DE2903556A1

DE2903556A1 - Zweikoordinatenpositioniereinrichtung

Info

Publication number: DE2903556A1
Application number: DE19792903556
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Beyer; @@ Kossmann Erich; Eberhard Dipl Ing Riessland
Original assignee: Elektromat VEB
Current assignee: Elektromat VEB
Priority date: 1978-02-28
Filing date: 1979-01-31
Publication date: 1979-09-06
Also published as: DD134900A1; GB2015905B; US4286197A; GB2015905A; SE7901603L; FR2418491A1; JPS54164159A

Description

Zweikoordinatenpositioniereinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Zweikoordinatenpositioniereinrichtung zum relativen Bewegen zweier Teile zueinander. Die ZweikoordinatenpoQitioniereinrichtung dient zum genauen Positionieren eines Werkzeuges oder eines Werkstückes zum Zwecke des Prüfens oder Bearbeitens vorzugsweise von Halbleiterscheiben im Fertigungsprozeß·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind verschiedene Ausführungen von zweiachsigen Positioniereinrichtungen unter Verwendung von linearen elektromagnetischen Antriebssystemen bekannt·

Die naheliegendste Möglichkeit besteht in der Anordnung, die zwei einachsige Positioniersysteme verwendet, wobei das zweite System auf dem beweglichen Teil des ersten Systems angebracht ist. Diese Art der Anordnung lehnt sich an die herkömmliche Konstruktionsweise bei Kreuztischen an, wie sie zum Beispiel im Werkzeugmaschinenbau verwendet werden. Auf die Verwendung von linearen elektromagnetischen Antriebssystemen angewandt, ist dieses Prinzip zum Beispiel in verschiedenen Varianten aus der DE-OS 24 36 900 bekannt. Nachteilig ist bei allen diesen Ausführungsvarianten, daß das untere Antriebssystem stets das gesamte obere Antriebssystem bewegen muß, das heißt daß die in diese Koordinatenrichtung zu bewegenden Massen relativ groß sind.

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Bekannt sind auch Anordnungen,, die die Bewegungsebene beider Antriebssysteme zu einer Ebene vereinigen, das heißt die zusätzliche mechanische Parallelführungen vermeiden» Diese Anordnungen vermindern die bewegten Massen erheblich, da hier der reaktive Teil beider Antriebssysteme bezüglich der Bewegung beider Achsen still steht und zusätzliche Führungselemente entfallen·

Bekannt ist die Anordnung, die in der DE-OS 22 65 246 beschrieben ist, in der der aktive Teil der Positioniereinrichtung die Antriebsmagnete für beide Koordinatenrichtungen trägt. Der reaktive Teil, die Grundplatte, besitzt in beiden Koordinatenrichtungen parallele Nuten, so daß die Oberfläche mit würfelförmigen Inseln in Form eines Waffelrasters besetzt ist, die in Verbindung mit den Polsystemen Antriebskräfte erzeugen. Das System ist luftgelagert« Der Nachteil dieser Anordnung liegt darin, daß die erzielbaren Kräfte wegen der Kreuznuten nur etwa den halben We^t erreichen, der sich bei Nutung in einer Koordinatenrichtung in Form eines Linienrasters ergeben würde. Weiterhin ist nachteilig, daß zum Vermeiden von Drehschwingungen für jede Bewegungsrichtung zwei vollständige, gleichartige Polsysteme verwendet werden.

Vermieden wird diese Kraftreduzierung bei der Anordnung, die in der US-PS 3.851.196 beschrieben ist. Hier sind in der Bewegungsebene getrennte Bereiche für die Antriebssystem« beider Koordinatenachsen ausgebildet,, so daß an Stelle des Waffe lrasters ein Linienraster verwendet werden kann, welcher größere reaktive Kräfte ermöglicht, Nachteilig iat hierbei, daß aus Symmetriegsunden die Grundplatte mindestens drei getrennte Rasterbereiche erhalten muß und dadurch eine gegenüber dem wirklichen Bewegungsbe— reich einer Achse sehr große Grundplatte erforderlich ist· Bei dieser Ausgestaltung des beweglichen Kopfes werden-in einer Richtung zwei Polsysteme benötigt, um Breliscliiringusi=» gen zu vermeiden«, In der anderen Hichtumg greift die resul-

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tierende Kraft im Schwerpunkt des Kopfes an und es wird nur ein Polsystem benötigt.

Zweck der Erfindung ist es einerseits, bei vorgegebenem Arbeitsbereich der Positioniereinrichtung eine Grundplatte möglichst kleiner Abmessungen verwenden zu können, andererseits aber auch die durch Verwendung des Waffelrasters eintretende Kraftreduzierung zu umgehen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, bei einem möglichst großen Arbeitsbereich der Zweikoordinatenpositioniereinrichtung eine Grundplatte minimaler Abmessungen zu verwenden, sowie keine Kraftreduzierung durch Verwendung eines Waffelrastera zu erhalten· Weiterhin soll nur die Mindestanzahl der zur Bewegung notwendigen Polsysteme verwendet werden·

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zweikoordinatenpositioniereinrichtung, die relative Bewegungen längs zweier Koordinaten zwischen zwei Teilen nach dem Reluktanzprinzip vermittelt. Dabei ist der aktive Teil und der passive Teil der Zweikoordinatenpoaitioniereinrichtung derart ausgestaltet, daß der passive Teil eine minimale Fläche besitzt, die nur durch den Arbeitsbereich und die Größe des aktiven Teiles bestimmt ist, sowie eine maximale Kraftübertragung zur Erzielung hoher Beschleunigungen ermöglicht.

Merkmale der Erfindung

Die erfindungsgemäße Zweikoordinatenpositioniereinrichtung besitzt einen passiven Teil mit zwei Wirkungsflächen, die einen konstanten senkrechten Abstand voneinander haben.

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-/j

Die erste Wirkungsfläche weist Vorsprünge aus magnetisier«- barem Material in Richtung einer ersten Koordinate und die zweite Wirkungsfläche Vorsprünge in Richtung einer zweiten Koordinate auf.

Ein aktiver Teil besteht aus einem ersten Polsystem und aus einem davon getrennten Polsystem» die mittels eines Verbindungsgliedes miteinander verbunden sind» Die Vorsprünge des ersten Polsystems sind über den Vorsprüngen der ersten Wir— kungsfläche und die Vorsprünge des zweiten Polsystems über den Vorsprüngen der zweiten Wirkungsfläche angeordnet. Die zwei Wirkungsflächen liegen gegebenenfalls auf planparallelen Ebenen. Die erste Koordinate entspricht damit der

-Achse und die zweite Koordinate der -Achse eines kartesischen Koordinatensystems.

Das Verbindungsglied ist senkrecht zu den Wirkungsflächen elastisch ausgebildet und in den anderen Richtungen verwindungssteif.

Das passive Teil besteht gegebenenfalls aus zwei zueinander fixierten Platten, von denen der ersten Platte die erste Wirkungsfläche und der zweiten Platte die zweite Wirkungsfläche zugeordnet ist. Das Verbindungsglied umgreift dabei die beiden Platten.

Auf den den Wirkungsflächen gegenüberliegenden Flächen tragen die beiden Platten Versteifungsrippen« Die die Versteifungsrippen tragenden Flächen der beiden Platten sind miteinander verbunden.

Diese Anordnung hat den Vorteil^ daß der passive Teil leicht und fest ausgebildet ist. Die Vorsprünge der Wirkungsflächen können in Lage und Winkel justiert werden. Der aktive Teil besitzt für jede Bewegungsrichtung nur ein Polsystem. Das durch das Verbindungsglied hervorgerufene Moment wird dadurch ausgeglichen, indem ein Tisch für eine Werkstück- beziehungsweise Werkzeugaufnahme exzentrisch auf dem ersten Polsystem befestigt wird. Somit greift die resultierende Kraft jeweils in beiden Koordinatenrichtungen im Schwerpunkt des aktiven Teiles an, welches bei dieser Ausführungsform beweglich ist.

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Eine weitere erfindungagemäße Zweikoordinatenpositioniereinrichtung besitzt ebenfalls zwei Platten mit Wirkungsfläohen, wobei die Wirkungafläohen in gleiche Richtung zeigen· Dabei umgreift das Verbindungsglied eine der beiden Platten.

Eine weitere erfindungsgemäße Zweikoordinatenpositionierein richtung besitzt ebenfalls zwei Platten, deren Wirkungsflächen zueinander zeigen· Das aktive Teil befindet sich dabei federnd zwischen den beiden Platten· Eine weitere Ausführungsform besteht darin, daß der passive Teil ein Hohlzylinder ist. Die Wirkungsflächen liegen dabei auf dem Innenmantel beziehungsweise dem Außenmantel· Ein Polsystem des aktiven Teiles befindet sich in einem zylindrischen Teil im Innern des HohlZylinders· Das andere Polsystem befindet sich in einem Polring, der den Hohlzylinder umschließt· Das Verbindungsglied verbindet das zylindrische Teil und den Polring miteinander.

Günstigerweise ist dabei das Verbindungsglied fest angebracht und der passive Teil ist längs der z-Koordinate und der <f-Koordinate beweglich angeordnet·

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher beschrieben· Dabei zeigt

Pig. 1: eine projektive Darstellung der ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2i den Schnitt A-A durch die erste Ausführungsform gemäß Fig· 1;

Fig· 3* eine zweite Ausführungsform;

Fig. 4: eine dritte Ausführungsform;

Fig. 5t eine vierte Ausführungsform;

Fig. 6: eine fünfte Ausführungsform;

Fig. 7: den Schnitt B-B durch die fünfte Ausführungaform gemäß Fig. 6·

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Die in Pig. 1 und Pig. 2 dargestellte erste Ausführungsform der Erfindung besteht aus einem passiven Teil 1 und einem aktiven Teil 2.

Der passive Teil 1 ist eine ebene Platte und weist zwei Wirkungsflächen 3 und 4 auf, die einen konstanten senkrechten Abstand besitzen. Die Wirkungsfläche 3 weist eine Kutung aus gleichartigen, parallel verlaufenden Vorsprüngen 5 auf, die in Richtung einer ersten y-Koordinate verlaufen. Die Wirkungsfläche 4 weist eine lutung aus gleichartigen, parallel verlaufenden Vorsprüngen 6 auf, die in Richtung einer zweiten x-Koordinate verlaufen. Der passive Teil 1 und die Vorsprünge 5» 6 bestehen aus magnetisierbarem Material« Die Zwischenräume zwischen den Vorsprüngen 5» 6 können zur Erreichung ebener Oberflächen des passiven Teiles 1 mit nicht— magnetisierbarem Material angefüllt werden. Weiterhin sind in dem passiven Teil 1 Bohrungen 7» 8 zum Befestigen des passiven Teiles in einer Anlage vorgesehen.

Der aktive Teil 2 besteht aus einem ersten Polsystem 10, welches über der Wirkungsfläche 3 angeordnet ist, einem zweiten Polsystem 11, welches über der Wirkungsfläche 4 angeordnet ist und einem Verbindungsglied 12, welches so ausgebildet ist, daß das Verbindungsglied 12 Bewegungen des Polsystems 10 in x-Richtung auf das Polsystem 11 und Bewegungen des Polsystems 11 in. y-Richtung auf das Polsystem 10 über den gesamten Arbeitsbereich überträgt. Die Vorsprünge 5 wirken dabei mit Vorsprüngen 13 des Polsystems 10 in geeigneter Weise zusammen und erzeugen eine Bewegung in Richtung der x-Koordinate· Ebenso wirken die Vorsprünge 6 mit Vorsprüngen 14 des Polsystems 11 zusammen und erzeugen eine Bewegung in Richtung der y-Koordinate.

Das Verbindungsglied 12 ist ein in der 53-Koordinate elastischer Bügel 15» der an den Bolsystemen 10; 11 mit Schrauben 16 befestigt ist. Der Bügel 15 ist daher torsionssteif ausgebildet.

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Weiterhin weisen die Polsysteme 10; 11 je eine Versorgungsleitung 22 auf, die an den Polsystemen 10; 11 mit je einer Muffe 20 in der Nähe des Bügels 15 befestigt sind. Günstigerweise werden die Versorgungsleitungen 22 durch den Bügel 15 gehalten.

In dem Polsystem 10 läuft von der Muffe 20 ein zentraler Kanal 24» der sich in zwei Seitenkanälen 25» 26 aufspaltet. Am Ende der Seitenkanäle 25» 26 befindet sich je eine Drossel 27. In dem Polsystem 11 läuft von der Muffe 20 ein zentraler Kanal 30, der sich in zwei Seitenkanäle 31» 32 aufspaltet. Am Ende der Seitenkanäle 31; 32 befindet sich je eine Drossel 33·

Beim Anlegen von Druckluft an die zentralen Kanäle 24» 30 bildet sich zwischen der Wirkungsfläche 3 und dem Polsystem 10 sowie der Wirkungsfläche 4 und dem Polsystem 11 je ein Spalt, der mit ausströmender luft gefüllt ist. Die Lage des aktiven Teiles 2 wird nunmehr nur noch durch die bekannten elektromagnetischen Kräfte zwischen den Polsystem 10 und den Vorsprüngen 5 sowie dem Polsystem 11 und den Vorsprüngen 6 bestimmt.

Die elektrischen leitungen befinden sich ebenfalls zwischen dem elastischen Bügel 15.

Das Polsystem 10 ist geeignet, einen Support für Werkzeugaufnahme beziehungsweise einen Werkstücktisch aufzunehmen, der auf dem Polsystem 10 so angebracht ist, daß er gleichzeitig einen Ausgleich gegen das Moment bildet, das durch das Verbindungsglied 12 hervorgerufen wird. Pur die Bewegung in der x-Koordinate wird das Polsystem 10 entsprechend zeitabhängig elektromagnetisch erregt, das Polsystem 11 behält seinen elektromagnetischen Erregungszustand bei und übt nur die Punktion einer Parallelführung aus. Für Bewegungen in der y-Koordinate wird das Polsystem 11 in seiner Erregung geändert, während das Polsystem 10 die Führungsfunktion übernimmt. Eine gleichzeitige Erregungsänderung der beiden Polsysterne 10j 11 ermöglicht beliebige Bewegungen innerhalb der x-, y-Ebene.

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In einem zweiten Auaführungsbeispiel gemäß Pig«, 3 ist der passive Teil aus zwei Platten 40§ 41 gefertigt. Die Platten 40; 41 sind nach Winkel- und Lagejustierung in ihrer gegenseitigen Stellung fixiert. Dabei ist der Platte 40 die Wirkungsfläche 3 und der Platte 41 die Wirkungefläche 4 zugeordnet, wobei die Wirkungsflächen 3» 4 nach außen zeigen. Die Platten 40; 41 tragen auf den„ den Wirkungsflächen abgewandten Flächen Rippen 42 zum Versteifen der Platten 40; 41 und sind an den verrippten Flächen miteinander verbunden.

Der aktive Teil 2 entspricht der Ausführungsform,, wie sie im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde.

In einem dritten Ausführungsbeiepiel gemäß Fig. 4 ist der passive Teil 1 aus zwei Platten 50; 51 gefertigt» Dabei ist der Platte 50 die Wirkungsfläche 3 "und der Platte 51 die Wirkungsfläche 4 zugeordnet. Die Wirkungsflächen 3» 4 weisen in gleiche Richtung. Das Verbindungsglied 12 umgreift dabei die an maximal 3 Seiten befestigte obere Platte 50. Der aktive Teil 2 ist entsprechend den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 und 3 gefertigt, nur weisen notwendigerweise die Vorsprünge 13» 14 der beiden Polsysteme 10; 11 ebenfalls in gleiche Richtung, um mit den Wirkungsflächen 35 4 zusammenzuwirken.

In einem vierten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 ist der passive Teil 1 aus zwei Platten 60; 61 gefertigt. Dabei ist der Platte 60 die Wirkungsfläche 3 und der Platte 61 die Wirkungsfläche 4 zugeordnet» Die Wirkungsflächen 3J 4 weisen nach innen. Der aktive Teil ist in dem Zwischenraum zwischen den beiden Platten 60; 61 gelagert. Das Verbindungsglied 12 zwischen den beiden Polsystemen 10; 11 weist eine Druckfeder 62 auf.

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In einem fünften Ausführungabeispiel gemäß Pig. 6 und besteht der passive Teil aus einem Hohlzylinder 70 aus magnetisierbarem Material· Dabei liegt die Wirkungsfläche 3 mit radial verlaufenden Vorsprüngen 5 auf dem Außenmantel des Hohlzylinders 70 und die Wirkungsfläche 4 mit axial verlaufenden Vorsprüngen 6 auf dem Innenmantel des Hohlzylinders 70. Ebenso ist eine solche Anordnung denkbar, bei der die radialen Vorsprünge 5 auf dem Innenmantel und die axialen Vorsprünge 6 auf dem Außenmantel des Hohlzylinders 70 liegen. Ein zylindrisches Teil 72 trägt das Polsystem 11 mit den VorSprüngen 14» welches im Zusammenwirken mit den Vorsprüngen 6 ein Drehen des Hohlzylinders 70 relativ zum zylindrischen Teil in der ψ-Koordinate bewirkt. Ein Polring 72 trägt das Polsystem 10 mit den Vorsprüngen 13» welches im Zusammenwirken mit den Vorsprüngen 5 ein axiales Verschieben des Hohlzylinders 70 relativ zum Polring 74 in der z-Koordinate bewirkt. Der Polring 74 und das zylindrische Teil 72 sind durch das Verbindungsglied 12 verbunden und bilden den aktiven Teil 2. Dabei ist gunstigerweise das Verbindungsglied fest angeordnet und der passive Teil 1, bestehend aus dem Hohlzylinder 70 ist in dem Polring 74 und dem zylindrischen Teil 72 als Tauchzylinder ausgebildet. Hier besteht die Möglichkeit einer 3?i se häuf nähme auf einen Plansch 75.

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Aufstellung der Bezugszeichen zur Patentanmeldung Zweikoordinatenpos it ioni er einrichtung

1 passiver Teil

2 aktiver Teil

3 erste Wirkungsfläche

4 zweite Wirkungsfläche

5 Vorsprünge der Wirkungsfläche

6 Vorsprünge der Wirkungsfläche

7 Bohrung

8 Bohrung

10 erstes Polsystem

11 zweites Polsystem

12 Verbindungsglied

13 Vorsprünge des Polsystems 10

14 Vorsprünge des Polsystems 11

15 elastischer Bügel

16 Schraube

18 Torsionsversteifung

20 Muffe des Polsystems 10; 11

22 Versorgungsleitung

24 zentraler Kanal des Polsystems

25 Seitenkanal des Polsystems 10

26 Seitenkanal des Polsystems 10

27 Drossel der Seitenkanäle

30 zentraler Kanal des Polsystems

31 Seitenkanal des Polsystems 11

32 Seitenkanal des Polsystems 11

33 Drossel

40 erste Platte

41 zweite Platte

42 Versteifungsrippen

50 erste Platte

51 zweite Platte

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60	erste Platte
61	zweite Platte
62	Druckfeder
70	Hohlzylinder
72	zylindrischer Teil
74	Polring
75	Planach

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Claims

Pat ent ansprüche

1. Eweikoordinatenpositioniereinrichtung mit einem pas-

ven Teil und einem aktiven Teil zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen ihnen längs zweier Koordinaten, wobei daa passive Teil Vorsprünge in magnetisierbarer)! Material aufweist, und das aktive Teil elektromagnetische Polsysteme mit Vorsprüngen, die mit den Vorsprüngen des passiven Teiles zusammenwirken, besitzt, um bei geeigneter Ansteuerung der Polsysteme besagte Relativbewegung zu erzeugen, gekennzeichnet dadurch, daß der passive Teil (1) eine erste Wirkungsfläche (3) und eine zweite Wirkungsfläche (4) aufweist, daß die Wirkungsflächen (3; 4) einen konstanten senkrechten Abstand zueinander haben, daß die erste Wirkungsfläche (3) Vorsprünge (5) aus magnetisierbarem Material in Richtung einer ersten Koordinate aufweist, daß die zweite Wirkungsfläche (4) Vorsprünge (6) in Richtung einer zweiten Koordinate aufweist, daß ferner der aktive Teil aus dem ersten Polsystem (10) und dem davon getrennten zweiten Polsystem. (11) besteht, die mittels eines Verbindungsgliedes (12) miteinander verbunden sind, daß weiter die Vorsprünge (13) des Polsystems (10) über den VorSprüngen (5) der ersten Wirkungsfläche (3) und die Vorspränge (14) des Polsystems (11) über den Vorsprängen (6) der zweiten ?/irkungsfläche (4) angeordnet sind»

2· Zweikoordinatenpositioniereinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Wirkungsflächen (3s 4) auf planparallelen Ebenen liegen,, äaß dia erste Koordinate der y-Achse und die zweite Koordinate der. x-Achse rechtwinkliger karthesiseher Koordinaten entspricht»

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3· Zweikoordinatenpositioniereinrichtung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Verbindungsglied (12) senkrecht zu den Wirkungsflächen (3; 4) elastisch ausgebildet ist und daß das Verbindungsglied (12) in den anderen Richtungen verwindungssteif ist,

4· Zweikoordinatenpositioniereinrichtung nach Anspruch 1, 2 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß der passive Teil (1) aus zwei zueinander fixierten Platten (4Oj 41) besteht, daß die Platte (40) die Wirkungsfläche (3) und die Platte (41) die Wirkungsfläche (4) trägt und daß das Verbindunglied (12) die Platten (40; 41) umfaßt.

5. Zweikoordinatenpositioniereinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 und 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Platten (40; 41) auf den Wirkungsflächen (3; 4) gegenüberliegenden Flächen Versteifungsrippen (42) tragen.

6. Zweikoordinatenpositioniereinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 und 5 gegenzeichnet dadurch, daß die beiden Platten (40; 41) auf den Flächen, die die Versteifungsrippen (42) tragen, miteinander verbunden sind.

7. Zweikoordinatenpositioniereinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 und 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Wirkungsflächen (3; 4) der Platten (50; 51) in gleiche Richtung zeigen und daß das Verbindungsglied (12) der PoI-systeme (10; 11) eine der beiden Platten (50; 51) umfaßt.

8. Zweikoordinatenpositioniereinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 und 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Wirkungsflächen (3; 4) der Platten (60; 61) zueinander zeigen und daß das aktive Teil (2) sich zwischen den beiden Platten (60; 61) befindet.

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9· Zweikoordinatenpositioniereinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch^ daß das passive Teil (1) ein Hohlzylinder (70) ist, daß das Polsystem (11) des aktiven Teiles (2) in einem sich in den Hohlzylinder (70) befindenden zylindrischen Teil (72) und das Polsystem (10) in einem den Hohlzylinder (70) umschlieasenden Polring (74) angebracht ist und daß das Verbindungsglied (12) das zylindrische Teil (72) und den Polring (74) miteinander verbindet«,

10· Zweikoordinatenpos it ionier einrichtung nach -Anspruch 1 und 9, gekennzeichnet dadurch,, daß das Verbindungsglied (12) fest angebracht ist und das passive Teil (1) längs der z-Koordinate und derf-Koordinate eines Zylinderkoordinatensystems beweglich ist»

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