, 9 or 38, 39 (or the evaluation unit, which calculates the position of the actuator 1 from the rotary encoder data) are omitted.
Fig.8 zeigt eine typische Überkopf-Anwendung mit einem seitlich genuteten Stator, wie sie besonders für die Laserbearbeitung vorteilhaft ist. Der Antrieb 10 ist ein luftgelagerter, winkelförmiger Linearmotor 10, der sowohl das gekreuzte Polsystem der Lauffläche des Stators 2, als auch das lineare Polsystem der Seitenfläche des Stators 2 verwendet. Die Position des Linearmotors 10 entlang seiner Bewegungsrichtung wird durch das Linearmessystem 25,26 gemessen. Die beiden Arme 3, und 4 verbinden die Motoren 1 und 10, und die Drehgeber 8 und 9 sind in die Drehgelenke der Antriebe 1 und 10 integriert. Da der Antrieb 10 als Linearmotor ausgeführt wird, vereinfacht sich die Anordnung durch den Wegfall einer eigenen Führung und eines eigenen Motorantriebes.Fig. 8 shows a typical overhead application with a laterally grooved stator, as is particularly advantageous for laser processing. The drive 10 is an air-bearing, angular linear motor 10 which uses both the crossed pole system of the running surface of the stator 2 and the linear pole system of the side surface of the stator 2. The position of the linear motor 10 along its direction of movement is measured by the linear measuring system 25, 26. The two arms 3 and 4 connect the motors 1 and 10, and the rotary encoders 8 and 9 are integrated in the rotary joints of the drives 1 and 10. Since the drive 10 is designed as a linear motor, the arrangement is simplified by the omission of a separate guide and a separate motor drive.
Bei der Werkstückbearbeitung mit einem Laserstrahl 40 wird der zu seiner Erzeugung notwendige Laser-Generator sehr häufig nicht direkt am Flächenmotor 1 angeordnet. Der Laser-Generator sitzt vielmehr außerhalb der Lauffläche 2, womit er baulich größer ausgeführt werden kann und somit einen Laserstrahl 40 mit höherem Energiegehalt erzeugen kann. Der Laserstrahl 40 wird über melirere Spiegel dem Flächenmotor 1 bzw. einer auf diesem angeordneten Fokussiereinrichtung 41 zugeleitet.When machining workpieces with a laser beam 40, the laser generator required for its generation is very often not arranged directly on the surface motor 1. Rather, the laser generator is located outside of the running surface 2, with which it can be made structurally larger and thus can generate a laser beam 40 with a higher energy content. The laser beam 40 is fed to the surface motor 1 or a focusing device 41 arranged thereon via a mirror.
Ein derartiges System ist in Fig.9 im Schrägriß dargestellt. Auf dem Hilfsantrieb 10 ist ein für sich bekannter Spiegelgelenkarm angebracht, der zwei gelenkig miteinander verbundene Rohre 3a,4a umfaßt. Am eingangsseitigen Ende des Rohres 3a, am ausgangsseitigen Ende des Rohres 4a sowie im diese beiden Rohre 3a,4a miteinander verbindenden Gelenkbereich sind jeweils Spiegeln 44,45; 44a,45a; 44b,44c,45b angebracht, über welche der Laserstrahl 40 der Fokussiereinrichtung 41 zugeleitet wird.Such a system is shown in an oblique view in FIG. Mounted on the auxiliary drive 10 is a mirror-articulated arm known per se, which comprises two pipes 3a, 4a which are connected to one another in an articulated manner. At the entrance end of the tube 3a, at the exit end of the tube 4a and in the joint area connecting these two tubes 3a, 4a, mirrors 44, 45; 44a, 45a; 44b, 44c, 45b, via which the laser beam 40 is fed to the focusing device 41.
Das erste Ende des ersten Rohres 3a ist über ein erstes Drehgelenk 5 drehbar mit dem Hilfsmotor 10 verbunden, genauso wie das zweite Ende des zweiten Rohres 4a über ein Drehgelenk 6 drehbar mit dem Flächenmotor 1 verbunden ist. Die beiden Rohre 3a,4a sind über ein Scherengelenk 7 drehbar miteinander verbunden. Ein solcher Spiegelgelenkarm kann zur Realisierung der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, indem in zumindest zwei der drei Dreh- bzw. Scherengelenke Drehgeber 8,9 angebracht werden. Die Arme 3 und 4 der erfindungsgemäßen Meßmaschine werden hier also durch die Rohre 3a,4a des Spiegelgelenkarmes gebildet.The first end of the first pipe 3a is rotatably connected to the auxiliary motor 10 via a first swivel joint 5, just as the second end of the second pipe 4a is rotatably connected to the surface motor 1 via a swivel joint 6. The two tubes 3a, 4a are rotatably connected to one another via a scissor joint 7. Such a mirror articulated arm can be used to implement the present invention by installing rotary encoders 8, 9 in at least two of the three rotary or scissor joints. The arms 3 and 4 of the measuring machine according to the invention are here formed by the tubes 3a, 4a of the mirror articulated arm.
Am Flächenmotor 1 sitzt sehr häufig ein Werkzeug, wie z.B. Bohrer, Fräser, Laserstrahl- Austrittsöffhung od. dgl., mit welchem ein Werkstück bearbeitet wird. Da in das Werkstück einzuarbeitende Konturen sehr häufig nicht nur parallel zur Lauffläche 2 verlaufen, sondern sich auch normal zu dieser Lauffläche 2 erstrecken, ist es notwendig, das am Flächenmotor 1 sitzende Werkzeug normal zur Lauffläche 2 zu verfahren. Am Flächenmotor 1 sind dazu Antriebe angeordnet, mittels welcher das Werkzeug entsprechend verfahren werden kann. Im Ausführungsbeispiel der Fig.9-1 1 ist dieser Antrieb durch einen Linearantrieb 46 gebildet, auf dessen normal zur Lauffläche 2 verschiebbarem Schlitten 46a das Werkzeug montiert ist. Dies ist aber bloß beispielhaft zu verstehen, die Erfindung ist nicht auf solche Linearantriebe 46 beschränkt. Insbesondere muß der Schlitten 46a nicht exakt normal zur Lauffläche 2 des Stators verschiebbar sein, auch Antriebe, die ihren Schlitten 46a schräg gegenüber der Lauffläche 2 verschieben, sind denkbar.A tool, such as e.g. Drills, milling cutters, laser beam exit openings or the like, with which a workpiece is machined. Since contours to be machined into the workpiece very often not only run parallel to the running surface 2, but also extend normally to this running surface 2, it is necessary to move the tool sitting on the surface motor 1 normally to the running surface 2. For this purpose, drives are arranged on the flat motor 1, by means of which the tool can be moved accordingly. In the exemplary embodiment in FIGS. 9-1 1, this drive is formed by a linear drive 46, on the slide 46a of which can be moved normally to the running surface 2, the tool is mounted. However, this is only to be understood as an example; the invention is not restricted to such linear drives 46. In particular, the slide 46a does not have to be displaceable exactly normal to the tread 2 of the stator, and drives which move their slide 46a obliquely relative to the tread 2 are also conceivable.
Derartige Antriebe, insbesondere Linearantriebe 46, lassen sich -vor allem für mechanische Bearbeitungen, wie Bohren und Fräsen- so ausgestalten bzw. am Flächenmotor 1 festlegen, daß Verschiebungen dieses Linearantriebes 46 keine Rückwirkung auf die Position des Flächenmotors 1 haben bzw. zu keinerlei Verschwenkungen der Rohre 3a,4a führen. Dies wird einfach dadurch erreicht, daß das Rohr 4a nicht mit dem Schlitten 46a, sondern direkt am Flächenmotor 1 festgelegt wird.Such drives, in particular linear drives 46, can be designed, in particular for mechanical processing such as drilling and milling, or can be defined on the flat motor 1 in such a way that displacements of this linear drive 46 have no effect on the position of the flat motor 1 or cause no swiveling of the Guide pipes 3a, 4a. This is achieved simply in that the tube 4a is not fixed with the slide 46a, but directly on the surface motor 1.
Auch wenn das Bearbeitungswerkzeug ein außerhalb des Flächenmotors 1 erzeugter Laserstrahl 40 ist, der über einen Spiegelgelenkann der am Flächenmotor 1 sitzenden Fokussiereinrichtung 41 zugeleitet wird, könnte das ausgangsseitige Ende des Rohres 4a nur parallel zur Lauffläche 2 verschwenkbar gelagert werden, normal zur Lauffläche 2 verlaufende Verschwenkungen des Rohres 4a jedoch verhindert sein.Even if the machining tool is a laser beam 40 generated outside of the surface motor 1, which is fed via a mirror joint to the focusing device 41 seated on the surface motor 1, the end of the tube 4a on the output side could only be pivoted parallel to the tread 2, pivots running normally to the tread 2 of the tube 4a, however, be prevented.
Die am ausgangsseitigen Ende des Rohres 4a liegenden Spiegel 44a,45a können dabei so ausgerichtet werden, daß der Laserstrahl 40 normal zur Lauffläche 2 verlaufend aus dem Spiegelgelenkarm austritt.The mirrors 44a, 45a located at the end of the tube 4a on the output side can be oriented such that the laser beam 40 emerges from the mirror articulated arm running normal to the running surface 2.
Wird die Fokussiereinrichtung 41 fluchtend über der Laserstrahl-Austrittsöffnung angeordnet, verändert sich bei Verschiebungen der Fokussiereinrichtung 41 nonnal zur Lauffläche 2 der Abstand zwischen der am Spiegelgelenkarm liegenden Laser- Austrittsöffhung und der Eintrittsöffnung an der Fokussiereinrichtung 41. Der Laserstrahl 40 wird dabei aber trotzdem der Fokussiereinrichtung 41 zugeleitet, unabhängig von ilirem aktuellen Abstand gegenüber der Lauffläche 2. Verschiebungen der Fokussiereinrichtung 41 durch Verschieben des Schlittens 46a in Richtung normal zur Lauffläche 2 wirken sich dabei nicht auf die Position des Flächenmotors 1 aus bzw. führen zu keinerlei Verschwenkungen der Rohre 3a,4a. Bei der in den Fig.9-11 dargestellt n Ausführungsform ist hingegen vorgesehen, daß das ausgangsseitige Ende des Rohres 4a nicht unmittelbar mit dem Flächenmotor 1 , sondern mit der Fokussiereinrichtung 41 verbunden ist, welche mittels des Linearantriebes 46 normal zur Lauffläche 2 verschoben werden kann. Um derartige Verschiebungen zu ermöglichen, muß sowohl zwischen den beiden Rohren 3a,4a als auch zwischen dem ausgangsseitigen Ende des Rohres 4a und der Fokussiereinrichtung 41 jeweils ein Doppelgelenk 7,70 bzw. 6,60 vorgesehen sein (vgl. deren schematische Darstellung in Fig.l 1).If the focusing device 41 is arranged in alignment over the laser beam exit opening, the distance between the laser exit opening located on the mirror joint arm and the entry opening on the focusing device 41 changes non-normally to the tread 2 when the focusing device 41 moves. However, the laser beam 40 nevertheless becomes the focusing device 41 supplied, regardless of the current distance from the running surface 2. Movements of the focusing device 41 by moving the slide 46a in the direction normal to the running surface 2 do not affect the position of the surface motor 1 or lead to any pivoting of the tubes 3a, 4a , In the n embodiment shown in FIGS. 9-11, on the other hand, it is provided that the output-side end of the tube 4a is not connected directly to the surface motor 1, but to the focusing device 41, which can be moved normally to the running surface 2 by means of the linear drive 46 , In order to enable such displacements, a double joint 7.70 and 6.60 must be provided both between the two tubes 3a, 4a and between the outlet end of the tube 4a and the focusing device 41 (cf. their schematic representation in Fig. l 1).
Die ersten Gelenke 7,6 (die auch bei bislang beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Meßmaschine vorhanden sind) erlauben dabei ein Verschwenken der Rohre 3a,4a parallel zur Lauffläche 2.The first joints 7, 6 (which are also present in the previously described embodiments of the measuring machine according to the invention) allow the pipes 3 a, 4 a to be pivoted parallel to the running surface 2.
Die zweiten Gelenke 70,60 der Doppel-Gelenke 7,70;6,60 erlauben in Fig.10 mit dem Pfeil 47 angedeutete Verschwenkungen des Rohres 4a normal zur Lauffläche 2, welche Verschwenkungen sich beim Verfahren des Linearantriebes 46 ergeben. Damit ein Verfahren des Schlittens 46a des Linearantriebes 46 tatsächlich zur Gänze in eine Verschiebung der Fokussiereinrichtung 41 umgesetzt wird und nicht zu einer Verschwenkung des Doppel-Gelenkes 7,70 normal zur Lauffläche 2 führt, ist im Bereich des die beiden Rohre 3a,4a miteinander verbindenden Doppel-Gelenkes 7,70 eine Halterung vorgesehen, welche den Abstand dieses Doppel-Gelenkes 7,70 von der Lauffläche 2 konstant hält.The second articulations 70, 60 of the double articulations 7, 70; 6, 60 allow the pipe 4a to be pivoted, as indicated by the arrow 47 in FIG. 10, normal to the running surface 2, which pivoting results when the linear drive 46 is moved. So that a movement of the slide 46a of the linear drive 46 is actually implemented entirely in a displacement of the focusing device 41 and does not lead to a pivoting of the double joint 7.70 normal to the running surface 2, is in the area of the two tubes 3a, 4a connecting one another Double joint 7.70 a holder is provided which keeps the distance of this double joint 7.70 from the tread 2 constant.
Im Ausführungsbeispiel der Fig.9-11 ist diese Halterung durch eine mit dem Doppel-Gelenk 7,70 verbundene magnetische Scheibe 48 gebildet, welche vom Magnetfeld der Lauffläche 2 gehalten wird. Zwischen der Laufflächen-Oberfläche und der Scheibe 48 befindet sich ein Luftfilm, auf welchem die Scheibe 48 gleitet. Die Scheibe 48 ist nicht gesondert angetrieben, sondern wird bei Bewegungen des Flächenmotors 1 von den Rohren 3a,4a mitgezogen. Damit die Scheibe 48 selbst dann in der Ebene der Lauffläche 2 gehalten wird, wenn der Flächenmotor 1 so knapp an die Berandung der Lauffläche 2 herangefahren wird, daß die Scheibe 48 bereits außerhalb der Lauffläche 2 zu liegen kommt, ist an die Lauffläche 2 eine Platte 49 aus magnetisierbarem Material, beispielsweise eine Eisenplatte, angebaut (vgl. Fig.9).In the exemplary embodiment in FIGS. 9-11, this holder is formed by a magnetic disk 48 which is connected to the double joint 7.70 and is held by the magnetic field of the running surface 2. There is an air film between the tread surface and the disk 48, on which the disk 48 slides. The disc 48 is not driven separately, but is pulled by the tubes 3a, 4a when the surface motor 1 moves. So that the disc 48 is held even in the plane of the tread 2 when the surface motor 1 is moved so close to the edge of the tread 2 that the disc 48 already comes to lie outside the tread 2, a plate is on the tread 2 49 made of magnetizable material, for example an iron plate (see Fig. 9).
Die Halterung kann konstruktiv beliebig und anders als durch eine magnetische Scheibe 48 realisiert sein. Wenn die Lauffläche 2 unter dem Spiegelgelenkarm liegt (die Anordnung der Fig.9-11 ist also um 180° verdreht angeordnet), wird die Halterung durch die Gewichtskraft des Spiegelgelenkarmes gegen die Lauffläche 2 gedrückt und kann dabei durch einen unmagnetischen Gleitschuh gebildet sein.The holder can be of any design and other than a magnetic disk 48. If the tread 2 lies under the mirror articulated arm (the arrangement of FIGS. 9-11 is rotated by 180 °), the holder is pressed against the tread 2 by the weight of the mirror articulated arm and can be formed by a non-magnetic slide shoe.
Wenn das Drehgelenk 5 so stark ausgeführt wird, daß es normal zur Lauffläche 2 verlaufende Verschwenkungen des Rohres 3a zuverlässig verhindert, kann die Halterung des Doppel- Scherengelenkes 7,70 überhaupt weggelassen werden. Ein Verfahren des Linearantriebes 46 hat -wie bereits dargestellt- eine Verschwenkung des Rohres 4a normal zur Lauffläche 2 zur Folge. Aufgrund der gegebenen, nicht veränderbaren Länge des Rohres 4a und der Tatsache, daß sowohl der Flächenmotor 1 als auch der Hilfsmotor 10 in ihren Positionen gehalten werden, kommt es durch diese Verschwenkungen zu parallel zur Laufflächen-Ebene verlaufenden Verschiebungen des Doppel-Gelenkes 7,70, damit zu parallel zur Laufflächen-Ebene verlaufenden Verschwenkungen der Rohre 3a,4a und letztlich zu Veränderungen der Winkel 14 (α) und 15 (ß) sowie des Winkels 51 zwischen dem Rohr 4a und der Ebene der Lauffläche 2.If the swivel joint 5 is made so strong that it reliably prevents pivoting of the tube 3a normal to the running surface 2, the mounting of the double scissor joint 7.70 can be omitted at all. A movement of the linear drive 46, as already shown, results in a pivoting of the tube 4a normal to the running surface 2. Due to the given, unchangeable length of the tube 4a and the fact that both the surface motor 1 and the auxiliary motor 10 are held in their positions, these pivotings result in displacements of the double joint 7.70 running parallel to the tread plane , so that the pipes 3a, 4a swivel parallel to the tread plane and ultimately to changes in the angles 14 (α) and 15 (ß) and the angle 51 between the pipe 4a and the plane of the tread 2.
Ein Positionsmesssystem, das lediglich mit Drehgebern 8,9 ausgestattet ist, die in den Drehgelenken 5,6,7 zwecks Erfassung der Winkel 14 (α) und 15 (ß) angebracht sind, kann somit die Position des Flächenmotors 1 nicht mehr richtig erfassen.A position measuring system, which is only equipped with rotary encoders 8, 9, which are mounted in the rotary joints 5, 6, 7 for the purpose of detecting the angles 14 (α) and 15 (β), can therefore no longer correctly detect the position of the surface motor 1.
Es ist deshalb ein zusätzlicher Drehgeber 50 vorgesehen, mit welchem der zwischen dem Rohr 4a und der Laufflächen-Ebene 2 eingeschlossene Winkel 51 erfaßt wird. Dieser Winkel 51 ist unverzerrt in Fig.10 zu erkennen. Die Rohre 3a,4a sind hier in der in Fig.13 dargestellten Weise gestreckt, d.h. in ein und dieselbe Richtung orientiert, dargestellt. Werden alle drei Winkel 14 (α) und 15 (ß) sowie 51 berücksichtigt, läßt sich die Position des Flächenmotors 1 trotz Verschiebungen des Schlittens 46a eindeutig bestimmen. Der den Winkel 51 erfassende Drehgeber 50 kann wahlweise im zweiten Gelenk 60 des an der Fokussiereinrichtung 41 angebrachten Doppel-Drehgelenkes 6,60 oder im zweiten Gelenk 70 des zwischen den beiden Rohren 3a,4a liegenden Doppel-Scherengelenkes 7,70 angeordnet sein. Denkbar wäre es, in jedem dieser zweiten Gelenke 60,70 einen Drehgeber 50 vorzusehen, diese würden aber übereinstimmende Ergebnisse liefern. Die von den Drehgebem 8,9 und 50 erfaßten Winkelwerte werden wieder einer Auswerteeinheit übermittelt, welche aus diesen Winkelwerten und den bekannten Längen der Rohre 3a,4a die Positionskoordinaten X6N6 des zweiten Drehgelenkes 6 bezogen auf das Koordinatensystem der Lauffläche 2 berechnet.An additional rotary encoder 50 is therefore provided, with which the angle 51 enclosed between the tube 4a and the tread plane 2 is detected. This angle 51 can be seen undistorted in FIG. 10. The tubes 3a, 4a are stretched here in the manner shown in Fig. 13, i.e. oriented in one and the same direction. If all three angles 14 (α) and 15 (β) and 51 are taken into account, the position of the surface motor 1 can be clearly determined despite displacements of the slide 46a. The rotary encoder 50, which detects the angle 51, can optionally be arranged in the second joint 60 of the double rotary joint 6, 60 attached to the focusing device 41 or in the second joint 70 of the double scissor joint 7, 70 located between the two tubes 3a, 4a. It would be conceivable to provide a rotary encoder 50 in each of these second joints 60, 70, but these would deliver matching results. The angle values detected by the rotary encoders 8, 9 and 50 are again transmitted to an evaluation unit, which calculates the position coordinates X6N6 of the second rotary joint 6 based on the coordinate system of the tread 2 from these angle values and the known lengths of the tubes 3a, 4a.
Der Bezugspunkt, in welchem das erste Drehgelenk 5 liegt, ist bei der Ausführungsfoπn der Fig.9-1 1 auf einem Hilfsantrieb 10 montiert, der parallel und synchron mit einer der zwei Achsrichtungen bewegt wird. Analog zur Ausführungsform der Fig.3 muß bei der Berechnung der Flächenmotor-Position hier die aktuelle Position des Hilfsantriebes 10 berücksichtigt werden, welche so wie bei Fig.3 durch ein Lineannessystem gemessen wird. Dieser Hilfsantrieb 10 ist bei Verwendung eines Spiegelgelenkarmes nicht zwingend vorzusehen, vielmehr ist es auch hier -analog zu Fig. l - möglich, das erste Drehgelenk 5 unbeweglich gegenüber der Lauffläche 2 zu halten.The reference point at which the first swivel joint 5 lies is mounted in the embodiment of FIGS. 9-1 1 on an auxiliary drive 10 which is moved in parallel and synchronously with one of the two axial directions. Analogously to the embodiment of FIG. 3, the current position of the auxiliary drive 10 must be taken into account here when calculating the surface-area motor position, which is measured by a linear system as in FIG. 3. This auxiliary drive 10 is not mandatory to be provided when using a mirror joint arm, rather it is also possible here — analogously to FIG. 1 — to keep the first swivel joint 5 immovable relative to the running surface 2.
Desweiteren können -analog zu Fig.3- in allen drei Dreh- bzw. Scherengelenken 5,6 und 7, welche Verschwenkungen der Rohre 3a,4a parallel zur Lauffläche 2 erlauben, Drehgeber 8,9,24 vorgesehen sein, um die Position des Flächenmotors 1 auch dann feststellen zu können, wenn sich dieser gegenüber seiner Νormallage verdrehen kann. In Fig.9 und 10 ist der Übersicht halber die Fokussiereinrichtung 41 unbeweglich am Schlitten 46a des Flächenmotors 1 festgelegt. Dies ist aber nicht zwingend notwendig, vielmehr kann die Fokussiereinrichtung 41 beliebig schwenkbar am Schlitten 46a gelagert sein und ihr der Laserstrahl 40 vom am Schlitten 46a festgelegten ausgangsseitigen Ende des Spiegelgelenkarmes über ein weiteres Spiegelsystem, beispielsweise über einen weiteren Spiegelgelenkarm, zugeleitet werden. Die Fokussiereinrichtung 41 kann damit gegenüber dem Schlitten 46a beliebig bewegt werden, ohne daß diese Bewegungen die Position des Flächenmotors 1 verändern.Furthermore, analogously to FIG. 3, rotary encoders 8, 9, 24 can be provided in all three rotary or scissor joints 5, 6 and 7, which allow pivoting of the tubes 3a, 4a parallel to the running surface 2, to determine the position of the surface motor 1 can also be determined if it can twist relative to its normal position. 9 and 10, for the sake of clarity, the focusing device 41 is fixed immovably on the slide 46a of the surface motor 1. However, this is not absolutely necessary. Rather, the focusing device 41 can be pivoted on the slide 46a as desired and the laser beam 40 can be fed to it from the output-side end of the mirror joint arm fixed on the slide 46a via a further mirror system, for example via a further mirror joint arm. The focusing device 41 can thus be moved as desired relative to the slide 46a without these movements changing the position of the surface motor 1.
Die in den Fig.9-11 dargestellte Ausführungsform der Erfindung wird vornehmlich bei Spiegelgelenkarmen eingesetzt, weshalb zu ihrer Erläuterung auch auf einen solchen Spiegelgelenkarm Bezug genommen wurde. Dies ist aber nicht einschränkend zu verstehen, es können vielmehr bei beliebig ausgestalteten Armen 3,4 bzw. beliebigen auf dem Flächenmotor 1 angebrachten Bearbeitungswerkzeugen Doppelgelenke 7,70;6,60 vorgesehen und der zweite Arm 4 am Schlitten 46a eines am Flächenmotor 1 liegenden Linearantriebes 46 befestigt werden.The embodiment of the invention shown in FIGS. 9-11 is mainly used for mirror articulated arms, which is why reference was made to such a mirror articulated arm for the purpose of their explanation. However, this is not to be understood as restrictive; rather, with articulated arms 3, 4 or any machining tools attached to surface motor 1, double joints 7.70, 6.60 can be provided, and second arm 4 on slide 46a of a linear drive located on surface motor 1 46 are attached.
In Fig.9 und 10 verläuft die Verschieberichtung des Linearantriebes 46 stets exakt 90° zur Laufflächen-Ebene, welche Ausrichtung aber nicht zwingend notwendig ist. Die Verschieberichtung kann vielmehr einen beliebigen Winkel zur Lauffläche 2 einschließen. Die Verschiebebewegung des Schlittens 46a hat bei solchen, von 90° zur Laufflächen-Ebene verschiedenen Winkeln neben einer normal zur Laufflächen-Ebene verlaufenden auch eine parallel zu dieser verlaufende Bewegungskomponente. Wird der bekannte, zwischen der Laufflächen-Ebene und der Verschieberichtung eingeschlossene Winkel bei der Berechnung der Position des Flächenmotors 1 berücksichtigt, kann auch bei derartigen, von 90° zur Lauffläche verschiedenen Verschieberichtungen die Flächenmotor-Position richtig berechnet werden.In FIGS. 9 and 10, the direction of displacement of the linear drive 46 always runs exactly 90 ° to the tread plane, which alignment is, however, not absolutely necessary. Rather, the direction of displacement can include any angle to the tread 2. At such angles, which differ from 90 ° to the tread plane, the displacement movement of the slide 46a also has a movement component running parallel to the tread plane and parallel to it. If the known angle, which is included between the tread plane and the direction of displacement, is taken into account when calculating the position of the surface motor 1, the surface motor position can also be correctly calculated with such displacement directions that differ from 90 ° to the tread.
Wenn im Rahmen dieser Anmeldung also von einem Schlitten 46a gesprochen wird, der normal zur Lauffläche 2 verschoben wird, so ist darunter zu verstehen, daß die vom Schlitten 46a ausgeführte Bewegung eine normal zur Laufflächen-Ebene verlaufende Komponente aufweist. Nicht wesentlich ist dabei, ob die Schlitten-Bewegung ausschließlich eine solche Komponente oder zusätzlich auch noch eine parallel zur Laufflächen-Ebene verlaufende Komponente hat.If, in the context of this application, one speaks of a slide 46a which is shifted normally to the tread 2, this means that the movement carried out by the slide 46a has a component which runs normally to the tread plane. It is not important whether the carriage movement has only such a component or additionally also a component running parallel to the tread plane.
Wie oben bereits festgehalten, ist es nicht zwingend notwendig, einen Linearantrieb 46 am Flächenmotor 1 anzuordnen, zur Werkzeug-Bewegung kann vielmehr ein beliebig ausgeführter Antrieb eingesetzt werden. Unter der Bezeichnung „Schlitten 46a" ist daher im Rahmen dieser Anmeldung nicht ausschließlich ein Schlitten 46a eines Linearantriebes 46, sondern der bewegliche Teil eines beliebigen Antriebes zu verstehen. Analog zu den Fig.4,5 kann ein zweites scherenförmiges Gelenk vorgesehen sein, das baugleich mit dem ersten Gelenk ausgeführt ist, also ebenfalls zwei Arme umfaßt, die über ein Doppel-Scherengelenk drehbar miteinander verbunden sind und das über ein Doppel- Drehgelenk mit dem Schlitten 46a des am Flächenmotor 1 angeordneten Linearantriebes 46 verbunden ist.As already stated above, it is not absolutely necessary to arrange a linear drive 46 on the flat motor 1, rather a drive of any design can be used for the tool movement. In the context of this application, the term “slide 46a” is therefore not to be understood solely as a slide 46a of a linear drive 46, but rather the movable part of any drive. Analogous to FIGS. 4, 5, a second scissor-shaped joint can be provided, which is constructed identically to the first joint, that is to say also comprises two arms that are rotatably connected to one another via a double scissor joint and that via a double swivel joint to the Carriage 46a of the linear drive 46 arranged on the flat motor 1 is connected.
Dieses zweite scherenformige Gelenk weist so wie das erste in zwei seiner drei Drehgelenke 5,6,7, die Verschwenkungen der Arme 3,4 parallel zur Lauffläche 2 erlauben, Drehgeber 8 und 9 auf. Weiters ist auch in zumindest einem der zweiten Gelenke 70,60 der Doppel- Scheren- bzw. -Drehgelenke 7,70;6,60 ein Drehgeber 50 vorgesehen.This second scissor-shaped joint, like the first one, has rotary encoders 8 and 9 in two of its three rotary joints 5, 6, 7, which allow pivoting of the arms 3, 4 parallel to the running surface 2. Furthermore, a rotary encoder 50 is also provided in at least one of the second joints 70, 60 of the double scissor or rotary joints 7.70, 6.60.
Die beiden scherenförmigen Gelenke sind wie in den Fig.3,4 versetzt zueinander angeordnet. Mit diesen beiden Gelenken können die Positionen zweiter voneinander beanstandeter Punkte am Flächenmotor 1 vermessen werden, womit der Verdrehwinkel 16 des Flächenmotors 1 bezogen auf die Normallage bestimmt werden kann.The two scissor-shaped joints are arranged offset from one another as in FIGS. With these two joints, the positions of two mutually objectionable points on the surface motor 1 can be measured, with which the angle of rotation 16 of the surface motor 1 can be determined in relation to the normal position.
Analog zu den Fig.6, 7 kann auch bei einer eben erörterten Anlage, bei welcher der zweite Arm 4a über ein Doppel-Scherengelenk 7,70 mit dem ersten Arm 3a bzw. über ein Doppel- Drehgelenk 6,60 mit dem Schlitten 46a verbunden ist, vorgesehen sein, daß der Flächenmotor 1 zwangsweise parallel gefuhrt wird.Analogously to FIGS. 6, 7, in a system just discussed, in which the second arm 4a is connected to the first arm 3a via a double scissor joint 7.70 or to the carriage 46a via a double swivel joint 6.60 is to be provided that the surface motor 1 is forcibly guided in parallel.
Wie in Fig.12 dargestellt, ist dazu jeder der beiden Arme 3a und 4a aus zwei parallelen Schenkeln 21,21 ' und 22,22' gebildet, die jeweils über Doppel-Scherengelenke 7,70; 7', 70' drehbar miteinander verbunden sind.For this purpose, as shown in FIG. 12, each of the two arms 3a and 4a is formed from two parallel legs 21, 21 'and 22.22', each of which has a double scissor joint 7.70; 7 ' , 70 ' are rotatably connected to one another.
Die zweiten äußeren Enden dieses Doppelgelenkes sind jeweils über zweite Doppel- Drehgelenke 6,60; 6 ',60' drehbar am Schlitten 46a des 2-Koordinaten-Stellantriebes 1 befestigt. Die ersten äußeren Enden sind über erste Drehgelenke 5,5' drehbar am beweglichen Hilfsantrieb 10 festgelegt. Wenn ein solcher Hilfsantrieb 10 nicht vorhanden ist, sind die ersten äußeren Enden -so wie in Fig.4- an ortsfesten Fixpunkten festgelegt. Die Doppel-Scherengelenke 7,70 der ersten Schenkel 21 ,22 sind mit den Doppel- Scherengelenken 7'70' der zweiten Schenkel 21 ',22' über eine feste Verbindung 23 verbunden. Diese feste Verbindung 23 ist dabei so ausgeführt, daß sich jedes der dort befindlichen vier Scherengelenke 7,70;7',70' ungehindert drehen kann, daß dabei aber der Abstand zwischen diesen Gelenken stets konstant gehalten wird.The second outer ends of this double joint are each via second double swivel joints 6.60; 6 ', 60' rotatably attached to the slide 46a of the 2-coordinate actuator 1. The first outer ends are rotatably attached to the movable auxiliary drive 10 via first swivel joints 5,5 ' . If such an auxiliary drive 10 is not present, the first outer ends — as in FIG. 4 — are fixed at fixed fixed points. The double scissor joints 7, 70 of the first legs 21, 22 are connected to the double scissor joints 7'70 'of the second legs 21', 22 'via a fixed connection 23. This fixed connection 23 is designed such that each of the four scissor joints 7, 70, 7 ' , 70' located there can rotate freely, but that the distance between these joints is always kept constant.
Es werden damit von den Schenkeln 21,21 ' und 22,22' zwei bewegliche Parallelogramme gebildet, die bewirken, dass sich der 2-Koordinaten-Stellantrieb 1 nur parallel unter Beibehaltung seiner Normallage bewegen und sich nicht verdrehen kann. Zur Bestimmung der Position des Flächenmotors 1 sind wieder Drehgeber 8 und 9 vorgesehen, die in zwei der ersten Dreh- bzw. Scherengelenke 5, 6 und 7; 5 ', 6 'und 7' angeordnet sind. Es könnte -analog zu den Fig.6, 7- ein weiteres Drehgeberpaar 38,39 vorgesehen sein, das aber aufgrund der Zwangsführung des Flächenmotors 1 gleiche Ergebnisse liefern muß, wie das erste Paar 8,9. Zusätzlich zu den Drehgebern 8,9 ist in zumindest einem der zweiten Gelenke 70,60; 70 ',60' der Doppel-Scheren- bzw. -Drehgelenke 7,70; 7'70'; 6,60; 6',60' ein Drehgeber 50 vorgesehen, mit dem der Verschwcnkwinkel 51 des Armes 4a gegenüber der Ebene der Lauffläche 2 erfaßt wird.The legs 21, 21 ' and 22, 22' thus form two movable parallelograms, which have the effect that the 2-coordinate actuator 1 can only move in parallel while maintaining its normal position and cannot twist. To determine the position of the surface motor 1, rotary encoders 8 and 9 are again provided, which are located in two of the first rotary or scissor joints 5, 6 and 7; 5 ', 6' and 7 'are arranged. Analogous to FIGS. 6, 7, a further pair of rotary encoders 38, 39 could be provided, but due to the positive guidance of the surface motor 1, it must deliver the same results as the first pair 8, 9. In addition to the rotary encoders 8, 9, at least one of the second joints 70, 60; 70 ', 60' of the double scissor or rotary joints 7.70; 7'70 ';6.60; 6 ', 60', a rotary encoder 50 is provided with which the swivel angle 51 of the arm 4a relative to the plane of the running surface 2 is detected.
Der eben erörterte Aufbau der beiden Arme 3a,4a kann auch dann eingesetzt werden, wenn die Position des Flächenmotors 1 nicht bestimmt werden braucht, d.h. in Anwendungen, wo ausschließlich eine Zwangsführung des Flächenmotors 1 erreicht und eine Verdrehung des Flächenmotors 1 verhindert werden soll.The construction of the two arms 3a, 4a just discussed can also be used if the position of the surface motor 1 does not need to be determined, i.e. in applications where only a positive guidance of the surface motor 1 is achieved and a rotation of the surface motor 1 is to be prevented.
Eine solche Zwangsführung entspricht konstruktiv weitgehend den Ausführungsformen der Fig.12, es sind lediglich die Drehgeber 8,9 bzw. 38,39 und 50 (bzw. auch die Auswerteeinheit, welche aus den Drehgeber-Daten die Position des Flächenmotors 1 errechnet) weggelassen.In terms of design, such a positive guidance largely corresponds to the embodiments in FIG. 12; only the rotary encoders 8, 9, 38, 39 and 50 (or the evaluation unit, which calculates the position of the surface motor 1 from the rotary encoder data) are omitted.
Patentansprüche: claims:

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E PATENT CLAIMS
1. Positionsmesssystem für einen 2-Koordinaten-Stellantrieb (1) der sich innerhalb der Lauffläche (2) eines Stators entsprechend den Befehlen einer Steuerung im wesentlichen achsparallel bewegt, gekennzeichnet durch ein scherenförmiges Gelenk mit den über ein Scherengelenk (7) drehbar verbundenen Armen (3 und 4), deren äussere Enden einerseits über ein erstes Drehgelenk (5) drehbar in einem als Referenzpunkt dienenden Bezugspunkt und andererseits über ein zweites Drehgelenk (6) am 2-Koordinaten-Stellantrieb (1) befestigt sind, wobei in zwei der drei Drehbzw. Scherengelenke (5, 6 und 7) absolute oder inkrementale Drehgeber (8 und 9) montiert sind, welche den Winkel (14) zwischen dem Ann (3) und einer ersten, parallel zu einer der beiden Bewegungsrichtungen verlaufenden Bezugslinie und gleichzeitig den Winkel (15) zwischen dem Arm (4) und einer weiteren, parallel zur ersten Bezugslinie verlaufenden Bezugslinie direkt oder indirekt messen und die Messwerte an eine Auswerteeinheit übermittelt werden, welche daraus und aus den Längen (a und b) der Arme (3 und 4) und der relativen Lage des ersten Drehgelenkes (5) die Positionskoordinaten X6 und Y6 des zweiten Drehgelenkes (6) am 2- Koordinaten-Stellantriebes (1) bezogen auf das Koordinatensystem der Lauffläche (2) des Stators berechnet.1. Position measuring system for a 2-coordinate actuator (1) which moves within the running surface (2) of a stator in accordance with the commands of a control essentially axially parallel, characterized by a scissor-shaped joint with the arms rotatably connected via a scissor joint (7) 3 and 4), the outer ends of which are rotatably fastened on the one hand via a first swivel joint (5) to a reference point serving as a reference point and on the other hand via a second swivel joint (6) on the 2-coordinate actuator (1), with two of the three swivel or , Scissor joints (5, 6 and 7) absolute or incremental rotary encoders (8 and 9) are mounted, which encompass the angle (14) between the ann (3) and a first reference line running parallel to one of the two directions of movement and at the same time the angle (15 ) measure directly or indirectly between the arm (4) and a further reference line running parallel to the first reference line and the measured values are transmitted to an evaluation unit, which uses these and from the lengths (a and b) of the arms (3 and 4) and the relative position of the first swivel joint (5), the position coordinates X6 and Y6 of the second swivel joint (6) on the 2-coordinate actuator (1) are calculated based on the coordinate system of the running surface (2) of the stator.
2. Positionsmesssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass in allen drei Dreh- bzw. Scherengelenken (5, 6 und 7) absolute oder inkrementale Drehgeber (8, 9 und 24) montiert sind, wodurch auch der Verdrehwinkel (16 bzw. 17) zwischen einer Achse des 2-Koordinaten-Stellantriebes (1) und seiner Normallage und damit die Position des Bezugspunktes (11) des 2-Koordinaten-Stellantriebes (1) bestimmt werden kann.2. Position measuring system according to claim 1, characterized in that absolute or incremental rotary encoders (8, 9 and 24) are mounted in all three rotary or scissor joints (5, 6 and 7), whereby the angle of rotation (16 or 17) between an axis of the 2-coordinate actuator (1) and its normal position and thus the position of the reference point (11) of the 2-coordinate actuator (1) can be determined.
3. Positionsmessystem nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein zweites scherenförmiges Gelenk, bestehend aus den über ein Scherengelenk (20) drehbar miteinander verbundenen Armen (12 und 13), das zum ersten, aus den Armen (3 und 4) bestehenden Gelenk versetzt angeordnet ist, wobei jedes Gelenk mit zwei Drehgebern (8 und 9 bzw. 38 und 39) versehen ist, die in zwei beliebigen Dreh- bzw. Scherengelenken (5,6,7; 18,19,20) des jeweiligen scherenförmigen Gelenkes montiert sind, um unabhängig voneinander die Positionskoordinaten der zweiten Drehgelenke (6 und 19), bzw. zweier beliebiger Punkte, die sich in definiertem Abstand zu den zweiten Drehgelenken (6 und 19) des 2-Koordinaten-Stellantriebes (1) befinden, bzw. den Verdrehwinkel (16) des 2-Koordinaten-Stellantriebes (1) bezogen auf die Normallage zu bestimmen. 3. Position measuring system according to claim 1 or 2, characterized by a second scissor-shaped joint, consisting of the arms (12 and 13) rotatably connected to one another via a scissor joint (20), offset from the first joint consisting of the arms (3 and 4) is arranged, each joint being provided with two rotary encoders (8 and 9 or 38 and 39) which are mounted in any two rotary or scissor joints (5, 6, 7; 18, 19, 20) of the respective scissor-shaped joint to independently of one another the position coordinates of the second rotary joints (6 and 19), or any two points that are at a defined distance from the second rotary joints (6 and 19) of the 2-coordinate actuator (1), or the angle of rotation (16) of the 2-coordinate actuator (1) based on the normal position.
4. Positionsmessystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, dass der Bezugspunkt, in welchem das erste Drehgelenk (5) liegt, auf einem Hilfsantrieb (10) montiert ist, der parallel und synchron mit einer der zwei Achsrichtungen bewegt wird, und die Position des Hilfsantriebes (10) entlang seiner Bewegungsachse durch ein Linearmessystem (25, 26) gemessen wird, sodass sich die Positionswerte des 2- Koordinaten-Stellantriebes (1) in den beiden Achsrichtungen wie beschrieben aus den Drehwinkeln der Arme (3 und 4) bestimmen lassen, und in der Achsrichtung des Hilfsantriebes (10) dessen Positionswert, gemessen durch das Linearmessystem (25, 26), addiert werden muss.4. Position measuring system according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the reference point, in which the first swivel joint (5) lies, is mounted on an auxiliary drive (10) which is moved in parallel and synchronously with one of the two axial directions, and the position of the auxiliary drive (10) along its movement axis is measured by a linear measuring system (25, 26), so that the position values of the 2-coordinate actuator (1) in the two axis directions are as described from the angles of rotation of the arms (3 and 4) have determined, and in the axial direction of the auxiliary drive (10) whose position value, measured by the linear measuring system (25, 26), must be added.
5. Positionsmessystem nach Anspruch 1, 2 oder 4, gekennzeichnet dadurch dass jeder der beiden Arme aus zwei parallelen Schenkeln (21,21' und 22,22') besteht, die über Scherengelenke (7,7' bzw. 27,27' und 28,28') drehbar miteinander verbunden sind und deren zweite äußere Enden über zweite Drehgelenke (6,6') drehbar an dem 2- Koordinaten-Stellantrieb (1) und deren erste äußere Enden über erste Drehgelenke (5,5') drehbar an einem beweglichen Hilfsantrieb (10) oder an ortsfesten Fixpunkten festgelegt sind, wobei zwischen den Scherengelenken (7,7' bzw. 27,27' und 28,28') eine feste Verbindung (23) besteht und folglich zwei bewegliche Parallelogramme gebildet werden, die bewirken, dass sich der 2-Koordinaten-Stellantrieb (1) nur parallel unter Beibehaltung seiner Normallage bewegen und sich nicht verdrehen kann und von denen jedes Parallelogramm mit einem Drehgeber (8 und 9) versehen ist, welche wie beschrieben die Position des 2-Koordinaten-Stellantriebes (1) eindeutig bestimmen können.5. Position measuring system according to claim 1, 2 or 4, characterized in that each of the two arms consists of two parallel legs (21,21 'and 22,22'), the scissor joints (7,7 'and 27,27' and 28,28 ') are rotatably connected to one another and their second outer ends are rotatable via second rotary joints (6,6') on the 2-coordinate actuator (1) and their first outer ends are rotatable via first rotary joints (5,5 ') a movable auxiliary drive (10) or fixed fixed points, wherein between the scissor joints (7,7 'or 27,27' and 28,28 ') there is a fixed connection (23) and consequently two movable parallelograms are formed which cause that the 2-coordinate actuator (1) can only move in parallel while maintaining its normal position and cannot twist and of which each parallelogram is provided with a rotary encoder (8 and 9) which, as described, the position of the 2-coordinate - Actuator (1) can be clearly determined NEN.
6. Positionsmesssystem nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch dass die Drehgelenke (5,5' und 6,6') auf Linien liegen, die nicht parallel zur Normallage sondern unter einem Winkel zu dieser liegen, folglich die Scherengelenke (27,27' und 28,28') auf Linien liegen, die in der Parallogrammebene liegend zueinander nicht parallel sind, ferner dass die Scherengelenke (27,27' und 28,28') auf einer gemeinsamen Trägerplatte (23) fixiert sind.6. Position measuring system according to claim 5, characterized in that the rotary joints (5,5 'and 6,6') lie on lines which are not parallel to the normal position but at an angle to it, consequently the scissor joints (27,27 'and 28 , 28 ') lie on lines which are not parallel to one another in the parallelogram plane, furthermore that the scissor joints (27, 27' and 28, 28 ') are fixed on a common carrier plate (23).
7. Positionsmesssystem für einen 2-Koordinaten-Stellantrieb (1) der sich innerhalb der Lauffläche (2) eines Stators entsprechend den Befehlen einer Steuerung im wesentlichen achsparallel bewegt und auf welchem ein Antrieb, insbesondere ein Linearantrieb (46), festgelegt ist, dessen Schlitten (46a) normal zur Lauffläche (2) verschiebbar ist, gekennzeichnet durch ein scherenförmiges Gelenk mit den über ein Doppel-Scherengelenk (7,70) drehbar verbundenen Annen (3 und 4 bzw. 3a und 4a), deren äussere Enden einerseits über ein erstes Drehgelenk (5) drehbar in einem als Referenzpunkt dienenden Bezugspunkt und andererseits über ein Doppel-Drehgelenk (6,60) am Schlitten (46a) des 2-Koordinaten-Stellantrieb (1) befestigt sind, wobei die ersten Gelenke (7,6) der Doppel-Drehgelenke (7,70;6,60) ein Verschwenken der Arme (3 und 4 bzw. 3 a und 4a) parallel zur Lauffläche (2) und die zweiten Gelenke (70,60) der Doppel-Drehgelenke (7,70;6,60) ein Verschwenken des Armes (4 bzw. 4a) normal zur Lauffläche 2 erlauben, wobei in zwei der drei ersten Dreh- bzw. Scherengelenke (5, 6 und 7) sowie in zumindest einem der zweiten Gelenke (70,60) der Doppel-Scheren- bzw. - Drehgelenke (7,70;6,60) absolute oder inkrementale Drehgeber (8, 9 und 50) montiert sind, welche den Winkel (14) zwischen dem Ann (3 bzw. 3a) und einer ersten, parallel zu einer der beiden Bewegungsrichtungen verlaufenden Bezugslinie und gleichzeitig den Winkel (15) zwischen dem Arm (4 bzw. 4a) und einer weiteren, parallel zur ersten Bezugslinie verlaufenden Bezugslinie sowie den zwischen dem Arm (4 bzw. 4a) und der Laufflächen-Ebene eingeschlossenen Winkel (51) direkt oder indirekt messen und die Messwerte an eine Auswerteeinheit übermittelt werden, welche daraus und aus den Längen (a und b) der Arme (3 und 4 bzw. 3a und 4a) und der relativen Lage des ersten Drehgelenkes (5) die Positionskoordinaten X6 und Y6 des zweiten Drehgelenkes (6) am 2-Koordinaten-Stellantriebes (1) bezogen auf das Koordinatensystem der Lauffläche (2) des Stators berechnet.7. Position measuring system for a 2-coordinate actuator (1) which moves within the running surface (2) of a stator in accordance with the commands of a control substantially axially parallel and on which a drive, in particular a linear drive (46), is fixed, the carriage (46a) can be moved normally to the tread (2), characterized by a scissor-shaped hinge with the ants (3 and 4 or 3a and 4a) rotatably connected via a double scissor hinge (7,70), the outer ends of which, on the one hand, are connected via a first Swivel joint (5) rotatable in a Reference point serving the reference point and, on the other hand, are fastened to the slide (46a) of the 2-coordinate actuator (1) via a double swivel joint (6, 60), the first joints (7, 6) of the double swivel joints (7, 70; 6.60) a pivoting of the arms (3 and 4 or 3a and 4a) parallel to the tread (2) and the second joints (70.60) of the double swivel joints (7.70; 6.60) a pivoting of the Allow arms (4 or 4a) normal to the running surface 2, the double-scissor- or double-scissor- or in two of the first three rotating or scissor-type joints (5, 6 and 7) and in at least one of - Rotary joints (7.70; 6.60) absolute or incremental rotary encoders (8, 9 and 50) are mounted, which the angle (14) between the Ann (3 and 3a) and a first, parallel to one of the two directions of movement extending reference line and at the same time the angle (15) between the arm (4 or 4a) and a further reference line running parallel to the first reference line and between the arm (4 or 4a) and the tread plane included angle (51) directly or indirectly and the measured values are transmitted to an evaluation unit, which from this and from the lengths (a and b) of the arms (3 and 4 or 3a and 4a) and the relative position of the first swivel joint (5) calculates the position coordinates X6 and Y6 of the second swivel joint (6) on the 2-coordinate actuator (1) based on the coordinate system of the running surface (2) of the stator.
8. Positionsmesssystem nach Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, dass in allen drei ersten Dreh- bzw. Scherengelenken (5, 6 und 7) absolute oder inkrementale Drehgeber (8, 9 und 24) montiert sind, wodurch auch der Verdrehwinkel (16 bzw. 17) zwischen einer Achse des 2-Koordinaten-Stellantriebes (1) und seiner Normallage und damit die Position des Bezugspunktes (11) des 2-Koordinaten-Stellantriebes (1) bestimmt werden kann.8. Position measuring system according to claim 7, characterized in that absolute or incremental rotary encoders (8, 9 and 24) are mounted in all three first rotary or scissor joints (5, 6 and 7), whereby the angle of rotation (16 and 17 ) between an axis of the 2-coordinate actuator (1) and its normal position and thus the position of the reference point (11) of the 2-coordinate actuator (1) can be determined.
9. Positionsmessystem nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch ein zweites scherenförmiges Gelenk, bestehend aus den über ein Doppel-Scherengelenk drehbar miteinander verbundenen Armen, das zum ersten, aus den Armen (3 und 4 bzw. 3 a und 4a) bestehenden Gelenk versetzt angeordnet ist, wobei jedes Gelenk mit zwei Drehgebern (8 und 9) versehen ist, die in zwei beliebigen ersten Dreh- bzw. Scherengelenken (5,6,7) des jeweiligen scherenförmigen Gelenkes montiert sind, und in jeweils zumindest einem der zweiten Gelenke (70,60) der Doppel-Scheren- bzw. - Drehgelenke (7,70;6,60) jedes scherenförmigen Gelenkes Drehgeber (50) montiert sind, um unabhängig voneinander die Positionskoordinaten der zweiten Drehgelenke (6), bzw. zweier beliebiger Punkte, die sich in definiertem Abstand zu den zweiten Drehgelenken (6) des 2-Koordinaten-Stellantriebes (1) befinden, bzw. den Verdrehwinkel (16) des 2- <-oordinaten-Stellantriebes (1) bezogen auf die Normallage zu bestimmen.9. Position measuring system according to claim 7 or 8, characterized by a second scissor-shaped joint, consisting of the rotatably connected arms via a double scissor joint, the first, from the arms (3 and 4 or 3 a and 4a) existing joint offset is arranged, each joint being provided with two rotary encoders (8 and 9) which are mounted in any two first rotary or scissor joints (5, 6, 7) of the respective scissor-shaped joint, and in each case at least one of the second joints ( 70, 60) of the double-scissor or rotary joints (7.70; 6.60) of each scissor-shaped joint, rotary encoder (50), in order to independently determine the position coordinates of the second rotary joints (6), or any two points, which are at a defined distance from the second rotary joints (6) of the 2-coordinate actuator (1), or Determine the angle of rotation (16) of the 2- <coordinate actuator (1) based on the normal position.
10. Positionsmessystem nach Anspruch 7, 8 oder 9, gekennzeichnet dadurch, dass der Bezugspunkt, in welchem das erste Drehgelenk (5) liegt, auf einem Hilfsantrieb (10) montiert ist, der parallel und synchron mit einer der zwei Achsrichtungen bewegt wird, und die Position des Hilfsantriebes (10) entlang seiner Bewegungsachse durch ein Linearmessystem (25, 26) gemessen wird, sodass sich die Positionswerte des 2- Koordinaten-Stellantriebes (1) in den beiden Achsrichtungen wie beschrieben aus den Drehwinkeln der Arme (3 und 4 bzw. 3 a und 4a) bestimmen lassen, und in der Achsrichtung des Hilfsantriebes (10) dessen Positionswert, gemessen durch das Linearmessystem (25, 26), addiert werden muss.10. Position measuring system according to claim 7, 8 or 9, characterized in that the reference point, in which the first swivel joint (5) lies, is mounted on an auxiliary drive (10) which is moved in parallel and synchronously with one of the two axial directions, and the position of the auxiliary drive (10) along its movement axis is measured by a linear measuring system (25, 26), so that the position values of the 2 - coordinate actuator (1) in the two axis directions are as described from the angles of rotation of the arms (3 and 4 or 3 a and 4 a) can be determined, and in the axial direction of the auxiliary drive (10) whose position value, measured by the linear measuring system (25, 26), must be added.
11. Positionsmessystem nach Anspruch 7, 8 oder 10, gekennzeichnet dadurch dass jeder der beiden Arme (3 und 4 bzw. 3a und 4a) aus zwei parallelen Schenkeln (21,21' und 22,22') besteht, die jeweils über Doppel-Scherengelenke (7,70; 7 ',70') drehbar miteinander verbunden sind und deren zweite äußere Enden jeweils über zweite Doppel-Drehgelenke (6,60; 6 ',60') drehbar am Schlitten (46a) des 2-Koordinaten- Stellantriebes (1) und deren erste äußere Enden über erste Drehgelenke (5,5') drehbar an einem beweglichen Hilfsantrieb (10) oder an ortsfesten Fixpunkten festgelegt sind, wobei zwischen den Doppel-Scherengelenken (7,70; 7 '70') eine feste Verbindung (23) besteht und folglich zwei bewegliche Parallelogramme gebildet werden, die bewirken, dass sich der 2-Koordinaten-Stellantrieb (1) nur parallel unter Beibehaltung seiner Normallage bewegen und sich nicht verdrehen kann und von denen jedes Parallelogramm mit zumindest einem, in einer der ersten Dreh- bzw. Scherengelenke (5, 6 und 7; 5', 6 'und 7') angeordneten Drehgeber (8 und 9) versehen ist sowie in zumindest einem der zweiten Gelenke (70,60; 70 ',60') der Doppel-Scheren- bzw. - Drehgelenke (7,70; 7'70'; 6,60; 6', 60') ein Drehgeber (50) vorgesehen ist, welche Drehgeber (8,9,50) wie beschrieben die Position des 2-Koordinaten-Stellantriebes (1) eindeutig bestimmen können.11. Position measuring system according to claim 7, 8 or 10, characterized in that each of the two arms (3 and 4 or 3a and 4a) consists of two parallel legs (21,21 'and 22,22'), each via double Scissor joints (7,70; 7 ', 70') are rotatably connected to one another and their second outer ends are each rotatable on the slide (46a) of the 2-coordinate actuator via second double swivel joints (6,60; 6 ', 60') (1) and their first outer ends via first swivel joints (5,5 ') are rotatably attached to a movable auxiliary drive (10) or at fixed fixed points, with a fixed one between the double scissor joints (7,70; 7' 70 ') Connection (23) exists and consequently two movable parallelograms are formed, which have the effect that the 2-coordinate actuator (1) can only move in parallel while maintaining its normal position and cannot twist, and each parallelogram with at least one, in one the first rotary or scissor joints (5, 6 and 7; 5 ', 6' and 7 ') arranged rotary encoder (8 and 9) and in at least one of the second joints (70, 60; 70 ', 60') of the double scissor or rotary joints (7.70; 7 ' 70 ' ; 6.60; 6 ' , 60') a rotary encoder (50) is provided, which rotary encoders (8.9, 50) can clearly determine the position of the 2-coordinate actuator (1) as described.
12. Zwangsführung für einen 2-Koordinaten-Stellantrieb (1), der sich innerhalb der Lauffläche (2) eines Stators entsprechend den Befehlen einer Steuerung im wesentlichen achsparallel bewegt, gekennzeichnet durch ein scherenförmiges Gelenk umfassend drehbar miteinander verbundene Arme (3,4), welche beiden Arme (3,4) jeweils aus zwei parallelen Schenkeln (21,21' und 22,22') bestehen, die über Scherengelenke (7,7' bzw. 28,28' bzw. 27,27') drehbar miteinander verbunden sind, deren zweite äußere Enden über zweite Drehgelenke (6,6') drehbar an dem 2- Koordinaten-Stellantrieb (1) und deren erste äußere Enden über erste Drehgelenke (5,5') drehbar an einem beweglichen Hilfsantrieb (10) oder an ortsfesten Fixpunkten, welche bevorzugt außerhalb der Lauffläche (2) liegen, festgelegt sind, wobei die beiden Scherengelenke (7,7' bzw. 28,28' bzw. 27,27') fest miteinander verbunden sind.12. Forced guidance for a 2-coordinate actuator (1) which moves within the running surface (2) of a stator in accordance with the commands of a control essentially axially parallel, characterized by a scissor-shaped joint comprising arms (3, 4) which are rotatably connected to one another, which two arms (3, 4) each consist of two parallel legs (21, 21 'and 22, 22') which are rotatably connected to one another via scissor joints (7, 7 'and 28, 28' and 27, 27 ') are, the second outer ends via second swivel joints (6,6 ') rotatable on the 2-coordinate actuator (1) and the first outer ends via first swivel joints (5,5 ') rotatably on a movable auxiliary drive (10) or at fixed fixed points, which are preferably outside of the tread (2), the two scissor joints (7,7' or 28,28 'or 27th , 27 ') are firmly connected.
13. Zwangsführung nach Anspruch 12, gekennzeichnet dadurch dass die Drehgelenke (5,5' und 6,6') auf Linien liegen, die nicht parallel zur Normallage sondern unter einem Winkel zu dieser liegen, folglich die Scherengelenke (27,27' und 28,28') auf Linien liegen, die in der Parallogrammebene liegend zueinander nicht parallel sind, ferner dass die Scherengelenke (27,27' und 28,28') auf einer gemeinsamen Trägerplatte (23) fixiert sind.13. positive guidance according to claim 12, characterized in that the rotary joints (5,5 'and 6,6') lie on lines which are not parallel to the normal position but at an angle to this, consequently the scissor joints (27,27 'and 28th , 28 ') lie on lines which are not parallel to one another in the parallelogram plane, furthermore that the scissor joints (27, 27' and 28, 28 ') are fixed on a common carrier plate (23).
14. Zwangsführung für einen 2-Koordinaten-Stellantrieb (1), der sich innerhalb der Lauffläche (2) eines Stators entsprechend den Befehlen einer Steuerung im wesentlichen achsparallel bewegt und auf welchem ein Antrieb, insbesondere ein Linearantrieb (46), festgelegt ist, dessen Schlitten (46a) normal zur Lauffläche (2) verschiebbar ist, gekennzeichnet durch ein scherenförmiges Gelenk umfassend drehbar miteinander verbundene Arme (3,4 bzw. 3a,4a), welche beiden Arme (3,4 bzw. 3a,4a) jeweils aus zwei parallelen Schenkeln (21,21 ' und 22,22') bestehen, die über Doppel-Scherengelenke (7,70;7',70') drehbar miteinander verbunden sind, deren zweite äußere Enden über Doppel-Drehgelenke (6,60;6,60') drehbar am Schlitten (46a) des 2-Koordinaten-Stellantriebes (1) und deren erste äußere Enden über erste Drehgelenke (5,5 ') drehbar an einem beweglichen Hilfsantrieb (10) oder an ortsfesten Fixpunkten, welche bevorzugt außerhalb der Lauffläche (2) liegen, festgelegt sind, wobei die beiden Doppel-Scherengelenke (7,70;7',70') fest miteinander verbunden sind. 14. Forced operation for a 2-coordinate actuator (1), which moves within the running surface (2) of a stator in accordance with the commands of a control essentially axially parallel and on which a drive, in particular a linear drive (46), is fixed, the Carriage (46a) can be moved normally to the running surface (2), characterized by a scissor-shaped joint comprising arms (3, 4 or 3a, 4a) which are rotatably connected to one another, which two arms (3, 4 or 3a, 4a) each consist of two parallel legs (21,21 'and 22,22') exist which are rotatably connected to each other via double scissor joints (7,70; 7 ', 70'), the second outer ends of which are connected via double swivel joints (6,60; 6 , 60 ') rotatable on the slide (46a) of the 2-coordinate actuator (1) and its first outer ends via first swivel joints (5,5') rotatable on a movable auxiliary drive (10) or at fixed fixed points, which are preferably outside the Tread (2) are set, the at the double scissor joints (7,70; 7 ', 70') are firmly connected.
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