WO2008011970A2 - Movable workpiece support for a machine, and machining system comprising a corresponding workpiece support - Google Patents

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WO2008011970A2
WO2008011970A2 PCT/EP2007/005992 EP2007005992W WO2008011970A2 WO 2008011970 A2 WO2008011970 A2 WO 2008011970A2 EP 2007005992 W EP2007005992 W EP 2007005992W WO 2008011970 A2 WO2008011970 A2 WO 2008011970A2
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WO
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workpiece
support surface
workpiece table
support
parallel
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PCT/EP2007/005992
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French (fr)
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WO2008011970A3 (en
Inventor
Berthold Matzkovits
Kurt Brenner
Original Assignee
Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh
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Publication date
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/26Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members
    • B23Q1/34Relative movement obtained by use of deformable elements, e.g. piezoelectric, magnetostrictive, elastic or thermally-dilatable elements
    • B23Q1/36Springs
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C29/00Bearings for parts moving only linearly
    • F16C29/04Ball or roller bearings
    • F16C29/045Ball or roller bearings having rolling elements journaled in one of the moving parts
    • F16C29/046Ball or roller bearings having rolling elements journaled in one of the moving parts with balls journaled in pockets
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16MFRAMES, CASINGS OR BEDS OF ENGINES, MACHINES OR APPARATUS, NOT SPECIFIC TO ENGINES, MACHINES OR APPARATUS PROVIDED FOR ELSEWHERE; STANDS; SUPPORTS
    • F16M7/00Details of attaching or adjusting engine beds, frames, or supporting-legs on foundation or base; Attaching non-moving engine parts, e.g. cylinder blocks
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2322/00Apparatus used in shaping articles
    • F16C2322/39General build up of machine tools, e.g. spindles, slides, actuators

Definitions

  • the invention relates to a workpiece support, comprising a workpiece table, which comprises a support surface for supporting a workpiece, and at least three bearing elements lying on a base for supporting the workpiece table, wherein at least one of these bearing elements is adjustable in length to the workpiece table by at least one parallel to the support surface tilted aligned axis and / or to change the position of the workpiece table perpendicular to the support surface can.
  • US 4,731,934 shows such a workpiece support in the form of a turntable for a coordinate measuring machine, on which the workpiece to be measured can be stored.
  • the turntable has a base that can be rotated about a vertical axis.
  • the workpiece table, on which the workpiece to be measured can then be attached, is mounted on three balls, the workpiece table having cooperating with the balls inner spherical elements which rest on the balls.
  • Two of the three balls are height adjustable via motor drives, so that the workpiece table can be rotated about each axis parallel to the support surface to thereby align the workpiece axis parallel to the axis of rotation of the turntable can.
  • two more motor drives are available over which the workpiece table can be moved in any direction relative to the base in the plane parallel to the support surface horizontal plane.
  • DE-OS 2 248 535 also shows a workpiece support for a measuring device on which a workpiece to be measured can be stored.
  • a workpiece support for a measuring device on which a workpiece to be measured can be stored.
  • This top plate is in this case supported by three balls on the middle plate, wherein both the top plate, as well as the middle plate for each of the balls have a V-guide, all V-guides have the same orientation, so that the top plate relative to the middle plate in a first horizontal direction can be moved.
  • the middle plate is mounted on the lower plate via three balls, the guide direction of this V-guides this time is perpendicular to the guide direction of the above-mentioned V-guides, so that the middle plate relative to the lower plate in a direction perpendicular to the first direction of movement second horizontal direction of movement is movable.
  • the lower plate thus assumes the function of the base.
  • DE 42 18 984 A1 shows a positioning system for optical testing equipment, in which a work table acting as a support plate on which an optical component to be tested can be arranged over six variable-length columns, relative to a base in all degrees of freedom can be moved.
  • the variable-length supports are hinged to the support plate and attached to the base.
  • transverse forces forces acting parallel to the bearing surface of the workpiece table, so usually in the horizontal direction
  • these are the spheres and the internally spherical elements interacting therewith.
  • transverse forces which are present perpendicular to the guide direction of the V-guides, also taken up by the balls and the V-guides.
  • DE 42 18 984 Al the transverse forces are absorbed by the variable-length columns.
  • the object is therefore to propose a workpiece support of the type mentioned, with the hysteresis can be avoided.
  • a workpiece support with the features of claim 1, wherein the workpiece support according to the invention contains a guide which receives transverse forces parallel to the support surface and thus prevents movement of the workpiece table in directions parallel to the support surface but tilted by at least one parallel to the support surface aligned Axis and / or movement of the entire workpiece table in a direction perpendicular to the support surface allows.
  • a linear guide e.g., a ball rail guide or an air bearing guide
  • a linear guide would be perfectly sufficient to movably support the work table in that direction.
  • the guide can also be designed as an elastic body which is stiff in directions parallel to the support surface and torsions about an axis perpendicular to the support surface and thus prevents movement of the workpiece table in directions parallel to the support surface, but at least by tilting a Axis aligned parallel to the bearing surface is designed to be elastic and / or is designed to be elastic with respect to a movement of the entire workpiece table in a direction perpendicular to the bearing surface.
  • This has the advantage that such a guide is virtually completely hysteresis-free, since this guide has no mutually movable parts.
  • a particularly simple, and thus advantageous embodiment of such an elastic body, which acts as a guide may be a leaf spring.
  • a leaf spring advantageously has an area which is parallel to the bearing surface of the workpiece table. In this way, on the one hand, the lateral forces are received in directions parallel to the support surface, since the leaf spring in these directions is almost stiff, while the leaf spring is flexible with respect to movements of the workpiece table perpendicular to the support surface and also with respect to rotations of the workpiece table about axes parallel to the support surface.
  • the leaf spring may in principle be rigidly connected at one end to the workpiece table, while it is rigidly connected at its other end to the base.
  • the leaf spring may have at least one of the ends of the region parallel to the support surface a second region angled at right angles to this region, which is perpendicular to the support surface.
  • leaf spring and other shaped elastic body can be used, which take over at least parts of the functions of the leaf spring just described.
  • a rigid frame could be used by itself corresponding milled areas become torsionally soft at defined locations.
  • It could also be several leaf springs, for example, a plurality of elastic rods, which are arranged side by side, can be used.
  • bearing elements a variety of bearings may be used, as they were also called input in the prior art.
  • balls could be used which interact with internal spherical elements or V-guides or articulated, variable-length legs.
  • bearing elements which can not absorb any transverse forces, ie forces parallel to the bearing surface.
  • Such a bearing element comprises a running element with a flat surface and a ball which is movably mounted on the flat surface of the running element. It is clear that the running element with the flat surface can of course also be an integral part of the workpiece table or the base, for example by simply incorporating a flat surface in the workpiece table or in the base itself.
  • Such a bearing element could, for example, comprise a ball roller with a ball bearing ball here, which is movably mounted on the flat surface.
  • a bearing element could also comprise a ball, which interacts with two running elements each having planar surfaces, wherein one of the running elements is connected to the workpiece table and the other running element is connected to the base.
  • the flat surface of the running element can also be inclined relative to the support surface by the running element is for example wedge-shaped. This has the particular advantage that a relative movement of the ball relative to the flat surface in a direction parallel to the support surface is converted into a movement perpendicular to the support surface, thereby achieving the change in length of the bearing element.
  • a running element for example in the form of a wedge, which is movably mounted in a direction parallel to the support surface and the flat surface is inclined in the direction of displacement relative to the support surface, so that upon displacement of the running element in the direction of displacement, the ball is moved perpendicular to the support surface and the workpiece table is thereby moved perpendicular to the support surface, that is raised or lowered at a horizontal support surface.
  • a wedge-shaped element with a flat surface which is inclined against the support surface, while the ball on the base in the direction of the support surface on the workpiece table is slidably mounted.
  • At least one spring is provided which at least partially compensates for this force in the direction of displacement.
  • the spring can, depending on the arrangement, be designed either as a tension spring or as a compression spring.
  • the workpiece table has a bearing surface on which a workpiece can be stored.
  • the workpiece can either be stored directly on the workpiece table by the workpiece is attached directly thereto. Alternatively, however, can be mounted on the workpiece table, a further device, such as a turntable or a jig on which in turn the workpiece is attached.
  • the workpieces can be a variety of variants.
  • it may be a wafer that is being machined to make an integrated circuit or a substrate, such as a glass sheet, that is coated on one side with a semiconductor layer.
  • a workpiece that is measured by a measuring device or a workpiece that is processed by a workpiece processing machine.
  • the base can also be designed differently. In the simplest case, this may be the hall floor on which the workpiece table is mounted via the bearing elements. Alternatively, this may be a component of the machine, which is possibly even movably mounted in one or more directions.
  • a further improvement results when the workpiece table is additionally mounted on at least one resilient element relative to the base, which receives at least parts of the weight of the workpiece table.
  • This has the particular advantage that the Bearing elements only need to absorb low weight forces, and thereby can move the possibly heavy workpiece table with relatively small forces.
  • the workpiece support described above can be used in a wide variety of machines.
  • the workpiece support can be used in a processing system with a machining tool for machining a workpiece comprising a semiconductor material to be processed, for example in a system with which the surface of a wafer or of a carrier substrate coated with a semiconductor material is melted by a laser beam Crystal structure of the semiconductor material to change.
  • the processing tool may then be a laser device which fans out a laser beam so that the laser beam impinging on the semiconductor material of the workpiece results in a line.
  • the base of the workpiece support should also be slidably mounted in at least one direction perpendicular to the plane defined by the fanned-out laser beam.
  • the respective position of the support surface of the workpiece table can be accurately determined, at least one bearing element, a distance measuring system is assigned, via which the distance between the base and the workpiece table can be determined. If the workpiece table is mounted on three variable-length bearing elements and each bearing element is associated with a distance measuring system, then the position of the bearing surface in the direction perpendicular to the support surface direction, as well as tilt angle about axes of rotation, which are aligned parallel to the support surface determined from the signals of the Wegmessysteme and be set.
  • the displacement measuring systems can be configured differently, for example with incremental scales, or with an inductive measuring system.
  • Figure 1 A processing plant 1 with a workpiece support 27 according to the invention
  • FIG. 1 Perspective view of the workpiece table 4 in the demounted state seen from the side below;
  • Figure 3 A bearing element 7a of Figure 2 in side view
  • Figure 4 The bearing element 7a of Figure 3 in plan view
  • Figure 5 + 6 schematic representation of the interaction between the carriage 17a and the ball 16a of the ball roller 15a;
  • Figure 7 Perspective view of the ball roller 15a with a cut
  • FIG. 8 Perspective view of the path measuring system 29a from FIG.
  • FIG. 1 shows a processing installation 1 with a workpiece support 27 according to the invention.
  • the processing installation 1 has a laser 2 with which the laser beam required for processing the workpiece, which is not closer here (a glass plate which is coated with a semiconductor layer), is produced.
  • the laser beam is reflected by mirrors into an optical system 3, by means of which the laser beam is fanned out in such a way that the laser beam incident on the semiconductor material gives a line transversely to the direction of movement (see arrow y) of the workpiece support 27.
  • the optical system 3 is in this case mounted on a base frame 6 via a steel construction 23, which in turn is supported by dampers 26 on the underlying floor.
  • the workpiece support 27, on which the workpiece to be machined rests, can only be roughly recognized here in FIG.
  • This workpiece support 27 comprises a base 5 which are movably guided via air bearings 25 in the direction of the arrow y.
  • a channel 24 is incorporated in the base frame 6, via which the workpiece support 27 also guided laterally.
  • the workpiece support 27 is driven by a friction wheel drive, not shown here in detail, wherein the exact position of the workpiece support is determined via a likewise not closer to scale.
  • the workpiece support also includes a workpiece table 4, on the workpiece (a glass plate with a semiconductor layer) rests.
  • the workpiece table 4 has a support surface 28, which is horizontally aligned in the present case.
  • the position of the workpiece table 4 can be moved in the direction indicated by the arrow z perpendicular to its horizontal support surface 28 on which the workpiece rests so that the workpiece so in the vertical direction can be moved up and down a total of the laser beam.
  • the workpiece table 4 can also be tilted about an arbitrary axis parallel to the bearing surface 28, that is to say both about an axis of rotation which is parallel to the arrow designated x, and about an axis of rotation parallel to the arrow y. In this way, the support surface 28 and consequently the surface of the workpiece resting thereon can also be tilted with respect to the laser beam.
  • FIG. 2 shows parts of the workpiece table 4 together with the elements which are necessary for the movement of the workpiece table 4, in the disassembled state in a perspective view from the side below.
  • three bearing elements 7a, 7b, 7c are provided on the workpiece table 4 for mounting the workpiece table 4 on the base 5, which is not visible here.
  • the bearing elements 7a, 7b, 7c are on the one hand on its upper side connected to the workpiece table 4, while its bottom, in the present case, the plates 13a, 13b and 13c rest on the not visible in Figure 2 base 5 and are fixed here.
  • all three bearing elements 7a, 7b, 7c are designed to be adjustable in length in the direction shown by the arrow z, as will be described in more detail below with reference to FIGS. 3 to 8.
  • the workpiece table 4 on the one hand be moved so that the position of the workpiece table 4 is changed perpendicular to the support surface 28.
  • the respective length La (length of the bearing element 7a, see Figure 3), Lb (length of the bearing element 7b) and Lc (length of the bearing element 7c) are extended or shortened by the same amount.
  • the support surface 28 of the workpiece table can also be tilted about a substantially any axis parallel to the bearing surface 28, ie an axis which is parallel to the arrows x or y, by the lengths La, Lb and Lc of the bearing elements 7a, 7b and 7c are changed so that the length differences La-Lb and / or La-Lc and / or La-Lb change.
  • a guide is further provided which receives transverse forces parallel to the support surface 28, ie in the directions indicated by the arrows x and y directions and thus prevents movement of the workpiece table 4 in directions parallel to the support surface 28, but a tilt by at least an aligned parallel to the support surface axis and / or movement of the entire workpiece table 4 perpendicular to the support surface 28 permits.
  • the guide is advantageously designed as an elastic body which is rigid in directions parallel to the support surface 28, ie in directions of the arrows x and y and torsions about an axis perpendicular to the support surface, ie torsions about an axis parallel to the axis z.
  • movements of the workpiece table in directions parallel to the support surface 28 are prevented, so movements in directions x and y and also rotations about a parallel axis z axis of rotation.
  • With respect to tilting about an aligned parallel to the support surface 28 axis of the elastic body is designed to be elastic and with respect to a movement of the entire workpiece table 4 in a direction z perpendicular to the support surface 28th
  • this elastic body through which the guide is realized, realized by a leaf spring 8, which, inter alia, a region 8a which is parallel to the support surface 28 of the workpiece table and at one end of the bearing surface 28 parallel to the area 8a opposite This region has an angularly angled second region 8b, which is perpendicular to the support surface 28.
  • both ends of the leaf spring 8 are rigidly connected to the workpiece table 4, namely once via a terminal block 1 1, and the other via a terminal block 12.
  • the workpiece table 4 is additionally mounted on resilient elements 22a, 22b, 22c which respectively receive parts of the weight force of the workpiece table 4.
  • resilient elements 22a, 22b and 22c are provided on the resilient elements 22a, 22b and 22c, so that the bearing elements 7a, 7b, 7c can move the workpiece table 4 with very small forces.
  • Reference numeral 29c denotes a displacement measuring system with which the respective set length Lc (cf., the length La for the bearing element 7a in FIG. 3) of the associated bearing element 7c can be determined, here the distance between the base 5 and the workpiece table 4 corresponds.
  • the other bearing elements 7a and 7b have corresponding displacement measuring systems, with which the respective set length Lb and Lc can be detected, so that via a corresponding control loop by the control highly accurately a desired position of the workpiece table 4 in the direction of support surface 28 perpendicular direction (see Arrow z) and / or a tilt about an axis parallel to the support surface 28 can be adjusted.
  • FIG. 3 shows the bearing element 7a in the side view and FIG. 4 in the plan view.
  • the bearing element 7a is only partially cut away via a plate 13 at the in FIG attached base 5 attached.
  • this has a linear drive, which is designed for example in the form of a spindle drive.
  • the spindle drive in this case comprises an electromotive drive 20a and a threaded spindle 19a, which is driven via the electromotive drive 20a.
  • the threaded spindle 19a cooperates with an internal thread of a guided on a ball rail guide 35 slide 17a and moves it in the direction indicated by the arrow x direction.
  • the carriage 17a is partially covered by a spring 18a, the exact function will be explained later.
  • the carriage 17a in this case has a plane 32a, which is inclined relative to the horizontal and thus relative to the bearing surface 28, wherein the ball 16a of a ball roller 15a runs on this plane 32a.
  • the ball roller 15a is mounted slightly inclined in a holder 14a, which in turn is fastened to the workpiece table 4, which is shown only partially in section in FIG.
  • FIG. 6 shows purely schematically the carriage 17a from FIG. 3, which is moved by the spindle drive in the direction indicated by the arrow x. Due to the inclined plane 32a of the carriage 17a, the ball 16a of the ball roller 15a is raised in the direction indicated by the arrow z. The hub 14a is transferred to the workpiece table 4 via the holder 14a to be seen in FIG.
  • FIG. 7 shows exactly the reverse process to FIG.
  • the carriage 17a is displaced in the direction indicated by the arrow -x. Due to the inclined plane 32a of the carriage 17a, the ball 16a of the ball roller 15a is lowered in the direction indicated by the arrow -z. By way of the holder 14a to be seen in FIG. 3, the lowering is transmitted to the workpiece table 4.
  • the bearing element 7a shown here comprises a wedge-shaped running element (carriage 17a) which is mounted displaceably parallel to the support surface 28 and which has a flat surface 32a, which is inclined in the displacement direction relative to the support surface 28.
  • the bearing element 7a also comprises a ball-mounted ball 16a in a ball roller 15a, which is movably mounted on the flat surface 32a of the running element (carriage 17a).
  • FIG. 8 shows a perspective view of a displacement measuring system 29a, which is constructed in the same way as the displacement measuring system 29c according to FIG. 2, but which is associated with the bearing element 7a.
  • This is a displacement measuring system in which the distance of a plate 30a from the encapsulated measuring device 31a is measured by means of a corresponding measuring device.
  • the encapsulated measuring device 31 a is in this case attached to the base 5, while the plate 30 a is fixed to the workpiece table 4.
  • the plate 30 is connected via a rod to a reading head located in the interior of the measuring device 31a, which determines the respective position with respect to an incremental scale also located in the interior of the measuring device 31a.
  • the respective position of the plate 30a relative to the measuring device 31a can be determined.

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Abstract

The invention relates to a workpiece support (27) for a machine, comprising a work table (4) with a support area (28) for mounting a workpiece, and at least three bearing elements (7a, 7b, 7c) which rest upon a base (5) and are used for mounting the work table (4) on the base (5). At least one of said bearing elements is embodied in a longitudinally adjustable manner in order to be able to tilt the work table about at least one axis that extends parallel to the support area and/or modify the position of the work table perpendicular to the support area. In order to prevent hysteresis effects when the work table is adjusted, a guide, e.g. a leaf spring (8), is additionally provided which absorbs transversal forces parallel to the support area, thus preventing the work table from moving in directions that run parallel to the support area while allowing tilting about the at least one axis which extends parallel to the support area and/or allowing the entire work table to be moved perpendicular to the support area.

Description

Lageveränderliche Werkstückaυflage für eine Maschine und Bearbeitungsanlage mit einer entsprechenden Werkstückauflage Positionable workpiece base for a machine and processing system with a corresponding workpiece support
Die Erfindung betrifft eine Werkstückauflage, mit einen Werkstücktisch, der eine Auflagefläche zur Lagerung eines Werkstückes, sowie wenigstens drei auf einer Basis aufliegende Lagerelemente zur Lagerung des Werkstücktisches umfasst, wobei wenigstens eines dieser Lagerelemente längenverstellbar ausgebildet ist, um den Werkstücktisch um wenigstens eine parallel zur Auflagefläche ausgerichtete Achse kippen zu können und/oder die Lage des Werkstücktisches senkrecht zur Auflagefläche verändern zu können.The invention relates to a workpiece support, comprising a workpiece table, which comprises a support surface for supporting a workpiece, and at least three bearing elements lying on a base for supporting the workpiece table, wherein at least one of these bearing elements is adjustable in length to the workpiece table by at least one parallel to the support surface tilted aligned axis and / or to change the position of the workpiece table perpendicular to the support surface can.
Solche Werkstückauflagen sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt.Such workpiece supports are already known from the prior art.
Beispielsweise zeigt die US 4,731 ,934 eine solche Werkstückauflage in Form eines Drehtisches für ein Koordinatenmessgerät, auf dem das zu vermessende Werkstück gelagert werden kann. Der Drehtisch weist eine Basis auf, die um eine vertikale Achse verdreht werden kann. Der Werkstücktisch, auf dem das zu vermessende Werkstück dann befestigt werden kann ist auf drei Kugeln gelagert, wobei der Werkstücktisch dazu mit den Kugeln zusammenwirkende innensphärische Elemente aufweist, die auf den Kugeln aufliegen. Zwei der drei Kugeln sind über motorische Antriebe höhenverstellbar, so dass der Werkstücktisch um jede Achse parallel zur Auflagefläche rotiert werden kann, um hierdurch die Werkstückachse parallel zur Drehachse des Drehtisches ausrichten zu können. Außerdem sind noch zwei weitere motorische Antriebe vorhanden, über die der Werkstücktisch gegenüber der Basis in der zur Auflagefläche parallelen Horizontalebene in beliebige Richtungen verfahren werden kann.For example, US 4,731,934 shows such a workpiece support in the form of a turntable for a coordinate measuring machine, on which the workpiece to be measured can be stored. The turntable has a base that can be rotated about a vertical axis. The workpiece table, on which the workpiece to be measured can then be attached, is mounted on three balls, the workpiece table having cooperating with the balls inner spherical elements which rest on the balls. Two of the three balls are height adjustable via motor drives, so that the workpiece table can be rotated about each axis parallel to the support surface to thereby align the workpiece axis parallel to the axis of rotation of the turntable can. In addition, two more motor drives are available over which the workpiece table can be moved in any direction relative to the base in the plane parallel to the support surface horizontal plane.
Die DE-OS 2 248 535 zeigt ebenfalls eine Werkstückauflage für ein Messgerät, auf dem ein zu vermessendes Werkstück gelagert werden kann. Diese umfasst unter anderem drei übereinander liegende Platten, von denen die oberste Platte zur Lagerung des Werkstückes dient und diese Platte damit die Funktion des Werkstücktisches übernimmt. Diese oberste Platte ist hierbei über drei Kugeln auf der mittleren Platte gelagert, wobei sowohl die oberste Platte, wie auch die mittlere Platte für jede der Kugeln eine V-Führung aufweisen, wobei alle V-Führungen dieselbe Ausrichtung haben, so dass die oberste Platte gegenüber der mittleren Platte in einer ersten horizontalen Richtung bewegt werden kann. Auf genau dieselbe Weise ist die mittlere Platte auf der unteren Platte über drei Kugeln gelagert, wobei die Führungsrichtung dieser V-Führungen diesmal senkrecht zur Führungsrichtung der oben bezeichneten V-Führungen steht, sodass die mittlere Platte gegenüber der unteren Platte in einer zur ersten Bewegungsrichtung senkrechten zweiten horizontalen Bewegungsrichtung beweglich ist. Die untere Platte übernimmt damit die Funktion der Basis. Durch entsprechende manuell bedienbare Präzisionsverschiebungswerke kann die obere Platte gegenüber der mittleren Platte und die mittlere Platte gegenüber der unteren Platte in der jeweiligen Verschiebungsrichtung verschoben werden.DE-OS 2 248 535 also shows a workpiece support for a measuring device on which a workpiece to be measured can be stored. This includes, inter alia, three superimposed plates, of which the top plate serves to support the workpiece and thus this plate takes over the function of the workpiece table. This top plate is in this case supported by three balls on the middle plate, wherein both the top plate, as well as the middle plate for each of the balls have a V-guide, all V-guides have the same orientation, so that the top plate relative to the middle plate in a first horizontal direction can be moved. In exactly the same way, the middle plate is mounted on the lower plate via three balls, the guide direction of this V-guides this time is perpendicular to the guide direction of the above-mentioned V-guides, so that the middle plate relative to the lower plate in a direction perpendicular to the first direction of movement second horizontal direction of movement is movable. The lower plate thus assumes the function of the base. By corresponding manually operable Präzisionsverschiebungswerke the upper plate relative to the middle plate and the middle plate relative to the lower plate can be moved in the respective direction of displacement.
Zusätzlich ist sowohl bei der Lagerung der oberen Platte auf der mittleren Platte, wie auch bei der Lagerung der mittleren Platte auf der unteren Platte eine der jeweils unten liegenden V- Führungen auf einem auf- und abwärts beweglichen Hebel befestigt, dessen Höhe sich jeweils über ein weiteres Präzisionsverschiebungswerk verändern lässt, indem ein kugelförmiges Ende des Präzisionsverschiebungswerkes sich mehr oder weniger weit unter ein keilförmiges Ende des Hebels schiebt. Hierdurch kann die jeweils darüber liegende Platte an dieser Stelle angehoben oder abgesenkt werden, wodurch sich die jeweils darüber liegende Platte um die beiden anderen Kugeln, die als Drehgelenk wirken, dreht, so dass die obere Platte auch um zwei senkrecht aufeinander stehende horizontale Drehachsen rotiert werden kann.In addition, both in the storage of the upper plate on the middle plate, as well as in the storage of the middle plate on the lower plate one of the respective underlying V-guides mounted on a up and down movable lever whose height is in each case via a Another precision displacement work can be changed by a spherical end of the precision displacement movement pushes more or less far below a wedge-shaped end of the lever. In this way, the respective overlying plate can be raised or lowered at this point, whereby the respective plate above rotates about the two other balls acting as a pivot, so that the upper plate are rotated about two mutually perpendicular horizontal axes of rotation can.
Die DE 42 18 984 Al zeigt ein Positioniersystem für optische Prüfgeräte, bei dem eine als Werkstücktisch fungierende Auflageplatte, auf der ein zu prüfendes optisches Bauteil angeordnet werden kann, über sechs längenveränderliche Stützen, gegenüber einer Basis in allen Freiheitsgraden bewegt werden kann. Die längenveränderlichen Stützen sind hierzu gelenkig an der Auflageplatte und an der Basis befestigt.DE 42 18 984 A1 shows a positioning system for optical testing equipment, in which a work table acting as a support plate on which an optical component to be tested can be arranged over six variable-length columns, relative to a base in all degrees of freedom can be moved. The variable-length supports are hinged to the support plate and attached to the base.
Die Besonderheit der gezeigten Werkstückauflagen besteht darin, dass Kräfte, die parallel zur Auflagefläche des Werkstücktisches wirken, also im Regelfall in horizontaler Richtung (im folgenden als Querkräfte bezeichnet) von den Lagerelementen aufgenommen werden müssen. Im Falle der US 4,731,934 handelt es sich hierbei um die Kugeln und die hiermit zusammenwirkenden innensphärischen Elemente. Im Falle der DE-OS 2 248 535 werden Querkräfte, die senkrecht zur Führungsrichtung der V-Führungen vorhanden sind, ebenfalls von den Kugeln und den V-Führungen aufgenommen. Im Falle der DE 42 18 984 Al werden die Querkräfte durch die längenveränderlichen Stützen aufgenommen.The peculiarity of the workpiece supports shown is that forces acting parallel to the bearing surface of the workpiece table, so usually in the horizontal direction (hereinafter referred to as transverse forces) must be absorbed by the bearing elements. In the case of US Pat. No. 4,731,934, these are the spheres and the internally spherical elements interacting therewith. In the case of DE-OS 2 248 535, transverse forces which are present perpendicular to the guide direction of the V-guides, also taken up by the balls and the V-guides. In the case of DE 42 18 984 Al, the transverse forces are absorbed by the variable-length columns.
Bei relativ kleinen Werkstückauflagen ist die Aufnahme der Querkräfte durch die Lagerelemente kein Problem. Bei Werkstückauflagen für größere Werkstücke können hier jedoch beträchtliche Querkräfte auftreten, die zu unerwünschten Hystereseeffekten führen können.With relatively small workpiece supports, the absorption of the transverse forces by the bearing elements is not a problem. In workpiece supports for larger workpieces, however, considerable lateral forces can occur here, which can lead to undesirable hysteresis effects.
Aufgabe ist es daher eine Werkstückauflage eingangs genannter Art vorzuschlagen, mit der Hystereseeffekte vermieden werden können.The object is therefore to propose a workpiece support of the type mentioned, with the hysteresis can be avoided.
Die Aufgabe wird durch eine Werkstückauflage mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst, wobei die Werkstückauflage erfindungsgemäß eine Führung enthält, die Querkräfte parallel zur Auflagefläche aufnimmt und damit eine Bewegung des Werkstücktisches in Richtungen parallel zur Auflagefläche verhindert aber eine Kippung um wenigstens eine parallel zur Auflagefläche ausgerichtete Achse und/oder eine Bewegung des gesamten Werkstücktisches in einer Richtung senkrecht zur Auflagefläche zulässt.The object is achieved by a workpiece support with the features of claim 1, wherein the workpiece support according to the invention contains a guide which receives transverse forces parallel to the support surface and thus prevents movement of the workpiece table in directions parallel to the support surface but tilted by at least one parallel to the support surface aligned Axis and / or movement of the entire workpiece table in a direction perpendicular to the support surface allows.
Der Grundgedanke der Erfindung ist darin zu sehen, dass eine von den Lagerelementen unabhängige Führung vorgesehen wird, die alle Querkräfte in Richtungen parallel zur Auflagefläche aufnimmt. Hierdurch wird erreicht, dass die beweglichen Lagerelemente nur in Richtung ihrer Längenverstellbarkeit mit Kräften beaufschlagt werden und somit keine Hystereseffekte auftreten.The basic idea of the invention can be seen in the fact that an independent of the bearing elements guide is provided which receives all lateral forces in directions parallel to the support surface. This ensures that the movable bearing elements are acted upon only in the direction of their length adjustment with forces and thus no hysteresis effects occur.
Als Führungen sind eine Vielzahl von Lösungen denkbar. Für eine Anordnung, bei der der Werkstücktisch nur in einer Richtung senkrecht zur Auflagefläche bewegt werden soll, würde beispielsweise eine Linearführung (z.B. eine Kugel-Schienenführung oder eine Luftlagerführung) vollkommen ausreichen, die den Werkstücktisch in dieser Richtung beweglich lagert.As guides a variety of solutions are conceivable. For an arrangement in which the workpiece table is to be moved only in a direction perpendicular to the support surface, for example, a linear guide (e.g., a ball rail guide or an air bearing guide) would be perfectly sufficient to movably support the work table in that direction.
Vorteilhaft kann die Führung aber auch als ein elastischer Körper ausgebildet sein, der in Richtungen parallel zur Auflagefläche und bezüglich Torsionen um eine senkrecht zur Auflagefläche stehende Achse steif ist und damit eine Bewegung des Werkstücktisches in Richtungen parallel zur Auflagefläche verhindert, aber bei einer Kippung um wenigstens eine parallel zur Auflagefläche ausgerichtete Achse elastisch ausgebildet ist und/oder hinsichtlich einer Bewegung des gesamten Werkstücktisches in einer Richtung senkrecht zur Auflagefläche elastisch ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass eine solche Führung praktisch vollkommen Hysteresefrei ist, da diese Führung keine gegeneinander beweglichen Teile besitzt.Advantageously, however, the guide can also be designed as an elastic body which is stiff in directions parallel to the support surface and torsions about an axis perpendicular to the support surface and thus prevents movement of the workpiece table in directions parallel to the support surface, but at least by tilting a Axis aligned parallel to the bearing surface is designed to be elastic and / or is designed to be elastic with respect to a movement of the entire workpiece table in a direction perpendicular to the bearing surface. This has the advantage that such a guide is virtually completely hysteresis-free, since this guide has no mutually movable parts.
Eine besonders einfache, und damit vorteilhafte Ausgestaltung für einen solchen elastischen Körper, der als Führung wirkt, kann eine Blattfeder sein. Eine solche Blattfeder weist dabei vorteilhaft einen Bereich auf, der zur Auflagefläche des Werkstücktisches parallel ist. Hierdurch können einerseits die Querkräfte in Richtungen parallel zur Auflagefläche aufgenommen werden, da die Blattfeder in diesen Richtungen nahezu steif ist, während die Blattfeder hinsichtlich Bewegungen des Werkstücktisches senkrecht zur Auflagefläche und auch hinsichtlich Rotationen des Werkstücktisches um Achsen parallel zur Auflagefläche flexibel ist.A particularly simple, and thus advantageous embodiment of such an elastic body, which acts as a guide, may be a leaf spring. Such a leaf spring advantageously has an area which is parallel to the bearing surface of the workpiece table. In this way, on the one hand, the lateral forces are received in directions parallel to the support surface, since the leaf spring in these directions is almost stiff, while the leaf spring is flexible with respect to movements of the workpiece table perpendicular to the support surface and also with respect to rotations of the workpiece table about axes parallel to the support surface.
Die Blattfeder kann hierbei prinzipiell an Ihrem einen Ende mit dem Werkstücktisch starr verbunden sein, während sie an ihrem anderen Ende mit der Basis starr verbunden ist.The leaf spring may in principle be rigidly connected at one end to the workpiece table, while it is rigidly connected at its other end to the base.
Um eine verbesserte Beweglichkeit des Werkstücktisches in der zur Auflagefläche senkrechten Bewegungsrichtung zu gewährleisten, kann die Blattfeder an zumindest einem der Enden des zur Auflagefläche parallelen Bereiches einen gegenüber diesem Bereich rechtwinklig abgewinkelten zweiten Bereich aufweisen, der senkrecht zur Auflagefläche liegt. Vorteilhaft sind in einer solchen Ausführungsform dannIn order to ensure improved mobility of the workpiece table in the movement direction perpendicular to the support surface, the leaf spring may have at least one of the ends of the region parallel to the support surface a second region angled at right angles to this region, which is perpendicular to the support surface. In such an embodiment, it is advantageous
entweder beide Enden der Blattfeder starr mit der Basis verbunden und der Werkstücktisch mittig zwischen den beiden starren Verbindungen der Blattfeder zur Basis starr mit der Blattfeder verbunden oder beide Enden der Blattfeder starr mit dem Werkstücktisch verbunden und die Basis mittig zwischen den beiden starren Verbindungen der Blattfeder zum Werkstücktisch starr mit der Blattfeder verbunden.Either both ends of the leaf spring rigidly connected to the base and the workpiece table centered between the two rigid connections of the leaf spring to the base rigidly connected to the leaf spring or both ends of the leaf spring rigidly connected to the workpiece table and the base centered between the two rigid connections of the leaf spring Workpiece table rigidly connected to the leaf spring.
Natürlich können anstelle der Blattfeder auch anders geformte elastische Körper verwendet werden, die zumindest Teile der Funktionen der eben beschriebenen Blattfeder übernehmen. Beispielsweise könnte ein an und für sich steifer Rahmen verwendet werden, der durch entsprechende Einfräsungen an definierten Stellen torsionsweich wird. Es könnten auch mehrere Blattfedern, z.B. mehrere elastische Stäbe, die nebeneinander angeordnet sind, verwendet werden.Of course, instead of the leaf spring and other shaped elastic body can be used, which take over at least parts of the functions of the leaf spring just described. For example, a rigid frame could be used by itself corresponding milled areas become torsionally soft at defined locations. It could also be several leaf springs, for example, a plurality of elastic rods, which are arranged side by side, can be used.
Als Lagerelemente können eine Vielzahl von Lagerungen verwendet werden, wie sie auch Eingangs im Stand der Technik genannt wurden. Es könnten beispielsweise Kugeln verwendet werden, die mit innensphärischen Elementen oder V-Führungen zusammenwirken oder gelenkig angekoppelte, längenveränderliche Beine. Besonders vorteilhaft können jedoch Lagerelemente verwendet werden, die keinerlei Querkräfte, also Kräfte parallel zur Auflagefläche, aufnehmen können. Ein solches Lagerelement umfasst ein Laufelement mit einer ebenen Fläche sowie eine Kugel, die auf der ebenen Fläche des Laufelementes beweglich gelagert ist. Es ist klar, dass das Laufelement mit der ebenen Fläche natürlich auch integraler Bestandteil des Werkstücktisches oder der Basis sein kann, indem Beispielsweise einfach in dem Werkstücktisch oder in der Basis selber eine ebene Fläche eingearbeitet wird. Ein solches Lagerelement könnte beispielsweise eine Kugelrolle mit einer hierin kugelgelagerten Kugel umfassen, die auf der ebenen Fläche beweglich gelagert ist. Alternativ könnte ein solches Lagerelement auch eine Kugel umfassen, die mit zwei Laufelementen mit jeweils ebenen Flächen zusammenwirkt, wobei eines der Laufelemente mit dem Werkstücktisch verbunden ist und das andere Laufelement mit der Basis verbunden ist.As bearing elements, a variety of bearings may be used, as they were also called input in the prior art. For example, balls could be used which interact with internal spherical elements or V-guides or articulated, variable-length legs. However, it is particularly advantageous to be able to use bearing elements which can not absorb any transverse forces, ie forces parallel to the bearing surface. Such a bearing element comprises a running element with a flat surface and a ball which is movably mounted on the flat surface of the running element. It is clear that the running element with the flat surface can of course also be an integral part of the workpiece table or the base, for example by simply incorporating a flat surface in the workpiece table or in the base itself. Such a bearing element could, for example, comprise a ball roller with a ball bearing ball here, which is movably mounted on the flat surface. Alternatively, such a bearing element could also comprise a ball, which interacts with two running elements each having planar surfaces, wherein one of the running elements is connected to the workpiece table and the other running element is connected to the base.
Zusätzlich kann die ebene Fläche des Laufelementes auch gegenüber der Auflagefläche geneigt sein, indem das Laufelement beispielsweise keilförmig ausgebildet ist. Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine Relativbewegung der Kugel gegenüber der ebenen Fläche in einer Richtung parallel zur Auflagefläche in eine Bewegung senkrecht zur Auflagefläche umgesetzt wird, um hierdurch die Längenänderung des Lagerelementes zu erreichen. Um dies zu erreichen, kann beispielsweise auf der Basis ein Laufelement, beispielsweise in Form eines Keils vorgesehen sein, der in einer zur Auflagefläche parallelen Richtung beweglich gelagert ist und dessen ebene Fläche in Verschiebungsrichtung gegenüber der Auflagefläche geneigt ist, so dass bei einer Verschiebung des Laufelementes in Verschiebungsrichtung die Kugel senkrecht zur Auflagefläche bewegt wird und der Werkstücktisch hierdurch senkrecht zur Auflagefläche bewegt wird, also bei einer horizontalen Auflagefläche angehoben oder abgesenkt wird. Es sind viele Varianten möglich. Alternativ kann beispielsweise auch am Werkstücktisch ein keilförmiges Element mit einer ebenen Fläche befestigt sein, die gegen die Auflagefläche geneigt ist, während die Kugel an der Basis in Richtung der Auflagefläche verschieblich gelagert ist. Durch Verschiebung parallel zur Auflagefläche kann der Werkstücktisch in analoger weise gehoben oder gesenkt werden.In addition, the flat surface of the running element can also be inclined relative to the support surface by the running element is for example wedge-shaped. This has the particular advantage that a relative movement of the ball relative to the flat surface in a direction parallel to the support surface is converted into a movement perpendicular to the support surface, thereby achieving the change in length of the bearing element. To achieve this, for example on the basis of a running element may be provided, for example in the form of a wedge, which is movably mounted in a direction parallel to the support surface and the flat surface is inclined in the direction of displacement relative to the support surface, so that upon displacement of the running element in the direction of displacement, the ball is moved perpendicular to the support surface and the workpiece table is thereby moved perpendicular to the support surface, that is raised or lowered at a horizontal support surface. There are many variants possible. Alternatively, for example, a wedge-shaped element with a flat surface, which is inclined against the support surface, while the ball on the base in the direction of the support surface on the workpiece table is slidably mounted. By displacement parallel to the support surface of the workpiece table can be raised or lowered in an analogous manner.
Soweit ebene Flächen Einsatz finden, die gegen die Auflagefläche geneigt sind, ergibt sich durch die auf das Lagerelement wirkende Gewichtskraft des Werkstücktisches, die auf das verschieblich gelagerte Laufelement mit der geneigten ebenen Fläche wirkt, nach dem Prinzip des Hangabtriebes eine Kraft in Verschiebungsrichtung des Laufelementes, also in einer Richtung parallel zur Auflagefläche. In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist daher wenigstens eine Feder vorgesehen, die diese Kraft in Verschiebungsrichtung zumindest teilweise kompensiert. Die Feder kann, je nach Anordnung, entweder als Zugfeder oder als Druckfeder ausgestaltet sein.As far as flat surfaces are used, which are inclined against the support surface, resulting from the force acting on the bearing element weight of the workpiece table, which acts on the displaceably mounted running element with the inclined flat surface, according to the principle of the downgrade force in the direction of displacement of the running element, So in a direction parallel to the support surface. In a particularly advantageous embodiment of the invention, therefore, at least one spring is provided which at least partially compensates for this force in the direction of displacement. The spring can, depending on the arrangement, be designed either as a tension spring or as a compression spring.
Der Werkstücktisch weist eine Auflagefläche auf, auf der ein Werkstück gelagert werden kann. Das Werkstück kann entweder direkt auf dem Werkstücktisch gelagert werden, indem das Werkstück hieran direkt befestigt wird. Alternativ kann jedoch auch auf dem Werkstücktisch eine weitere Vorrichtung, wie beispielsweise ein Drehtisch oder eine Aufspannvorrichtung montiert sein, auf der dann wiederum das Werkstück befestigt ist.The workpiece table has a bearing surface on which a workpiece can be stored. The workpiece can either be stored directly on the workpiece table by the workpiece is attached directly thereto. Alternatively, however, can be mounted on the workpiece table, a further device, such as a turntable or a jig on which in turn the workpiece is attached.
Auch bei den Werkstücken kann es sich um die unterschiedlichsten Varianten handeln. Es kann sich beispielsweise um einen Wafer handeln, der zur Herstellung einer integrierten Schaltung bearbeitet wird oder um ein Substrat, wie eine Glasscheibe, die auf einer Seite mit einer Halbleiterschicht überzogen ist. Es kann sich aber auch um ein Werkstück handeln, das von einem Messgerät vermessen wird oder um ein Werkstück das von einer Werkstückbearbeitungsmaschine bearbeitet wird.Also, the workpieces can be a variety of variants. For example, it may be a wafer that is being machined to make an integrated circuit or a substrate, such as a glass sheet, that is coated on one side with a semiconductor layer. But it can also be a workpiece that is measured by a measuring device or a workpiece that is processed by a workpiece processing machine.
Auch die Basis kann unterschiedlich ausgestaltet sein. Es kann sich hierbei im einfachsten Fall um den Hallenboden handeln, auf dem der Werkstücktisch über die Lagerelemente gelagert ist. Alternativ kann es sich hierbei um ein Bauteil der Maschine handeln, das ggf. sogar in einer oder in mehreren Richtungen beweglich gelagert ist.The base can also be designed differently. In the simplest case, this may be the hall floor on which the workpiece table is mounted via the bearing elements. Alternatively, this may be a component of the machine, which is possibly even movably mounted in one or more directions.
Eine weitere Verbesserung ergibt sich, wenn der Werkstücktisch zusätzlich auf wenigstens einem federnden Element gegenüber der Basis gelagert ist, das zumindest Teile der Gewichtskraft des Werkstücktisches aufnimmt. Dies hat den besonderen Vorteil, dass die Lagerelemente nur geringe Gewichtskräfte aufnehmen müssen, und hierdurch den ggf. schweren Werkstücktisch mit relativ geringen Kräften bewegen können.A further improvement results when the workpiece table is additionally mounted on at least one resilient element relative to the base, which receives at least parts of the weight of the workpiece table. This has the particular advantage that the Bearing elements only need to absorb low weight forces, and thereby can move the possibly heavy workpiece table with relatively small forces.
Wie oben bereits ausgeführt, kann die oben beschriebene Werkstückauflage in unterschiedlichsten Maschinen verwendet werden. Vorteilhaft ist die Werkstückauflage jedoch in einer Bearbeitungsanlage mit einem Bearbeitungswerkzeug zur Bearbeitung eines Werkstückes einsetzbar, das ein zu bearbeitendes Halbleitermaterial umfasst, beispielsweise bei einer Anlage, mit der durch einen Laserstrahl die Oberfläche eines Wafers oder eines mit einem Halbleitermaterial beschichteten Trägersubstrates aufgeschmolzen wird, um die Kristall struktur des Halbleitermaterials zu verändern. Das Bearbeitungswerkzeug kann dann eine Laservorrichtung sein, die einen Laserstrahl so auffächert, dass der auf dem Halbleitermaterial des Werkstückes auftreffende Laserstrahl eine Linie ergibt. In einem solche Fall ist es insbesondere wichtig den Werkstücktisch hochgenau in der oben angegebenen Weise um eine beliebige Achse parallel zur Auflagefläche zu kippen oder ihn senkrecht zur Auflagefläche zu bewegen, um die zu bearbeitende Oberfläche des Halbleitermaterials bestmöglich in die Fokuslinie zu bewegen. Da eine Bewegung des Laserstrahl in einer solchen Anordnung nur schwer möglich ist, sollte außerdem die Basis der Werkstückauflage in wenigstens einer Richtung verschieblich gelagert sein und zwar senkrecht zur Ebene, die durch den aufgefächerten Laserstrahl definiert wird.As already stated above, the workpiece support described above can be used in a wide variety of machines. Advantageously, however, the workpiece support can be used in a processing system with a machining tool for machining a workpiece comprising a semiconductor material to be processed, for example in a system with which the surface of a wafer or of a carrier substrate coated with a semiconductor material is melted by a laser beam Crystal structure of the semiconductor material to change. The processing tool may then be a laser device which fans out a laser beam so that the laser beam impinging on the semiconductor material of the workpiece results in a line. In such a case, it is particularly important to tilt the workpiece table with high precision in the above-mentioned manner about an arbitrary axis parallel to the support surface or to move it perpendicular to the support surface in order to move the surface of the semiconductor material to be processed in the best possible way in the focus line. In addition, since movement of the laser beam is difficult in such an arrangement, the base of the workpiece support should also be slidably mounted in at least one direction perpendicular to the plane defined by the fanned-out laser beam.
Damit die jeweilige Position der Auflagefläche des Werkstücktisches genau ermittelt werden kann, ist wenigstens einem Lagerelement ein Wegmesssystem zugeordnet, über das der Abstand zwischen der Basis und dem Werkstücktisch bestimmt werden kann. Ist der Werkstücktisch auf drei längenveränderlichen Lagerelementen gelagert und ist jedem Lagerelement ein Wegmesssystem zugeordnet, so können aus den Signalen der Wegmessysteme hochgenau die Lage der Auflagefläche in der zur Auflagefläche senkrechten Richtung, wie auch Kippwinkel um Drehachsen, die parallel zur Auflagefläche ausgerichtet sind, bestimmt und eingestellt werden. Zur Messung können die Wegmesssysteme unterschiedlich ausgestaltet sein, beispielsweise mit Inkrementalmassstäben, oder mit einem Induktivmeßsystem.Thus, the respective position of the support surface of the workpiece table can be accurately determined, at least one bearing element, a distance measuring system is assigned, via which the distance between the base and the workpiece table can be determined. If the workpiece table is mounted on three variable-length bearing elements and each bearing element is associated with a distance measuring system, then the position of the bearing surface in the direction perpendicular to the support surface direction, as well as tilt angle about axes of rotation, which are aligned parallel to the support surface determined from the signals of the Wegmessysteme and be set. For measurement, the displacement measuring systems can be configured differently, for example with incremental scales, or with an inductive measuring system.
Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Figuren. Hierin zeigen: Figur 1 : Eine Bearbeitungsanlage 1 mit einer erfindungsgemäßen Werkstückauflage 27;Further embodiments and developments of the invention will become apparent from the figures. Herein show: Figure 1: A processing plant 1 with a workpiece support 27 according to the invention;
Figur 2: Perspektivische Darstellung des Werkstücktisches 4 im abmontierten Zustand gesehen von seitlich unten;Figure 2: Perspective view of the workpiece table 4 in the demounted state seen from the side below;
Figur 3: Ein Lagerelement 7a aus Figur 2 in der Seitenansicht;Figure 3: A bearing element 7a of Figure 2 in side view;
Figur 4: Das Lagerelement 7a nach Figur 3 in der Draufsicht;Figure 4: The bearing element 7a of Figure 3 in plan view;
Figur 5+6: schematische Darstellung der Zusammenwirkung zwischen dem Schlitten 17a und der Kugel 16a der Kugelrolle 15a;Figure 5 + 6: schematic representation of the interaction between the carriage 17a and the ball 16a of the ball roller 15a;
Figur 7: Perspektivische Darstellung der Kugelrolle 15a mit einem aufgeschnittenenFigure 7: Perspective view of the ball roller 15a with a cut
Gehäuse 33 a; undHousing 33a; and
Figur 8: Perspektivische Darstellung des Wegmesssystems 29a aus Figur 2, das demFIG. 8: Perspective view of the path measuring system 29a from FIG
Lagerelement 7a zugeordnet ist.Assigned bearing element 7a.
In Figur 1 ist eine Bearbeitungsanlage 1 mit einer erfindungsgemäßen Werkstückauflage 27 zu sehen. Wie hieraus zu sehen, weist die Bearbeitungsanlage 1 einen Laser 2 auf, mit dem der für die Bearbeitung des hier nicht näher zu sehenden Werkstückes (eine Glasplatte, die mit einer Halbleiterschicht überzogen ist) erforderliche Laserstrahl erzeugt wird. Der Laserstrahl wird über Spiegel in ein optisches System 3 eingespiegelt, über das der Laserstrahl so aufgefächert wird, dass der auf dem Halbleitermaterial auftreffende Laserstrahl eine Linie quer zur Bewegungsrichtung (siehe Pfeil y) der Werkstückauflage 27 ergibt. Das optische System 3 ist hierbei über eine Stahlkonstruktion 23 auf einem Grundgestell 6 gelagert, das wiederum über Dämpfer 26 auf dem darunter liegenden Boden gelagert ist. Die Werkstückauflage 27, auf der das zu bearbeitende Werkstück aufliegt ist hier in Figur 1 nur grob zu erkennen. Diese Werkstückauflage 27 umfasst eine Basis 5, die über Luftlager 25 in Richtung des Pfeils y beweglich geführt sind. Außerdem ist im Grundgestell 6 ein Kanal 24 eingearbeitet, über den die Werkstückauflage 27 auch seitlich geführt. Die Werkstückauflage 27 wird über einen hier nicht näher gezeigten Reibradantrieb angetrieben, wobei die genaue Position der Werkstückauflage über einen ebenfalls hier nicht näher zu sehenden Maßstab bestimmt wird. Außerdem umfasst die Werkstückauflage auch einen Werkstücktisch 4, auf dem das Werkstück (eine Glasplatte mit einer Halbleiterschicht) aufliegt. Der Werkstücktisch 4 weist eine Auflagefläche 28 auf, die im vorliegenden Fall horizontal ausgerichtet ist.FIG. 1 shows a processing installation 1 with a workpiece support 27 according to the invention. As can be seen from this, the processing installation 1 has a laser 2 with which the laser beam required for processing the workpiece, which is not closer here (a glass plate which is coated with a semiconductor layer), is produced. The laser beam is reflected by mirrors into an optical system 3, by means of which the laser beam is fanned out in such a way that the laser beam incident on the semiconductor material gives a line transversely to the direction of movement (see arrow y) of the workpiece support 27. The optical system 3 is in this case mounted on a base frame 6 via a steel construction 23, which in turn is supported by dampers 26 on the underlying floor. The workpiece support 27, on which the workpiece to be machined rests, can only be roughly recognized here in FIG. This workpiece support 27 comprises a base 5 which are movably guided via air bearings 25 in the direction of the arrow y. In addition, a channel 24 is incorporated in the base frame 6, via which the workpiece support 27 also guided laterally. The workpiece support 27 is driven by a friction wheel drive, not shown here in detail, wherein the exact position of the workpiece support is determined via a likewise not closer to scale. In addition, the workpiece support also includes a workpiece table 4, on the workpiece (a glass plate with a semiconductor layer) rests. The workpiece table 4 has a support surface 28, which is horizontally aligned in the present case.
Um das Werkstück möglichst genau gegenüber dem Laserstrahl in dessen Fokus positionieren zu können, der hier als Fokuslinie ausgebildet ist, kann die Lage des Werkstücktisches 4 in der mit dem Pfeil z bezeichneten Richtung senkrecht zu seiner horizontalen Auflagefläche 28 bewegt werden, auf der das Werkstück aufliegt, so dass das Werkstück also in vertikaler Richtung insgesamt gegenüber dem Laserstrahl auf- und abbewegt werden kann. Außerdem kann der Werkstücktisch 4 auch um eine beliebige Achse parallel zur Auflagefläche 28 verkippt werden, also sowohl um eine Drehachse, die zu dem mit x bezeichneten Pfeil parallel ist, als auch um eine zum Pfeil y parallele Drehachse. Hierdurch kann die Auflagefläche 28 und mithin die Oberfläche des hierauf aufliegenden Werkstückes auch gegenüber dem Laserstrahl gekippt werden.In order to position the workpiece as accurately as possible relative to the laser beam in the focus, which is designed here as a focus line, the position of the workpiece table 4 can be moved in the direction indicated by the arrow z perpendicular to its horizontal support surface 28 on which the workpiece rests so that the workpiece so in the vertical direction can be moved up and down a total of the laser beam. In addition, the workpiece table 4 can also be tilted about an arbitrary axis parallel to the bearing surface 28, that is to say both about an axis of rotation which is parallel to the arrow designated x, and about an axis of rotation parallel to the arrow y. In this way, the support surface 28 and consequently the surface of the workpiece resting thereon can also be tilted with respect to the laser beam.
Die Steuerung des Lasers 2, des optischen Systems 3, der Bewegung der Werkstückauflage 27 in der mit dem Pfeil y gezeigten Richtung sowie die Bewegung des Werkstücktisches 4 gegenüber der Basis 5 erfolgt hierbei, wie üblich, durch eine Steuerung, die hier nicht näher zu sehen ist. Die konkrete Mechanik, über die der Werkstücktisch 4 in der zur Auflagefläche 28 senkrechten Richtung z bewegt wird und um die zur Auflagefläche parallelen Achsen (Achsen parallel zur x und y-Achse) rotiert wird, wird näher anhand der nun folgenden Figuren 2 bis 8 näher erläutert.The control of the laser 2, the optical system 3, the movement of the workpiece support 27 in the direction shown by the arrow y and the movement of the workpiece table 4 relative to the base 5 takes place here, as usual, by a controller that can not be seen here is. The concrete mechanism by means of which the workpiece table 4 is moved in the direction z perpendicular to the bearing surface 28 and is rotated about the axes parallel to the bearing surface (axes parallel to the x and y axes) will be described in more detail with reference to FIGS. 2 to 8 which follow explained.
Figur 2 zeigt hierbei Teile des Werkstücktisches 4 gemeinsam mit den Elementen, die zur Bewegung des Werkstücktisches 4 notwendig sind, im abmontierten Zustand in einer perspektivischen Ansicht von seitlich unten. Wie hierbei zunächst zu sehen ist, sind am Werkstücktisch 4 drei Lagerelemente 7a, 7b, 7c zur Lagerung des Werkstücktisches 4 auf der hier nicht zu sehenden Basis 5 vorgesehen. Die Lagerelemente 7a, 7b, 7c sind dazu einerseits auf ihrer Oberseite mit dem Werkstücktisch 4 verbunden, während ihre Unterseite, im vorliegenden Fall die Platten 13a, 13b und 13c auf der in Figur 2 nicht zu sehenden Basis 5 aufliegen und hier befestigt sind. Im vorliegenden Fall sind alle drei Lagerelemente 7a, 7b, 7c in der mit dem Pfeil z gezeigten Richtung längenverstellbar ausgebildet, wie dies anhand der Figuren 3 bis 8 weiter unten noch näher beschrieben wird. Hierdurch kann der Werkstücktisch 4 einerseits so bewegt werden, dass die Lage des Werkstücktisches 4 senkrecht zur Auflagefläche 28 verändert wird. Dazu muß lediglich bei allen Lagerelementen 7a, 7b, 7c die jeweilige Länge La (Länge des Lagerelementes 7a, vgl. Figur 3), Lb (Länge des Lagerelementes 7b) und Lc (Länge des Lagerelementes 7c) um denselben Betrag verlängert oder verkürzt werden. Außerdem kann die Auflagefläche 28 des Werkstücktisches auch um eine im wesentlichen beliebige, zur Auflagefläche 28 parallel ausgerichtete Achse gekippt werden, also eine Achse, die zu den Pfeilen x oder y parallel ist, indem die Längen La, Lb und Lc der Lagerelemente 7a, 7b und 7c so verändert werden, dass sich die Längenunterschiede La-Lb und/oder La-Lc und/oder La-Lb verändern.FIG. 2 shows parts of the workpiece table 4 together with the elements which are necessary for the movement of the workpiece table 4, in the disassembled state in a perspective view from the side below. As can be seen here initially, three bearing elements 7a, 7b, 7c are provided on the workpiece table 4 for mounting the workpiece table 4 on the base 5, which is not visible here. The bearing elements 7a, 7b, 7c are on the one hand on its upper side connected to the workpiece table 4, while its bottom, in the present case, the plates 13a, 13b and 13c rest on the not visible in Figure 2 base 5 and are fixed here. In the present case, all three bearing elements 7a, 7b, 7c are designed to be adjustable in length in the direction shown by the arrow z, as will be described in more detail below with reference to FIGS. 3 to 8. In this way, the workpiece table 4 on the one hand be moved so that the position of the workpiece table 4 is changed perpendicular to the support surface 28. For this purpose, only in all bearing elements 7a, 7b, 7c the respective length La (length of the bearing element 7a, see Figure 3), Lb (length of the bearing element 7b) and Lc (length of the bearing element 7c) are extended or shortened by the same amount. In addition, the support surface 28 of the workpiece table can also be tilted about a substantially any axis parallel to the bearing surface 28, ie an axis which is parallel to the arrows x or y, by the lengths La, Lb and Lc of the bearing elements 7a, 7b and 7c are changed so that the length differences La-Lb and / or La-Lc and / or La-Lb change.
Wie bereits oben ausgeführt, ist ferner eine Führung vorgesehen, die Querkräfte parallel zur Auflagefläche 28 aufnimmt, also in den mit den Pfeilen x und y bezeichneten Richtungen und damit eine Bewegung des Werkstücktisches 4 in Richtungen parallel zur Auflagefläche 28 verhindert, aber eine Kippung um wenigstens eine parallel zur Auflagefläche ausgerichtete Achse und/oder eine Bewegung des gesamten Werkstücktisches 4 senkrecht zur Auflagefläche 28 zulässt.As already stated above, a guide is further provided which receives transverse forces parallel to the support surface 28, ie in the directions indicated by the arrows x and y directions and thus prevents movement of the workpiece table 4 in directions parallel to the support surface 28, but a tilt by at least an aligned parallel to the support surface axis and / or movement of the entire workpiece table 4 perpendicular to the support surface 28 permits.
Die Führung ist vorteilhaft als ein elastischer Körper ausgeführt, der in Richtungen parallel zur Auflagefläche 28, also in Richtungen der Pfeile x und y und bezüglich Torsionen um eine senkrecht zur Auflagefläche stehende Achse, also Torsionen um eine zur Achse z parallele Achse, steif ist. Hierdurch werden Bewegungen des Werkstücktisches in Richtungen parallel zur Auflagefläche 28 verhindert, also Bewegungen in Richtungen x und y und auch Rotationen um eine zur Achse z parallele Drehachse. Bezüglich Kippungen um eine parallel zur Auflagefläche 28 ausgerichtete Achse ist der elastische Körper hingegen elastisch ausgebildet ist und hinsichtlich einer Bewegung des gesamten Werkstücktisches 4 in einer Richtung z senkrecht zur Auflagefläche 28.The guide is advantageously designed as an elastic body which is rigid in directions parallel to the support surface 28, ie in directions of the arrows x and y and torsions about an axis perpendicular to the support surface, ie torsions about an axis parallel to the axis z. As a result, movements of the workpiece table in directions parallel to the support surface 28 are prevented, so movements in directions x and y and also rotations about a parallel axis z axis of rotation. With respect to tilting about an aligned parallel to the support surface 28 axis of the elastic body, however, is designed to be elastic and with respect to a movement of the entire workpiece table 4 in a direction z perpendicular to the support surface 28th
Im vorliegenden Fall wurde dieser elastische Körper, durch den die Führung realisiert ist, durch eine Blattfeder 8 realisiert, die unter anderem einen Bereich 8a aufweist, der zur Auflagefläche 28 des Werkstücktisches parallel ist und an einem Ende des zur Auflagefläche 28 parallelen Bereiches 8a einen gegenüber diesem Bereich rechtwinklig abgewinkelten zweiten Bereich 8b aufweist, der senkrecht zur Auflagefläche 28 liegt. Wie zu sehen, sind hierbei beide Enden der Blattfeder 8 starr mit dem Werkstücktisch 4 verbunden, nämlich einmal über eine Klemmleiste 1 1, und zum anderen über eine Klemmleiste 12. Die in Figur 2 nicht dargestellte Basis 5 hingegen ist mittig zwischen den beiden starren Verbindungen der Blattfeder 8 zum Werkstücktisch 4 starr mit der Blattfeder verbunden, indem eine Klemmleiste 9 hieran befestigt ist, an der wiederum eine Seite eines Winkelstückes 10 befestigt ist, wobei die andere Seite des Winkelstückes 10 an der Basis 5 befestigt ist. Bedingt durch die Blattfeder 8 ist der Werkstücktisch 4 und die Basis 5 mithin in den mit den Pfeilen y und x bezeichneten Richtungen, die parallel zur Auflagefläche 28 sind, steif miteinander gekoppelt und auch hinsichtlich Torsionen um senkrecht zur Auflagefläche 28 stehende Achsen, die parallel zur z-Achse sind, so dass Querkräfte parallel zur Auflagefläche 28 aufgenommen werden. Bewegungen des Werkstücktisches 4 senkrecht zur Auflagefläche, also in der mit dem Pfeil z bezeichneten Richtung lässt die Blattfeder 8 hingegen zu, nachdem die Blattfeder sich in der betreffenden Richtung elastisch verformen kann. Genauso lässt die Blattfeder 8 auch Kippungen um parallel zur Auflagefläche 28 ausgerichtete Achsen, also um Kippachsen zu, die zu den Achsen x und y parallel sind, da sich die Blattfeder 8 auch entsprechend elastisch verformen kann.In the present case, this elastic body, through which the guide is realized, realized by a leaf spring 8, which, inter alia, a region 8a which is parallel to the support surface 28 of the workpiece table and at one end of the bearing surface 28 parallel to the area 8a opposite This region has an angularly angled second region 8b, which is perpendicular to the support surface 28. As can be seen, in this case both ends of the leaf spring 8 are rigidly connected to the workpiece table 4, namely once via a terminal block 1 1, and the other via a terminal block 12. The base 5, not shown in Figure 2, however, is centered between the two rigid connections the leaf spring 8 to the workpiece table 4 rigidly connected to the leaf spring by a Clamping strip 9 is attached thereto, to which in turn one side of an angle piece 10 is fixed, wherein the other side of the angle piece 10 is fixed to the base 5. Due to the leaf spring 8 of the workpiece table 4 and the base 5 is therefore rigidly coupled together in the direction indicated by the arrows y and x directions, which are parallel to the support surface 28 and also with respect to torsions about perpendicular to the support surface 28 axes parallel to Z axis are, so that transverse forces are received parallel to the support surface 28. Movements of the workpiece table 4 perpendicular to the support surface, ie in the direction indicated by the arrow z leaves the leaf spring 8, however, after the leaf spring can deform elastically in the relevant direction. Similarly, leaves the leaf spring 8 and tilting about parallel to the support surface 28 aligned axes, ie about tilting axes, which are parallel to the axes x and y, since the leaf spring 8 can deform correspondingly elastic.
Damit die Lagerelemente 7a, 7b, 7c möglichst wenig Kräfte aufnehmen müssen, ist der Werkstücktisch 4 zusätzlich auf federnden Elementen 22a, 22b, 22c gelagert, die jeweils Teile der Gewichtskraft des Werkstücktisches 4 aufnehmen. Hierdurch wird praktisch die gesamte Gewichtskraft des Werkstücktisches 4 von den federnden Elementen 22a, 22b und 22c aufgenommen, so dass die Lagerelemente 7a, 7b, 7c den Werkstücktisch 4 mit sehr geringen Kräften bewegen können.So that the bearing elements 7a, 7b, 7c have to absorb as few forces as possible, the workpiece table 4 is additionally mounted on resilient elements 22a, 22b, 22c which respectively receive parts of the weight force of the workpiece table 4. As a result, practically the entire weight force of the workpiece table 4 is received by the resilient elements 22a, 22b and 22c, so that the bearing elements 7a, 7b, 7c can move the workpiece table 4 with very small forces.
Mit dem Bezugszeichen 29c ist ein Wegmesssystem bezeichnet, mit dem die jeweilige eingestellte Länge Lc (vgl. die Länge La für das Lagerelement 7a in Figur 3) des zugeordneten Lagerelementes 7c bestimmt werden kann, die hier dem Abstand zwischen der Basis 5 und dem Werkstücktisch 4 enspricht. Auch die anderen Lagerelemente 7a und 7b weisen entsprechende Wegmesssysteme auf, mit denen die jeweilig eingestellte Länge Lb und Lc erfasst werden kann, so dass über einen entsprechenden Regelkreis durch die Steuerung hochgenau eine gewünschte Position des Werkstücktisches 4 in der zur Auflagefläche 28 senkrechten Richtung (siehe Pfeil z) und/oder eine Kippung um eine zur Auflagefläche 28 parallele Achse eingestellt werden kann.Reference numeral 29c denotes a displacement measuring system with which the respective set length Lc (cf., the length La for the bearing element 7a in FIG. 3) of the associated bearing element 7c can be determined, here the distance between the base 5 and the workpiece table 4 corresponds. The other bearing elements 7a and 7b have corresponding displacement measuring systems, with which the respective set length Lb and Lc can be detected, so that via a corresponding control loop by the control highly accurately a desired position of the workpiece table 4 in the direction of support surface 28 perpendicular direction (see Arrow z) and / or a tilt about an axis parallel to the support surface 28 can be adjusted.
Anhand der Figuren 3 bis 8 soll nunmehr die Funktion eines dieser drei Lagerelemente 7a, 7b, 7c erläutert werden, nämlich für das Lagerelement 7a. Figur 3 zeigt hierbei das Lagerelement 7a in der Seitenansicht und Figur 4 in der Draufsicht. Wie aus Figur 3 ersichtlich, ist das Lagerelement 7a über eine Platte 13 an der in Figur 3 nur ausschnittsweise im Schnitt dargestellten Basis 5 befestigt. Zur Veränderung der Länge La des Lagerelementes 7a weist dieses einen Linearantrieb auf, der beispielhaft in Form eines Spindelantriebes ausgebildet ist. Der Spindelantrieb umfasst hierbei einen elektromotorischen Antrieb 20a und eine Gewindespindel 19a, die über den elektromotorischen Antrieb 20a angetrieben wird.The function of one of these three bearing elements 7a, 7b, 7c will now be explained with reference to FIGS. 3 to 8, namely for the bearing element 7a. FIG. 3 shows the bearing element 7a in the side view and FIG. 4 in the plan view. As can be seen from FIG. 3, the bearing element 7a is only partially cut away via a plate 13 at the in FIG attached base 5 attached. To change the length La of the bearing element 7a, this has a linear drive, which is designed for example in the form of a spindle drive. The spindle drive in this case comprises an electromotive drive 20a and a threaded spindle 19a, which is driven via the electromotive drive 20a.
Die Gewindespindel 19awirkt mit einem Innengewinde eines auf einer Kugelschienenführung 35 geführten Schlittens 17a zusammen und bewegt diesen in der mit dem Pfeil x bezeichneten Richtung. Der Schlitten 17a ist teilweise von einer Feder 18a verdeckt, deren genaue Funktion noch später erläutert wird. Der Schlitten 17a weist hierbei eine Ebene 32a auf, die gegen die Horizontale und damit gegenüber der Auflagefläche 28 geneigt ist, wobei auf dieser Ebene 32a die Kugel 16a einer Kugelrolle 15a läuft. Die Kugelrolle 15a wiederum ist leicht geneigt in einer Halterung 14a befestigt, die wiederum am in Figur 3 nur ausschnittsweise im Schnitt dargestellten Werkstücktisch 4 befestigt ist.The threaded spindle 19a cooperates with an internal thread of a guided on a ball rail guide 35 slide 17a and moves it in the direction indicated by the arrow x direction. The carriage 17a is partially covered by a spring 18a, the exact function will be explained later. The carriage 17a in this case has a plane 32a, which is inclined relative to the horizontal and thus relative to the bearing surface 28, wherein the ball 16a of a ball roller 15a runs on this plane 32a. The ball roller 15a, in turn, is mounted slightly inclined in a holder 14a, which in turn is fastened to the workpiece table 4, which is shown only partially in section in FIG.
Das Zusammenwirken zwischen dem Schlitten 17a und der Kugel 16a der Kugelrolle 15a soll nunmehr näher anhand von Figuren5 und 6 dargestellt werden. In Figur 6 ist rein schematisch der Schlitten 17a aus Figur 3 zu sehen, der vom Spindelantrieb in der mit dem Pfeil x bezeichneten Richtung verfahren wird. Bedingt durch die schräge Ebene 32a des Schlittens 17a wird die Kugel 16a der Kugelrolle 15a in der mit dem Pfeil z bezeichneten Richtung angehoben. Über die in Figur 3 zu sehende Halterung 14a wird der Hub auf den Werkstücktisch 4 übertragen.The cooperation between the carriage 17a and the ball 16a of the ball roller 15a will now be illustrated in more detail with reference to FIGS. FIG. 6 shows purely schematically the carriage 17a from FIG. 3, which is moved by the spindle drive in the direction indicated by the arrow x. Due to the inclined plane 32a of the carriage 17a, the ball 16a of the ball roller 15a is raised in the direction indicated by the arrow z. The hub 14a is transferred to the workpiece table 4 via the holder 14a to be seen in FIG.
In Figur 7 ist genau der umgekehrte Vorgang zu Figur 6 dargestellt. Hierin wird der Schlitten 17a in der mit dem Pfeil -x bezeichneten Richtung verschoben. Bedingt durch die schräge Ebene 32a des Schlittens 17a wird die Kugel 16a der Kugelrolle 15a in der mit dem Pfeil -z bezeichneten Richtung abgesenkt. Über die in Figur 3 zu sehende Halterung 14a wird die Absenkung auf den Werkstücktisch 4 übertragen.FIG. 7 shows exactly the reverse process to FIG. Herein, the carriage 17a is displaced in the direction indicated by the arrow -x. Due to the inclined plane 32a of the carriage 17a, the ball 16a of the ball roller 15a is lowered in the direction indicated by the arrow -z. By way of the holder 14a to be seen in FIG. 3, the lowering is transmitted to the workpiece table 4.
Der Aufbau einer Kugelrolle 15a mit der Kugel 16a soll kurz anhand von Figur 7 erläutert werden. Wie aus Figur 7 zu sehen, ist die Kugel 16a über eine Vielzahl von kleinen Kugeln 21a in einem Käfig beweglich gelagert. Der Käfig wird durch ein Gehäuse, von dem nur die eine aufgeschnittene Hälfte 33a zu sehen ist und durch einen Kern 34a gebildet. Damit umfasst das hier dargestellte Lagerelement 7a ein keilförmig ausgebildetes Laufelement (Schlitten 17a ) das parallel zur Auflagefläche 28 verschieblich gelagert ist und das eine ebene Fläche 32a, aufweist, die in Verschiebungsrichtung gegenüber der Auflagefläche 28 geneigt ist. Das Lagerelement 7a umfasst außerdem eine in einer Kugelrolle 15a kugelgelagerte Kugel 16a, die auf der ebenen Fläche 32a des Laufelementes (Schlitten 17a) beweglich gelagert ist. Durch eine Verschiebung des Laufelementes (Schlitten 17a) in Verschiebungsrichtung ist also eine Bewegung der Kugel 16a senkrecht zur Auflagefläche 28 erzeugbar.The construction of a ball roller 15a with the ball 16a will be explained briefly with reference to FIG. As can be seen in Figure 7, the ball 16a is movably supported in a cage by a plurality of small balls 21a. The cage is formed by a housing, of which only the cut half 33a can be seen and formed by a core 34a. Thus, the bearing element 7a shown here comprises a wedge-shaped running element (carriage 17a) which is mounted displaceably parallel to the support surface 28 and which has a flat surface 32a, which is inclined in the displacement direction relative to the support surface 28. The bearing element 7a also comprises a ball-mounted ball 16a in a ball roller 15a, which is movably mounted on the flat surface 32a of the running element (carriage 17a). By a displacement of the running element (slide 17a) in the direction of displacement, therefore, a movement of the ball 16a perpendicular to the support surface 28 can be generated.
Bedingt durch die auf das betreffende Lagerelement 17a wirkende Gewichtskraft des Werkstücktisches 4 auf das verschieblich gelagerte Laufelement (Schlitten 17a) mit der geneigten ebenen Fläche (32a) wird nach dem Prinzip der „Hangabtriebskraft" eine Kraft in Verschiebungsrichtung des keilförmigen Laufelementes (Schlitten 17a) erzeugt, die in der mit dem Pfeil — x bezeichneten Richtung der Figur 6 wirkt. Um diese Kraft aufzunehmen sind seitlich des Schlittens 17a Federn 18a und 34a vorgesehen, die diese Kraft in Verschiebungsrichtung kompensieren. Es handelt sich hierbei um Zugfedern, die, wie in Figur 4 dargestellt, befestigt sind. Figur 4 zeigt hierbei eine Aufsicht auf das Lagerlement 7a.Due to the force acting on the relevant bearing element 17a weight of the workpiece table 4 on the displaceably mounted running element (carriage 17a) with the inclined flat surface (32a) is generated according to the principle of "downgrade force" a force in the direction of displacement of the wedge-shaped running element (carriage 17a) acting in the direction indicated by the arrow-x of Figure 6. To accommodate this force, springs 18a and 34a are provided on the side of the carriage 17a to compensate for this force in the direction of displacement 4 shows a plan view of the bearing element 7a.
Figur 8 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Wegmesssystems 29a, das genauso wie das Wegmesssystem 29c gemäß aus Figur 2 aufgebaut ist, und das jedoch dem Lagerelement 7a zugeordnet ist. Hierbei handelt es sich um ein Wegmesssystem, bei dem über eine entsprechende Messeinrichtung der Abstand einer Platte 30a gegenüber der gekapselten Messvorrichtung 31a gemessen wird. Die gekapselte Messvorrichtung 31a ist hierbei an der Basis 5 befestigt, während die Platte 30a am Werkstücktisch 4 befestigt ist. Die Platte 30 ist hierbei über einen Stab mit einem im Inneren der Messvorrichtung 31a befindlichen Ablesekopf verbunden, der die jeweilige Position gegenüber einem ebenfalls im Inneren der Messvorrichtung 31a befindlichen Inkrementalmassstab bestimmt. Hierüber kann die jeweilige Position der Platte 30a gegenüber der Messvorrichtung 31a bestimmt werden. Das Signal der Messvorrichtung 31a wird, wie auch für die Signale der anderen Messvorrichtungen, die den Lagerelementen 7b und 7c zugeordnet sind, an die Steuerung geliefert, und hier in einen Regelkreis eingebunden, in den auch die Antriebe 20a, 20b und 20c eingebunden sind, so dass hochgenau für jedes Lagerelement 7a, 7b und 7c die entsprechende Länge La, Lb und Lc eingestellt werden kann. Abschließend sei noch bemerkt, dass die Erfindung natürlich in keiner Weise auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist und vielfältig variieren kann, wie dies bereits oben ausgeführt ist. Beispielsweise muss die Auflagefläche 28 nicht horizontal ausgerichtet sein, sondern kann genauso mit der Horizontalen einen Winkel einschließen. FIG. 8 shows a perspective view of a displacement measuring system 29a, which is constructed in the same way as the displacement measuring system 29c according to FIG. 2, but which is associated with the bearing element 7a. This is a displacement measuring system in which the distance of a plate 30a from the encapsulated measuring device 31a is measured by means of a corresponding measuring device. The encapsulated measuring device 31 a is in this case attached to the base 5, while the plate 30 a is fixed to the workpiece table 4. In this case, the plate 30 is connected via a rod to a reading head located in the interior of the measuring device 31a, which determines the respective position with respect to an incremental scale also located in the interior of the measuring device 31a. By way of this, the respective position of the plate 30a relative to the measuring device 31a can be determined. The signal of the measuring device 31a, as well as for the signals of the other measuring devices, which are assigned to the bearing elements 7b and 7c, supplied to the controller, and here incorporated into a control loop, in which the drives 20a, 20b and 20c are integrated, so that the corresponding length La, Lb and Lc can be set with high precision for each bearing element 7a, 7b and 7c. Finally, it should be noted that the invention is of course in no way limited to the described embodiment and can vary widely, as already stated above. For example, the support surface 28 need not be horizontally aligned, but may also include an angle with the horizontal.

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Werkstückauflage (27) für eine Maschine, umfassend:A workpiece support (27) for a machine, comprising:
- einen Werkstücktisch (4) mit einer Auflagefläche (28) zur Lagerung eines Werkstückes- A workpiece table (4) with a support surface (28) for supporting a workpiece
- wenigstens drei auf einer Basis (5) aufliegende Lagerelemente (7a, 7b, 7c) zur Lagerung des Werkstücktisches (4) auf der Basis (5), wobei wenigstens eines dieser Lagerelemente längenverstellbar ausgebildet ist, um den Werkstücktisch um wenigstens eine parallel zur Auflagefläche ausgerichtete Achse kippen zu können und/oder die Lage des Werkstücktisches senkrecht zur Auflagefläche verändern zu können,- At least three on a base (5) resting bearing elements (7a, 7b, 7c) for supporting the workpiece table (4) on the base (5), wherein at least one of these bearing elements is adjustable in length to the workpiece table by at least one parallel to the support surface tilted aligned axis and / or to be able to change the position of the workpiece table perpendicular to the support surface,
- eine Führung, die Querkräfte parallel zur Auflagefläche aufnimmt und damit eine Bewegung des Werkstücktisches in Richtungen (x, y) parallel zur Auflagefläche (28) verhindert aber eine Kippung um die wenigstens eine parallel zur Auflagefläche ausgerichtete Achse und/oder eine Bewegung des gesamten Werkstücktisches in einer Richtung (z) senkrecht zur Auflagefläche (28) zulässt.- A guide that receives transverse forces parallel to the support surface and thus movement of the workpiece table in directions (x, y) parallel to the support surface (28) but prevents tilting about the at least one aligned parallel to the support surface axis and / or movement of the entire workpiece table in a direction (z) perpendicular to the support surface (28).
2. Werkstückauflage nach Anspruch 1, wobei die Auflagefläche (28) horizontal ausgerichtet ist.2. workpiece support according to claim 1, wherein the support surface (28) is aligned horizontally.
3. Werkstückauflage nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Werkstücktisch sowohl senkrecht zu seiner Auflagefläche bewegt werden kann, als auch um eine beliebige Achse parallel zur Auflagefläche verkippt werden kann.3. workpiece support according to claim 1 or 2, wherein the workpiece table can be moved both perpendicular to its support surface, as well as about an arbitrary axis parallel to the support surface can be tilted.
4. Werkstückauflage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Werkstücktisch auf genau drei Lagerelementen (7a, 7b, 7c) gelagert ist.4. workpiece support according to one of the preceding claims, wherein the workpiece table is mounted on exactly three bearing elements (7a, 7b, 7c).
5. Werkstückauflage nach Anspruch 4, wobei alle drei Lagerelemente längenverstellbar sind5. workpiece support according to claim 4, wherein all three bearing elements are adjustable in length
6. Werkstückauflage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eines der Lagerelemente folgendes umfasst:6. workpiece support according to one of the preceding claims, wherein at least one of the bearing elements comprises:
- ein Laufelement ( 17a) mit einer ebenen Fläche (32a) - eine Kugel (16a), die auf der ebenen Fläche (32a) des Laufelementes beweglich . gelagert ista running element (17a) having a flat surface (32a) a ball (16a) movable on the flat surface (32a) of the running element. is stored
7. Werkstückauflage nach Anspruch 6, wobei die ebene Fläche (32a) des Laufelementes (17a) gegenüber der Auflagefläche (28) geneigt ist.7. workpiece support according to claim 6, wherein the flat surface (32 a) of the running element (17 a) relative to the support surface (28) is inclined.
8. Werkstückauflage nach Anspruch 7, wobei das Laufelement (17a) keilförmig ausgebildet ist.8. workpiece support according to claim 7, wherein the running element (17 a) is wedge-shaped.
9. Werkstückauflage nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Kugel (16a) kugelgelagert in einer Kugelrolle (15a) geführt ist.9. workpiece support according to one of claims 6 to 8, wherein the ball (16 a) is guided ball-bearing in a ball roller (15 a).
10. Werkstückauflage nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Laufelement (17a) parallel zur Auflagefläche verschieblich gelagert ist, und die ebene Fläche (32a) in Verschiebungsrichtung gegenüber der Auflagefläche geneigt ist, so dass durch eine Verschiebung des Laufelementes in Verschiebungsrichtung eine Bewegung der Kugel senkrecht zur Auflagefläche erzeugbar ist.10. workpiece support according to one of claims 7 to 9, wherein the running element (17a) is mounted displaceably parallel to the support surface, and the flat surface (32a) is inclined in the displacement direction relative to the support surface, so that by a displacement of the running element in the direction of displacement movement the ball is perpendicular to the support surface generated.
11. Werkstückauflage nach Anspruch 10, wobei die auf das betreffende Lagerelement wirkende Gewichtskraft des Werkstücktisches auf das verschieblich gelagerte Laufelement (17a) mit der geneigten ebenen Fläche (32a) eine Kraft in Verschiebungsrichtung des Laufelementes erzeugt, und wobei eine Feder (18a) vorgesehen ist, die diese Kraft in Verschiebungsrichtung zumindest teilweise kompensiert.11. workpiece support according to claim 10, wherein the force acting on the respective bearing element weight of the workpiece table on the displaceably mounted running element (17 a) with the inclined planar surface (32 a) generates a force in the displacement direction of the running element, and wherein a spring (18 a) is provided that at least partially compensates for this force in the direction of displacement.
12. Werkstückauflage nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei das verschieblich gelagerte Laufelement in der Verschiebungsrichtung durch einen Linearantrieb, insbesondere durch einen Spindelantrieb (19a, 20a), antreibbar ist.12. Workpiece support according to one of claims 8 to 11, wherein the displaceably mounted running element in the displacement direction by a linear drive, in particular by a spindle drive (19a, 20a), is drivable.
13. Werkstückauflage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Werkstücktisch zusätzlich auf wenigstens einem federnden Element (22a, 22b, 22c) gelagert ist, das zumindest Teile der Gewichtskraft des Werkstücktisches aufnimmt. 13. workpiece support according to one of the preceding claims, wherein the workpiece table is additionally mounted on at least one resilient element (22a, 22b, 22c) which receives at least parts of the weight of the workpiece table.
14. Werkstückauflage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Führung ein elastischer Körper ist, der in Richtungen (x und y) parallel zur Auflagefläche und bezüglich Torsionen um eine senkrecht zur Auflagefläche stehende Achse (z) steif ist und damit eine Bewegung des Werkstücktisches in Richtungen (x und y) parallel zur Auflagefläche (28) verhindert, aber bei einer Kippung um die wenigstens eine parallel zur Auflagefläche ausgerichtete Achse elastisch ausgebildet ist und/oder hinsichtlich einer Bewegung des gesamten Werkstücktisches in einer Richtung (z) senkrecht zur Auflagefläche (28) elastisch ausgebildet ist.14. Workpiece support according to one of the preceding claims, wherein the guide is an elastic body which is rigid in directions (x and y) parallel to the support surface and with respect to torsion about an axis perpendicular to the support surface axis (z) and thus movement of the workpiece table in Direction (x and y) parallel to the support surface (28) prevents, but at a tilt about the at least one aligned parallel to the support surface axis is elastically and / or with respect to a movement of the entire workpiece table in a direction (z) perpendicular to the support surface (28 ) is elastic.
15. Werkstückauflage nach Anspruch 14, wobei der elastische Körper eine Blattfeder (8) ist.15. workpiece support according to claim 14, wherein the elastic body is a leaf spring (8).
16. Werkstückauflage nach Anspruch 15, wobei die Blattfeder (8) einen Bereich (8a) aufweist, der zur Auflagefläche (28) des Werkstücktisches parallel ist.16. Workpiece support according to claim 15, wherein the leaf spring (8) has a region (8a) which is parallel to the bearing surface (28) of the workpiece table.
17. Werkstückauflage nach Anspruch 16, wobei ein Ende der Blattfeder (8) starr mit der Basis (5) verbunden ist und das andere Ende starr mit dem Werkstücktisch (4) verbunden ist.17. workpiece support according to claim 16, wherein one end of the leaf spring (8) is rigidly connected to the base (5) and the other end is rigidly connected to the workpiece table (4).
18. Werkstückauflage nach Anspruch 16, wobei die Blattfeder zumindest an einem Ende des zur Auflagefläche (28) parallelen Bereiches (8a) einen gegenüber diesem Bereich rechtwinklig abgewinkelten zweiten Bereich (8b) aufweist, der senkrecht zur Auflagefläche liegt.18. Workpiece support according to claim 16, wherein the leaf spring at least at one end of the support surface (28) parallel region (8a) has a relative to this region at right angles angled second region (8b) which is perpendicular to the support surface.
19. Werkstückauflage nach Anspruch 18, wobei entweder beide Enden der Blattfeder (8) starr mit der Basis (5) verbunden sind und der Werkstücktisch (4) mittig zwischen den beiden starren Verbindungen der Blattfeder zur Basis (5) starr mit der Blattfeder (8) verbunden ist oder beide Enden der Blattfeder (8) starr mit dem Werkstücktisch (4) verbunden sind und die Basis (5) mittig zwischen den beiden starren Verbindungen der Blattfeder zum Werkstücktisch starr mit der Blattfeder verbunden ist19. workpiece support according to claim 18, wherein either both ends of the leaf spring (8) are rigidly connected to the base (5) and the workpiece table (4) centrally between the two rigid connections of the leaf spring to the base (5) rigidly with the leaf spring (8 ) is connected or both ends of the leaf spring (8) rigidly connected to the workpiece table (4) and the base (5) is connected centrally between the two rigid connections of the leaf spring to the workpiece table rigidly connected to the leaf spring
20. Werkstückauflage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens einem Lagerelement (7a) ein Wegmesssystem (29a) zugeordnet ist, über das der Abstand (La) zwischen der Basis (5) und dem Werkstücktisch (4) bestimmt werden kann.20. Workpiece support according to one of the preceding claims, wherein at least one bearing element (7a) is associated with a Wegmesssystem (29a), via which the Distance (La) between the base (5) and the workpiece table (4) can be determined.
21. Bearbeitungsanlage zur Bearbeitung eines Werkstückes, das ein zu bearbeitendes Halbleitermaterial umfasst, mit einem Bearbeitungswerkzeug zur Bearbeitung des Halbleitermaterials und einer Werkstückauflage (27) nach einem der Ansprüche 1 bis 20.21. A processing plant for processing a workpiece, which comprises a semiconductor material to be processed, with a processing tool for processing the semiconductor material and a workpiece support (27) according to one of claims 1 to 20.
22. Bearbeitungsanlage nach Anspruch 21, wobei die Basis (5) der Werkstückauflage in wenigstens einer Richtung (y) verschieblich gelagert ist.22. Processing plant according to claim 21, wherein the base (5) of the workpiece support is displaceably mounted in at least one direction (y).
23. Bearbeitungsanlage nach einem der Ansprüche 21 bis 22, wobei das Bearbeitungswerkzeug eine Laservorrichtung (2, 3) ist, die einen Laserstrahl so auffächert, dass der auf dem Halbleitermaterial des Werkstückes auftreffende Laserstrahl eine Linie ergibt. 23. Processing plant according to one of claims 21 to 22, wherein the machining tool is a laser device (2, 3) which fanned a laser beam so that the incident on the semiconductor material of the workpiece laser beam gives a line.
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