DD272023A3 - Vorrichtung, insbesondere zur praezisionslichtstrahlablenkung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die Gebiete der Praezisions- bzw. Mikrobearbeitung und der Messtechnik. Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung, welche eine verbesserte Positioniergenauigkeit bei guter Dynamik gewaehrleistet. Erfindungsgemaess greift ein ueber zwei Umlenkrollen (6) fuehrendes Zugmittel (5) am linear beweglichen Messsystemteil (2) eines linearen inkrementalen Messsystems und am linear beweglichen Motorteil (4) eines Gleichstrommotors, vorzugsweise eines elektrodynamischen Linearmotors, an, wobei eine Umlenkrolle (6) ein lichtablenkendes Element (8) am Umfang traegt und mit dem Zugmittel (5) verbunden ist, das Zugmittel (5) ueber ein vorzugsweise an der Lagerstelle einer Umlenkrolle (6) angreifendes Spannelement gespannt ist und das lineare inkrementale Messsystem, der Gleichstrommotor und eine Rechen- und Steuereinheit (9) ueber eine Informations- und Energieflussleitung (10) in einem geschlossenen Regelkreis verbunden sind. Die Erfindung kann vorzugsweise in Laserstrahlbearbeitungsanlagen, in Lichtzeichenmaschinen oder in der optischen Oberflaechenmesstechnik eingesetzt werden. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, welche vorzugsweise in Lsserstrahlbearbeitungsanlagen, in Lichtzeichenmaschinen oder in der optischen Oberflächenmeßtechnik eingesetzt werden kann.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die EP-PS 0110231 beschre^;'t eine Einrichtung zur Fokussierung und Ablenkung eines Laserstrahls, wobei drehbewegliche Hohlspiegel, deren Symmetrieachsen nicht mit den Drehachsen zusammenfallen, über rotatorische Motoren angetrieben werden.

In der DD-PS 217 954 ist eine optisch-mechanische Abtasteinrichtung dargestellt, wobei ein planer Abtastspiegel in zwei senkrecht zueinander stehenden Achsen jeweils getrennt über Positioniermotore bewegt wird und die Positioniermotore über programmierbare Schrittzähler wahlweise steuerbar sind.

Bekannt sind weiter sogenannte Galvanometerscanner zur Ablenkung von Laserstrahlen (Pels'ie, K.: High Speed Read/Write Techniques for Advanced Priming and Data Handling, Proceedings of SPIE, Los Angeles, 1983, Volume 390), wobei plane Ablenkspiegel und analoge Winkelmeßsysteme auf der mit dem Dreheisen oder der Drehspule verbundenen, gelagerten Welle angeordnet sind.

Die vorgenannten herkömmlichen technischen Lösungen sind für Aufgaben der Präzisionslichtstrahlablenkung nicht oder nur mit Einschränkungen geeignet, da

— aufgrund der Verwendung rotatorischer Antriebe mit den dadurch bedingten Lagerstellenausbildungen und der Anordnung der lichtablenkenden Elemente auf der Welle des Antriebs Wobbeifehler auftreten, die die Positioniergenauigkeit einschränken,

— bei Verwendung von Schrittmotoren in einem offenen Regelkreis gearbeitet und eine Positionskontrolle des Antriebs nicht gewährleistet wird,

— bei Verwendung rotatorischer Gleichstrommotore (einschl. Galvanometer) analoge Winkelmeßsysteme zum Einsatz gelangen, deren Meßgenauigkeit durch Abmessungen, A/D-Wandlung und thermische Drifterscheinungen begrenzt ist und

— die Verwendung inkrementaler rotatorischer Moßsysteme mit entsprechend feiner Rasterteilung aufgrund der großen bewegten Massen die Dynamik rotatorischer Antriebe stark einschränken würde.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung, insbesondere zur Präzisionslichtstrahlablenkung, welche eine im Vergleich zu bekannten Lösungen wesentlich verbesserte Positioniergenauigkeit bei guter Dynamik gewährleistet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht in der Schaffung einer Vorrichtung, welche einen geregelten Präzisionsantrieb darstellt, einen Wobbelfehler vermeidet und einen Motor mit hoher Antriebskraft sowie ein inkrementales hochauflösendes Meßsystem verwendet. Die Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein als elektrodynamischer Linearmotor nach dem Tauchspulprinzip ausgebildeter Gleichstrommotor, bestehend aus einem gestellfesten Motorteil und einem linear beweglichen Motorteil, ein lineares inkrementales Meßsystem, dessen Meßbereich dem Motorbewsgungsbereich angepaßt ist und welches aus einom gestellfesten Meßsystemteil und einem linear beweglichen Meßsystemteil besteht, wobei ein Zugmittel, zwei Umlenkrollen, ein Spannmittel, ein vorzugsweise als Planspiegel ausgebildetes lichtablenkendes Element so engeordnet sind, daß das über beide Umlenkrollen führende Zugmittel am linear beweglichen Meßsystemteil und am üenar beweglichen Motorteil angreift, und eine der beiden Umlenkrollen das lichtablenkende Element vorzugsweise am Umfang trägt.

Der lienar bewegliche Motorteil erzwingt über das Zugmittel eine gleiche Bewegung des linear beweglichen Meßsystemteils, wobei der Meßbereich näherungsweise dem Bewegungsbereich des Motors entspricht.

Die Umlenkrollen führen Drehbewegungen in einem bestimmten Winkelbereich in Abhängigkeit von der Bewegung des linear

beweglichen Mctorteils so aus, daß diese Linearbewegung einer gleichen Bogenlänge am Umfang der Umlenkrollenentspricht.

In Abhängigkeit vom frei wählbaren Radius der Umlenkrollen entspricht eine Linearbewegung des Motors einer bestimmten Drehwinkeländerung und damit einer bestimmten Änderung des Einfallswinkels eines auf das lichtablenkende Element

fallenden Lichtstrahls.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Zugmittel mit einem Spannmittel verbunden ist. Das Spannmittel

verhindert radiales Lagerspiel der Umlenkrollen, Schwingungen des Zugmittels und damit mechanische Übertragungsfehler

sowie Wobbeibewegungen. .

Ausführungsbefsplel

Die Erfindung soll nachstehend unter Hinzuziehung einer 'Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert werden. Die Zeichnung zeigt

Fig.: Prinzip der Vorrichtung

Nach Fig. sind das gestellfeste Meßsystemteil 1 und das linear bewegliche Meßsystemteil 2 eines linearen inkrementalen Meßsystems, der gestellfeste Motorteil 3 und der linear bewegliche Motorteil 4 eines elektrodynamischen Linearmotors, ein als Drahtseil ausgebildetes Zugmittel 5, zwei präzisionsgelagerta Umlenkrollen 6, ein Spanneloment 7, ein als Planspiegel ausgebildetes lichtablenkendes Element 8, eine Rechen- und Steuereinheit 9 und eine Informations- und Energieflußleitung 10 so angeordnet, daß das über beide Umlenkrollen 6 führende Zugmittel S am linear beweglichen Meßsystemteil 2 und am linear beweglichen Motorteil 4 angreift, eine Umlenkrolle 6 das lichtablenkende Element 8 am Umfang trägt und mit dem Zugmittel 5 verbunden ist, das linear bewegliche Meßsystemteil 2 und das linear bewegliche Motorteil 4 fluchtend zueinander und in der Zugmittelwirkungslinie liegend ausgerichtet sind, das Zugmittel 5 über das an der Lagerstelle der das lichtablenkende Element 8 nicht tragenden Umlenkrolle 6 angreifenden Spannelementes 7 gespannt ist und das lineare inkremental Meßsystem, der Gleicnstrommotor und eine Rechen- und Steuereinheit 9 über eine Informations- und Energieflußleitung 10 in einem geschlossenen Regelkreis verbunden sind.

Die Ausführung einer Bewegung des linear beweglichen Motorteils 4 führt zu einer gleichen Bewegung des linear beweglichen Meßsystemteils 2. Der Bewegungsbereich des linear beweglichen Motorteils 4 entspricht näherungsweise dem Meßbereich des linearen inkrementalen Meßsysems. Die das lichtablenkende Element 8 am Umfang tragende Umlenkrolle 6 ist mit dem' "ugmittel 5 verbunden und führt eine Drehbewegung in einem bestimmten Winkelbereich in Abhängigkeit von der Bewegung ΔΙ des linear beweglichen Motorteils 4 so aus, daß die Bewegung ΔΙ einer gleichen Bogenlänge As am Umfang der Umlenkrolle 6, in Abhängigkeit vom Radius der Umlenkrolle 6 einem bestimmten Drehwinkel Δφ und einer bestimmten Änderung des Einfallswinkels Δε = ε₂ - ε, des auf das lichtablenkende Element 8 fallenden Lichtstrahls 11 entspricht. Die Wirkung des Spannelementes 7 verhindert in erster Näherung Lagerspiel, Schwingungen des Zugmittels 5 und damit mechanische Übertragungsfehler.

Claims (2)

1. Vorrichtung, insbesondere zur Präzisionslichtstrahlablenkung, unter Verwendung eines linearen inkremental Meßsystems, bestehend aus einem gestelltesten Meßsystemteil und einem linear beweglichen Meßsystemteil, eines als elektrodynamischer Linearmotor nach dem Tauchspulprinzip ausgebildeten Gleichstrommotors und einer Rechen- und Steuereinheit, dadurch gekennzeichnet, daß ein über zwei Umlenkrollen (6) führendes Zugmittel (5) am linear beweglichen Meßsystemteil (2) und am linear beweglichen Motorteil (4) angreift, wobei eine der beiden Umlenkrollen (6) das lichtablenkende Element (8) vorzugsweise am Umfang trägt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugmittel mit einem Spannmittel verbunden ist.