DE102008025138B4

DE102008025138B4 - Device for the planar positioning of workpieces

Info

Publication number: DE102008025138B4
Application number: DE200810025138
Authority: DE
Inventors: Dr. Schäffel Christoph; Torsten Maaß; Dr. Bornmann Volker; Michael Katzschmann
Original assignee: INST MIKROELEKTRONIK und MECHATRONIK SYSTEME GGMBH; Institut fur Mikroelektronik- und Mechatronik-Systeme Ggmbh
Current assignee: INST MIKROELEKTRONIK und MECHATRONIK SYSTEME GGMBH; Institut fur Mikroelektronik- und Mechatronik-Systeme Ggmbh
Priority date: 2008-05-26
Filing date: 2008-05-26
Publication date: 2013-01-17
Anticipated expiration: 2028-05-27
Also published as: DE102008025138A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur planaren Positionierung von Werkstücken, umfassend einen Antrieb mit einer Planarmotorplatte für eine Ausrichtung in einem orthogonalen XY-Koordinatensystem und eine Auflichtsensoreinheit mit einem Sensor und einem mit der Planarmotorplatte verbundenen Linien-Kreuzraster zur Positionsbetimmung. Erfindungsgemäß ist der Sensor auf einem Rotor einer Dreheinheit gelagert und es bildet die Dreheinheit eine raumfest verankerte statorgestellfeste Sensordreheinheit, wobei das Linien-Kreuzraster in einem festen Abstand gegenüber dem Sensor angeordnet ist.The invention relates to a device for planar positioning of workpieces, comprising a drive with a Planarmotorplatte for alignment in an orthogonal XY coordinate system and a Auflichtsensoreinheit with a sensor and connected to the Planarmotorplatte line cross grid for position adjustment. According to the invention, the sensor is mounted on a rotor of a rotary unit and it forms the rotary unit a space fixed anchored stator frame fixed sensor rotation unit, wherein the line cross-grid is arranged at a fixed distance relative to the sensor.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur planaren Positionierung von Werkstücken nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for the planar positioning of workpieces according to the preamble of claim 1.

Aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtungen dieser Art enthalten einen Planarantrieb mit einer Planarmotorplatte zur Positionierung in einem orthogonalen XY-Koordinatensystem. So ist beispielsweise aus der deutschen Patentschrift DE 28 54 856 C2 eine Positioniervorrichtung vorbekannt, bei der ein Objekt mittels zweier orthogonal zueinander bewegbarer Schlitten und entsprechenden Antriebsvorrichtungen innerhalb einer XY-Ebene verschoben werden kann.Prior art devices of this type include a planar drive with a planar rotor plate for positioning in an orthogonal XY coordinate system. For example, from the German patent DE 28 54 856 C2 a positioning device previously known, in which an object can be moved by means of two mutually orthogonally movable carriage and corresponding drive devices within an XY plane.

Der Antrieb der Planarmotorplatte erfolgt in der Regel magnetomotorisch, wobei Ansteuereinheiten vorgesehen sind, um den Planarantrieb in eine definierte Arbeitsposition zu verfahren.The drive of the Planarmotorplatte is usually magnetomotive, with drive units are provided to move the planar drive in a defined working position.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 100 54 376 A1 ist ein elektrodynamischer x-y-φ-Direktantrieb vorbekannt. Gemäß der dort offenbarten Lehre dient zur Positionsbestimmung der Vorrichtung eine Auflichtsensoreinheit aus einem Sensor und einem hochpräzisen Linien-Kreuzraster. Meist sind dabei zwei Sensorfelder für die X-Positionierung und ein Sensorfeld für die Y-Positionierung vorgesehen. Aus dem Stand der Technik bekannte Planarantriebe bzw. darauf beruhende Vorrichtungen erlauben Positioniergenauigkeiten im Mikrometer- und Submikrometerbereich.From the German patent application DE 100 54 376 A1 is an electrodynamic xy-φ direct drive previously known. According to the teachings disclosed therein, the position determination of the device is based on a light sensor unit comprising a sensor and a high-precision line cross-grid. In most cases, two sensor fields are provided for X positioning and one sensor field for Y positioning. Planar drives known from the prior art or devices based thereon permit positioning accuracies in the micrometer and sub-micrometer range.

Die deutsche Patentschrift DE 102 24 100 B4 offenbart eine Lagerung eines Rotationsteils. Das Rotationsteil ist gemäß der Lehre der Druckschrift an einem Ende mittels eines Festlagers und an einem anderen Ende mittels eines Loslagers in Form eines Magnetlagers gelagert. Beide Lager sind unabhängig voneinander quer zur Rotationsachse durch jeweils einen Antrieb verfahrbar. Eine Schrägstellung des Rotationsteils ist dadurch einstellbar. Die Rotationsgeschwindigkeit des Rotationsteils wird im Festlager durch einen Direktantrieb und im Magnetlager durch einen magnetischen Antrieb gesteuert.The German patent DE 102 24 100 B4 discloses a bearing of a rotating part. The rotary member is mounted according to the teaching of the document at one end by means of a fixed bearing and at another end by means of a movable bearing in the form of a magnetic bearing. Both bearings are independently movable transversely to the axis of rotation by one drive. An inclination of the rotary member is adjustable. The rotational speed of the rotating part is controlled in the fixed bearing by a direct drive and in the magnetic bearing by a magnetic drive.

Bei derartigen Vorrichtungen zur planaren Positionierung ergibt sich jedoch das Problem, dass die Positionierung der Werkstücke auf der Vorrichtung in der Regel nicht mit den tatsächlich realisierbaren Verfahrwegen des Planarantriebs übereinstimmt. Sollen beispielsweise Silizium-Substrate, d. h. so genannte Wafer, auf dem Planarantrieb positioniert und präzise in einzelne Chips getrennt werden, müssen die Schnittrichtungen auf dem Wafer und die tatsächlichen Verfahrwege der Positioniervorrichtung synchronisiert werden. Eine derartige Synchronisation erfordert einen hohen programmiertechnischen Aufwand.In the case of such devices for planar positioning, however, the problem arises that the positioning of the workpieces on the device generally does not coincide with the actually achievable travel paths of the planar drive. For example, should silicon substrates, i. H. so-called wafers, positioned on the planar drive and precisely separated into individual chips, the cutting directions on the wafer and the actual travel paths of the positioning device must be synchronized. Such synchronization requires a high programming effort.

Um diesem Problem zu begegnen, wurde bereits vorgeschlagen, Dreheinheiten quasi huckepack auf den Planartrieb aufzusetzen, um eine zusätzliche Winkelkorrektur der Werkstücklage zu ermöglichen. Eine solche Anordnung bringt allerdings den Nachteil mit sich, dass der Planartrieb die gesamte Dreheinheit mitbewegen muss und dadurch zusätzlich belastet wird. Der Planartrieb muss entsprechend robust ausgeführt sein und eine reibungslose Energieversorgung für die Dreheinheit bzw. die mit der Dreheinheit verknüpften Mess- und Stellmittel gewährleisten. Dies bedingt einen zusätzlich kompliziert gestalteten Aufbau, wodurch die gesamte Vorrichtung zur planaren Positionierung der Werkstücke entsprechend aufwändig und damit kostspielig wird.To counteract this problem, it has already been proposed to put rotary units quasi piggyback on the planar drive in order to allow an additional angular correction of the workpiece position. However, such an arrangement has the disadvantage that the planetary drive must move along the entire turntable and is therefore additionally burdened. The planar drive must be designed to be robust and ensure a smooth power supply for the turntable or the measuring and adjusting means associated with the turntable. This requires an additionally complicated designed structure, whereby the entire device for planar positioning of the workpieces is correspondingly complex and therefore expensive.

Es besteht die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur planaren Positionierung von Werkstücken anzugeben, die die erwähnten Nachteile beseitigt.It is the object of the invention to provide a device for the planar positioning of workpieces, which eliminates the mentioned disadvantages.

Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung zur planaren Positionierung von Werkstücken mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche beinhalten zweckmäßige bzw. vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.The object is achieved with a device for the planar positioning of workpieces with the features of claim 1. The subclaims include expedient or advantageous embodiments of the device according to the invention.

Die Vorrichtung zur planaren Positionierung von Werkstücken umfasst einen Planarantrieb mit einer Planarmotorplatte für eine Positionierung in einem orthogonalen XY-Koordinatensystem und eine Auflichtsensoreinheit aus einem Sensor und einem Linien-Kreuzraster zur Positionsbestimmung. Sie zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass der Sensor auf einem Rotor der Dreheinheit gelagert ist und der Sensor und die Dreheinheit eine an einem Punkt raumfest verankerte, statorgestellfeste Sensordreheinheit bilden, wobei die Planarmotorplatte und das Linien-Kreuzraster zu einer der Sensordreheinheit in einem festen Abstand gegenüber angeordneten Planarpositioniereinheit zusammengefasst sind.The device for planar positioning of workpieces comprises a planar drive with a planar motor plate for positioning in an orthogonal XY coordinate system and a Auflichtsensoreinheit of a sensor and a line cross grid for position determination. It is characterized according to the invention by the fact that the sensor is mounted on a rotor of the rotary unit and the sensor and the rotary unit form a firmly anchored at one point, statorgestellfeste sensor rotation unit, the Planarmotorplatte and the line cross-grid to one of the sensor rotation unit at a fixed distance are combined opposite arranged planar positioning.

Grundgedanke der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es somit, lediglich den Sensor durch Drehen in Bezug auf Linien-Kreuzraster auszurichten, wobei die Dreheinheit statorgestellfest ausgeführt ist und nicht die Planarmotorplatte, d. h. die bewegte Tischplatte belastet. Die Dreheinheit ist hierfür mit dem Sensor gekoppelt und bildet die Sensordreheinheit. Der Rotor der Dreheinheit trägt dabei den Sensor. Dieser führt Drehbewegungen aus. Die Sensordreheinheit befindet sich an einem festen Punkt im Raum und ist über einen Stator der Dreheinheit fest an diesem Punkt, d. h. statorgestellfest, verankert. Die Planarmotorplatte trägt lediglich an ihrer Unterseite das Linien-Kreuzraster. Durch diese Entkoppelung der Bewegungen der Planarmotorplatte und der Rotation der Sensordreheinheit werden sowohl die Planarmotorplatte als auch die Dreheinheit entlastet. Die Dreheinheit trägt und bewegt also lediglich den verhältnismäßig leichten Sensor, während auf der Planarmotorplatte keine zusätzlichen, sich bewegenden Komponenten angeordnet werden müssen.The basic idea of the device according to the invention is thus to align only the sensor by rotating with respect to line cross grid, wherein the rotary unit is carried out stator frame fixed and not the Planarmotorplatte, ie charged the moving table top. The turntable is coupled to the sensor and forms the sensor rotation unit. The rotor of the turntable carries the sensor. This performs rotational movements. The sensor rotation unit is located at a fixed point in the room and is firmly anchored via a stator of the rotary unit at this point, ie statorgestellfest. The Planarmotorplatte carries only on her Bottom the line cross grid. Through this decoupling of the movements of the planar rotor plate and the rotation of the sensor rotation unit, both the planar rotor plate and the rotary unit are relieved. The turntable carries and thus moves only the relatively light sensor, while on the Planarmotorplatte no additional, moving components must be arranged.

Entsprechend einfach gestalten sich dabei die Energie- und Signalzuführungen an die entsprechenden Komponenten. Da die Sensordreheinheit ortsfest und von der Planarpositioniereinheit unabhängig verankert ist, müssen in der Planarpositioniereinheit keine entsprechenden Energiezuführungen integriert sein.The energy and signal feeds to the corresponding components are correspondingly simple. Since the sensor rotation unit is stationary and anchored independently of the planar positioning unit, no corresponding energy supply lines must be integrated in the planar positioning unit.

Zweckmäßigerweise weist die Dreheinheit eine Stelleinheit zum Messen und Arretieren eines Drehwinkels auf. Eine derartige Stelleinheit bewirkt eine genaue Winkeleinstellung der Dreheinheit und damit auch des auf dem Rotor angebrachten Sensors.Expediently, the rotary unit has an actuating unit for measuring and locking a rotation angle. Such a control unit causes a precise angular adjustment of the rotary unit and thus also the sensor mounted on the rotor.

Die Stelleinheit weist bei einer zweckmäßigen Ausführungsform einen auf einer Lagermantelfläche angeordneten Maßstab zum Registrieren eines Drehwinkels auf. Dieser Maßstab kennzeichnet dabei die jeweiligen Winkelstellung der Lagermantelfläche und damit des Rotors mit einer hinreichenden Feinheit.In an expedient embodiment, the setting unit has a scale arranged on a bearing surface for registering a rotation angle. This scale characterizes the respective angular position of the bearing surface and thus of the rotor with a sufficient fineness.

Zweckmäßig ist eine durch die Stelleinheit erreichbare spannungs- und Spielfreie Arretierung eines gegebenen Drehwinkels. Die Spannungsfreiheit sichert dabei ein ruckartiges Anfahren der Dreheinheit aus einer gegebenen Winkelstellung heraus, die Spielfreiheit sichert eine verrückungsfreie Justierung des Drehwinkels bzw. einer aktuellen Winkelstellung.Suitably achievable by the actuator tension and play-free locking a given angle of rotation. The freedom from tension ensures a jerky start of the turntable from a given angular position out, the backlash secures a spin-free adjustment of the rotation angle or a current angular position.

Als Lager für die Dreheinheit können verschiedene Ausführungsformen verwendet werden. Bei einer ersten Ausführungsform enthält die Dreheinheit ein Luftlager. Ein derartiges Lager ist besonders reibungsarm und leichtgängig.As the bearing for the rotary unit, various embodiments can be used. In a first embodiment, the turntable includes an air bearing. Such a bearing is particularly low friction and smooth.

Alternativ zu dem Luftlager kann auch ein Drehfederlager zur Anwendung kommen. Besonders vorteilhaft sind Ausführungsformen der Dreheinheit mit einem Magnetdrehlager. Dieses ist ähnlich wie das Luftlager reibungsarm.As an alternative to the air bearing, a torsion spring bearing can also be used. Particularly advantageous embodiments of the rotary unit with a magnetic rotary bearing. This is similar to the air bearing friction.

Ein qualitativ vergleichbares Lager zur Verwendung in der Dreheinheit ist ein hydrostatisches Lager, bei dem unter Druck ein flüssiges Schmiermittel in den Lagerspalt eingepresst wird.A qualitatively comparable bearing for use in the rotary unit is a hydrostatic bearing in which a liquid lubricant is pressed into the bearing gap under pressure.

Die Dreheinheit kann ebenso mit einer Hebelgetriebeanordnung für Drehbewegungen um eine Achse ausgestattet sein. Eine derartige Anordnung gewährleistet präzise Einstellungen eines Drehwinkels, weist als Nachteil allerdings einen mehr oder weniger stark eingeschränkten Schwenkbereich auf.The turntable may also be equipped with a lever gear assembly for rotating about an axis. Such an arrangement ensures precise settings of a rotation angle, but has the disadvantage of a more or less restricted pivoting range.

Anstelle der Hebelgetriebeanordnung können ebenso eine Blattfederanordnung für Drehbewegungen um eine Achse oder eine Kreuzfederanordnung für Drehbewegungen um eine Achse verwendet werden. Schließlich ist auch die Verwendung eines Wälzlagers bei der Dreheinheit möglich. Ebenso können auch herkömmliche Gleitlager verwendet werden, sofern keine großen Genauigkeiten bei der Winkeleinstellung und Drehbewegung erforderlich sind.Instead of the lever mechanism assembly, a leaf spring assembly may also be used for rotational movement about an axis or a cross spring arrangement for rotational movement about an axis. Finally, the use of a rolling bearing in the turntable is possible. Likewise, conventional sliding bearings can be used, provided that no great accuracies in the angular adjustment and rotational movement are required.

Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist eine ortsfeste Führungsplatte mit großer Trägheit vorgesehen, die eine Aufnahmevorrichtung für die Sensordreheinheit aufweist. Die große Trägheit sichert hinreichend große schwingungsdämpfende Eigenschaften und schirmt Erschütterungen ab.In an expedient embodiment, a stationary guide plate is provided with great inertia, which has a receiving device for the sensor rotation unit. The large inertia ensures sufficiently high vibration damping properties and shields vibrations.

Darüber hinaus ist eine externe Steuereinheit zum Verarbeiten von von der Stelleinheit übermittelten Messsignalen und zum Ausgeben eines Steuersignals zum Feststellen der Dreheinheit in einer definierten Winkelstellung vorgesehen.In addition, an external control unit is provided for processing measurement signals transmitted by the control unit and for outputting a control signal for detecting the rotary unit in a defined angular position.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur planaren Positionierung von Werkstücken soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Zur Verdeutlichung dienen die beigefügten 1 bis 3. Es werden für gleiche bzw. gleichwirkende Teile die selben Bezugszeichen verwendet.The inventive device for the planar positioning of workpieces will be explained in more detail using an exemplary embodiment. For clarification serve the attached 1 to 3 , The same reference numbers are used for identical or equivalent parts.

Es zeigt:It shows:

1 eine Übersichtsdarstellung einer beispielhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, 1 an overview of an exemplary embodiment of the device according to the invention,

2 einen beispielhaften Aufbau einer Sensordreheinheit und 2 an exemplary construction of a sensor rotation unit and

3 eine beispielhafte prinzipielle Verschaltung zwischen der Sensordreheinheit und einer Steuereinheit. 3 an exemplary principle interconnection between the sensor rotation unit and a control unit.

1 zeigt eine beispielhafte erfindungsgemäße Vorrichtung im Überblick. Die Vorrichtung umfasst einen Planarantrieb 1, der eine Bewegung einer Planarmotorplatte 2 in einer XY-Ebene bewirkt. Mechanisch von der Bewegung des Planarantriebs und damit der Planarmotorplatte entkoppelt befindet sich eine Dreheinheit 3 in einer Führungsplatte 4. Die Führungsplatte 4 besteht aus einem möglichst massiven und schweren Material mit einer hinreichend großen Trägheit gegenüber Erschütterungen, vorzugsweise aus einem Steinmaterial oder einem Metall. Sie kann beispielsweise ein Granit- oder Stahlblock sein. Sie weist Führungsmittel 5 auf, die zur mechanischen Führung des Planarantriebs 1 dienen und auf denen die Gesamtheit aus Planarantrieb und Planarmotorplatte ruht. 1 shows an exemplary device according to the invention in an overview. The device comprises a planar drive 1 , which is a movement of a plano motor plate 2 in an XY plane. Mechanically decoupled from the movement of the planar drive and thus the Planarmotorplatte is a turntable 3 in a guide plate 4 , The guide plate 4 consists of a solid and heavy as possible material with a sufficiently large inertia to vibrations, preferably from a stone material or a metal. It can for example be a granite or steel block. It has guiding means 5 on, leading to the mechanical guidance of the planar drive 1 serve and on which the whole of planar drive and Planarmotorplatte rests.

Zur Positionsbestimmung der Planarmotorplatte 2 dient eine Auflichtsensoreinheit 6. Diese besteht aus einem Sensor 7 und einem Linien-Kreuzraster 8. Dabei befindet sich der Sensor auf einem Rotor 9 der Dreheinheit 3 und bildet zusammen mit der Dreheinheit eine Sensordreheinheit 10.For determining the position of the planar rotor plate 2 serves a Auflichtsensoreinheit 6 , This consists of a sensor 7 and a line cross grid 8th , The sensor is located on a rotor 9 the turntable 3 and forms together with the turntable a sensor rotation unit 10 ,

Wie aus dem Ausführungsbeispiel hervorgeht, sind die Bewegungen der Sensordreheinheit 10 einerseits und des Linien-Kreuzrasters 8 andererseits kinematisch entkoppelt. Das bedeutet vor allem, dass die Sensordreheinheit auf einem festen Punkt auf der Führungsplatte 4 befestigt ist. Die Befestigung der Sensordreheinheit erfolgt über einen Stator der Dreheinheit 3, der zusammen mit einer Reihe von Leitungen zur Signal- und Energieübertragung fest auf der Führungsplatte 4 installiert ist.As is apparent from the embodiment, the movements of the sensor rotation unit 10 on the one hand and the line cross grid 8th on the other hand kinematically decoupled. This means, first and foremost, that the sensor rotation unit is at a fixed point on the guide plate 4 is attached. The attachment of the sensor rotation unit via a stator of the rotary unit 3 , which together with a series of wires for signal and energy transfer firmly on the guide plate 4 is installed.

Der Sensor 7 und das Linien-Kreuzraster 8 befinden sich in einem gleichbleibenden Abstand A zueinander. Der Verbund aus dem Linien-Kreuzraster und der Planarmotorplatte bildet dabei eine Planarpositioniereinheit 12 zur Positionsbestimmung des Planarantriebes in der XY-Ebene. Die Sensordreheinheit 10 dient einer DrehwinkelPositionierung bzw. einer Bestimmung oder Festlegung einer Drehwinkelposition. Die Planarmotorplatte 2 trägt dabei ausschließlich die zur planaren Positionsbestimmung notwendigen Komponenten, d. h. bei dem hier gezeigten Beispiel das Linien-Kreuzraster, während die Dreheinheit 3 ausschließlich den in eine jeweilige Drehwinkelposition gestellten Sensor 7 bewegt.The sensor 7 and the line cross grid 8th are at a constant distance A to each other. The composite of the line cross grid and the planar rotor plate thereby forms a planar positioning unit 12 for determining the position of the planar drive in the XY plane. The sensor rotation unit 10 Serves a DrehwinkelPositioning or a determination or determination of a rotational angle position. The planar rotor plate 2 only carries the necessary components for planar positioning, ie in the example shown here, the line cross-grid, while the turntable 3 exclusively the sensor placed in a respective rotational angle position 7 emotional.

2 zeigt einen beispielhaften Aufbau einer Sensordreheinheit 10. Deren Grundkomponenten werden wie erwähnt durch die Dreheinheit 3 und den Sensor 8 gebildet. Der Sensor befindet sich dabei auf einem Rotor 9 oder auf einer von dem Rotor getriebenen Antriebswelle. 2 shows an exemplary construction of a sensor rotation unit 10 , Their basic components are as mentioned by the turntable 3 and the sensor 8th educated. The sensor is located on a rotor 9 or on a drive shaft driven by the rotor.

Die Dreheinheit umfasst einen Motor 13, der z. B. als ein Schrittmotor ausgebildet ist. Die von dem Motor verursachte Drehbewegung des Rotors, insbesondere der dabei durchfahrene Winkel wird von einer Stelleinheit 14 registriert bzw. festgelegt. Diese umfasst einen auf einer Rotortrommel 15 aufgebrachten Maßstab aus Winkelmarkierungen 16 in einer hinreichend feinen Winkelteilung und einen Rotationssensor 17 zum Registrieren der Markierungen des Maßstabes. Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform bestehen die Markierungen des Maßstabes aus hinterleuchteten Schlitzen, wobei eine durch das Vorbeilaufen der Schlitze modulierte Lichtintensität an dem als eine Photozelle oder Photodiode ausgebildeten Rotationssensor 17 als eine Reihe von Zählimpulsen erfasst wird. Diese Zählimpulse werden entweder in einer in der Dreheinheit selbst integrierten Recheneinheit oder in einer externen Steuereinheit in Drehwinkel umgerechnet.The turntable includes a motor 13 , the z. B. is designed as a stepper motor. The rotation of the rotor caused by the motor, in particular the angle traveled by it, is controlled by an actuator 14 registered or determined. This includes one on a rotor drum 15 applied scale of angle marks 16 in a sufficiently fine angular pitch and a rotation sensor 17 to register the marks of the scale. In an expedient embodiment, the markings of the scale consist of backlit slits, wherein a light intensity modulated by the passage of the slots past the rotation sensor formed as a photocell or photodiode 17 is detected as a series of counts. These counting pulses are converted either into a calculating unit integrated in the turning unit itself or into an angle of rotation in an external control unit.

Zur Arretierung eines bestimmten Drehwinkels ist eine Bremseinheit 18 vorgesehen, die die Bewegung der Rotortrommel beim Erreichen eines bestimmten Drehwinkels zum Stillstand bringt. Zweckmäßigerweise wird hierfür eine formschlüssig in die Oberfläche der Rotortrommel eingreifende Bremseinheit bevorzugt. Der Formschluss erfolgt durch einen Eingriff von an der Bremseinheit angeordneten Vertiefungen, insbesondere Riffelungen, in entsprechende Riffelungen auf der Rotortrommel. Dies garantiert eine einerseits spannungslose Arretierung der Rotortrommel bei einer bestimmten Winkelstellung des Rotors, die andererseits keinerlei Spiel zulässt und damit eine genau definierte Winkelstellung sichert.To lock a certain angle of rotation is a brake unit 18 provided that brings the movement of the rotor drum when reaching a certain angle to a standstill. Conveniently, for this purpose, a form-fitting engaging in the surface of the rotor drum brake unit is preferred. The positive connection is effected by an engagement of arranged on the brake unit depressions, in particular corrugations, in corresponding corrugations on the rotor drum. This guarantees on the one hand tension-free locking of the rotor drum at a certain angular position of the rotor, which on the other hand does not allow any play and thus ensures a precisely defined angular position.

Die Lagerung des Rotors erfolgt durch ein Lager 19 mit maximalen Leichtlaufeigenschaften. Als besonders zweckmäßig haben sich dabei Luftlager herausgestellt, bei denen das die Reibung minimierende Luftpolster entweder statisch oder dynamisch bei Einsetzen der Bewegung des Rotors erzeugt wird. Statische Ausführungsformen sind dabei etwas zweckmäßiger, weil die Minimierung der Reibung sofort mit Einsetzen einer auch nur geringfügigen Rotorbewegung einsetzt.The rotor is supported by a bearing 19 with maximum smooth running properties. Air bearings have proven particularly expedient in which the air cushion minimizing the friction is generated either statically or dynamically at the onset of the movement of the rotor. Static embodiments are somewhat more expedient because the minimization of friction begins immediately with the onset of even a slight rotor movement.

Anstelle der Luftlagerung können auch andere Lagertypen angewendet werden. In diesem Zusammenhang sind insbesondere hydrostatische bzw. hydrodynamische Ausführungsformen des Lagers zu erwähnen, bei denen das Luftpolster durch einen niedrig viskosen Flüssigkeitsfilm ersetzt ist, wodurch die Reibungsminimierung in einer zum Luftlager analogen Weise erreicht wird.Instead of the air bearing other types of bearings can be used. In this connection, particular mention should be made of hydrostatic or hydrodynamic embodiments of the bearing in which the air cushion is replaced by a low-viscosity liquid film, whereby the friction minimization is achieved in a manner analogous to the air bearing.

Eine ebenso vorteilhafte Wirkung bieten Magnetlager. Bei diesen Lagertypen wird die reibungsminimierende Wirkung durch magnetische Abstoßungskräfte erzielt.An equally advantageous effect offer magnetic bearings. In these bearing types, the friction-minimizing effect is achieved by magnetic repulsion forces.

Natürlich können auch andere Lagertypen zur Anwendung kommen. Zu erwähnen sind an dieser Stelle Gleitlager und Wälz- bzw. Kugellager.Of course, other types of bearings can be used. To mention at this point plain bearings and rolling or ball bearings.

3 zeigt einen beispielhaften Prinzip-Schaltplan für eine Betriebssteuerung der Sensordreheinheit 10. Bei dem in der Figur dargestellten Beispiel ist hierfür eine externe Steuereinheit 20 vorgesehen. Diese ist hier beispielhaft in eine Sensorsteuereinheit 21 und eine Drehsteuereinheit 22 unterteilt. 3 shows an exemplary principle circuit diagram for an operation control of the sensor rotation unit 10 , In the example shown in the figure, this is an external control unit 20 intended. This is exemplary here in a sensor control unit 21 and a rotation control unit 22 divided.

Die Sensorsteuereinheit 21 enthält ein Sensorvergleichsglied 23 zum Abgleichen eines von dem Sensor 7 einlaufenden Sensormesssignals 24 mit einem vorgegebenen Sensorsollwert 25. In Abhängigkeit von dem dabei ermittelten Vergleichsresultat gibt das Sensorvergleichsglied dabei ein Drehaktivierungssignal 26 an die Drehsteuereinheit 22 aus.The sensor control unit 21 contains a sensor comparator 23 for adjusting one of the sensor 7 incoming sensor measuring signal 24 with a predetermined sensor setpoint 25 , In Depending on the comparison result determined in this case, the sensor comparison element gives a rotary activation signal 26 to the rotary control unit 22 out.

Die Drehsteuereinheit 22 enthält ein Drehvergleichsglied 27 zur Signalverarbeitung für eine Betriebssteuerung der Dreheinheit 3. Die dabei im Einzelnen verarbeiteten Signale sind bei der hier gezeigten Ausführungsform ein Motorsteuerungssignal 28, ein Winkelstellsignal 29 bzw. ein Bremssignal 30.The rotary control unit 22 contains a rotary comparison element 27 for signal processing for an operation control of the turntable 3 , The signals processed in detail in the embodiment shown here are a motor control signal 28 , an angle control signal 29 or a brake signal 30 ,

Ein beispielhafter, durch die Anordnung in 3 realisierter Stellprozess soll im Folgenden anhand eines einfachen Ausführungsbeispiels beschrieben werden. Ziel des Stellprozesses ist die Gewinnung eines Parameters zur Winkelsynchronisation zwischen der Planarmotorplatte und einem darauf befestigten Werkstück.An exemplary, by the arrangement in 3 Realized positioning process will be described below with reference to a simple embodiment. The aim of the positioning process is to obtain a parameter for the angle synchronization between the planar rotor plate and a workpiece mounted thereon.

Der Sensor 7 nimmt hierzu in einem Auflichtverfahren von der an der Planarmotorplatte befestigten Linien-Kreuzplatte 8 das Sensormesssignal 24 auf, dessen Signalpegel von den auf der Linien-Kreuzplatte aufgebrachten, hinreichend kontrastreichen Referenzstrukturen, beispielsweise Linien oder Orientierungskreuzen, bestimmt wird.The sensor 7 takes this in an incident light process of the attached to the Planarmotorplatte line cross plate 8th the sensor measurement signal 24 whose signal level is determined by the sufficiently high-contrast reference structures applied on the line cross-plate, for example lines or orientation crosses.

Der Signalpegel des Sensormessignals 24 wird in dem Sensorvergleichsglied 23 mit dem Sensorsollwert 25 verglichen. Im einfachsten Fall erfolgt dabei ein einfacher binärer Abgleich zwischen einem Soll- und einem Istwert des Sensormesssignals, aus dem hervorgeht, ob der Sensor eine richtige Winkellage bezüglich der Linien-Kreuzplatte 8 einnimmt.The signal level of the sensor measurement signal 24 is in the sensor comparator 23 with the sensor setpoint 25 compared. In the simplest case, a simple binary adjustment takes place between a nominal value and an actual value of the sensor measurement signal, which indicates whether the sensor has a correct angular position with respect to the line cross plate 8th occupies.

Bei einer zwischen dem Sensormessignal 24 und dem Sensorsollwert 25 auftretenden Differenz gibt das Sensorvergleichsglied 23 das Drehaktivierungssignal 26 aus. Dieses Drehaktivierungssignal wird von der Sensorsteuereinheit 21 an die Drehsteuereinheit 22 übergeben und liegt nunmehr als ein Input an dem dort enthaltenen Drehvergleichsglied 27 an.At one between the sensor measurement signal 24 and the sensor setpoint 25 occurring difference gives the sensor comparator 23 the rotary activation signal 26 out. This rotational activation signal is received from the sensor control unit 21 to the rotary control unit 22 and now lies as an input to the rotary comparison element contained therein 27 at.

Durch das anliegende Drehaktivierungssignal gibt nun das Drehvergleichsglied 27 das Motorsteuerungssignal 28 an den Motor 13 aus. Der Motor wird damit in Betrieb genommen. Es ist ebenso möglich, dass der Motor permanent aktiviert ist. In diesem Fall wird das Motorsteuerungssignal an eine hier nicht gezeigte Kupplung innerhalb der Dreheinheit übertragen. Infolge des Motorsteuerungssignals wird dann die Kupplung geschlossen, wodurch der Rotor 9 zusammen mit dem Sensor 7 ebenfalls in Rotation versetzt wird.Due to the applied rotational activation signal is now the rotary comparison element 27 the engine control signal 28 to the engine 13 out. The engine is thus put into operation. It is also possible that the engine is permanently activated. In this case, the engine control signal is transmitted to a clutch, not shown here, within the rotary unit. As a result of the engine control signal, the clutch is then closed, causing the rotor 9 together with the sensor 7 is also rotated.

Während der Rotation des Stators 9 werden die dabei durchlaufenden Winkelstellungen über die Winkelmarkierungen 16 im Zusammenwirken mit dem Rotationssensor 17 erfasst. Die dabei aufgenommenen Werte werden als das erwähnte Winkelstellsignal 29 an das Drehvergleichsglied 27 übermittelt. Im einfachsten Fall besteht das Winkelstellsignal aus einer fortlaufenden Folge einzelner Signalimpulse, die die der Drehvergleichseinheit gezählt und in Winkelwerte umgerechnet werden.During the rotation of the stator 9 the angular positions passing through the angle markings 16 in cooperation with the rotation sensor 17 detected. The values recorded are considered as the mentioned angle control signal 29 to the rotary comparison element 27 transmitted. In the simplest case, the angle control signal consists of a continuous sequence of individual signal pulses, which are counted by the rotary comparison unit and converted into angle values.

Während des Rotationsvorgangs überträgt der Sensor 7 fortlaufend das Sensormessignal 24 an die Sensorvergleichseinheit 23, wobei der beschriebene Vergleichsvorgang zwischen dem Sensorsollwert 25 und dem Sensormesssignal 24 erfolgt. Sobald die Rotation des Sensors dazu führt, dass dass Sensormesssignal 24 mit dem Sensorsollsignal 25 übereinstimmt, wird die Ausgabe des Drehaktivierungssignals 26 von der Sensorvergleichseinheit 23 an die Drehvergleichseinheit 27 abgebrochen. In diesem Fall gibt nun die Drehvergleichseinheit das Bremssignal 30 an die Bremseinheit 18 aus. Der gleichzeitig ermittelte Wert des zuletzt einlaufenden Winkelstellsignals 29 gibt nun die momentane Winkelstellung des Sensors 7 an. Die Differenz des aktuellen Winkelstellsignals zu dem vor Beginn der Rotation anliegenden Winkelstellsignal entspricht dann dem zu ermittelnden Drehwinkel.During the rotation process, the sensor transmits 7 continuously the sensor measuring signal 24 to the sensor comparison unit 23 , wherein the comparison process described between the sensor setpoint 25 and the sensor measurement signal 24 he follows. Once the rotation of the sensor causes that sensor measurement signal 24 with the sensor setpoint signal 25 matches, the output of the rotary enable signal 26 from the sensor comparison unit 23 to the rotary comparison unit 27 canceled. In this case, the rotary comparison unit now gives the brake signal 30 to the brake unit 18 out. The simultaneously determined value of the last incoming angle control signal 29 Now gives the instantaneous angular position of the sensor 7 at. The difference of the current Winkelstellsignals to the voltage applied before the start of the rotation Winkelstellsignal then corresponds to the determined angle of rotation.

Bei einem anderen Verfahren zur Drehwinkelbestimmung entfallen die Bremseinheit 18 und die Ausgabe des Bremssignals 30. In diesem Fall vollführt der Motor 13 und mit ihm der Rotor 9 eine permanente Rotation, die vorzugsweise mit einer hohen Drehzahl ausgeführt wird. Die Sensorvergleichseinheit 23 gibt dabei fortlaufend einen Differenzwert zwischen dem Sensorsignal 24 und dem Sensorsollsignal 25 als eine zeitabhängige Sensorfunktion an die Drehvergleichseinheit 27 aus. Immer dann, wenn die momentane Winkelstellung des Sensors 7 die Referenzstrukturen der Linien-Kreuzplatte 8 registriert, zeigt die Sensorfunktion ein charakteristisches Minimum oder Maximum. Die Drehvergleichseinheit ordnet dem Minimum bzw. Maximum über das Winkelstellsignal 29 einen Winkelstellwert des Rotors 9 zu. Dieser Winkelstellwert wird innerhalb der Drehvergleichseinheit 27 gespeichert.In another method for determining the angle of rotation, the brake unit is omitted 18 and the output of the brake signal 30 , In this case, the engine performs 13 and with it the rotor 9 a permanent rotation, which is preferably carried out at a high speed. The sensor comparison unit 23 continuously gives a difference value between the sensor signal 24 and the sensor target signal 25 as a time-dependent sensor function to the rotary comparison unit 27 out. Whenever the momentary angular position of the sensor 7 the reference structures of the line cross plate 8th registered, the sensor function shows a characteristic minimum or maximum. The rotary comparison unit orders the minimum or maximum via the angle control signal 29 an angle control value of the rotor 9 to. This angle control value is within the rotary comparison unit 27 saved.

Verändert sich die Winkelstellung der Linien-Kreuzplatte 8, so wird die Position des Minimums bzw. Maximums in der Sensorfunktion durch den Winkelsensor 17 und die Drehvergleichseinheit 27 an einer neuen Winkelstellung registriert. Die Differenz zwischen der alten Position und der neuen Position des charakteristischen Minimums in der Winkelstellfunktion ergibt dann den zu korrigierenden Drehwinkel.Changes the angular position of the line cross plate 8th , so the position of the minimum or maximum in the sensor function by the angle sensor 17 and the rotary comparison unit 27 registered at a new angle position. The difference between the old position and the new position of the characteristic minimum in the Winkelstellfunktion then gives the correct angle of rotation.

Ein Vorteil der letztgenannten Methode ist es, dass dabei Anfahr- und Bremseffekte vollständig vermieden werden können, die anderenfalls den Messwert verfälschen könnten.An advantage of the latter method is that start-up and braking effects can be completely avoided, which could otherwise falsify the measured value.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Planarantriebplanar drive
22: PlanarmotorplattePlanarmotorplatte
33: Dreheinheitrotary unit
44: Führungsplatteguide plate
55: Führungsmittelguide means
66: AuflichtsensoreinheitAuflichtsensoreinheit
77: Sensorsensor
88th: Linien-KreuzrasterLines Cross grid
99: Rotorrotor
1010: SensordreheinheitSensor rotating unit
1212: PlanarpositioniereinheitPlanarpositioniereinheit
1313: Motorengine
1414: Stelleinheitactuator
1515: Rotortrommelrotor drum
1616: Winkelmarkierungenangle markings
1717: Rotationssensorrotation sensor
1818: Bremseinheitbrake unit
1919: Lagercamp
2020: Steuereinheitcontrol unit
2121: SensorsteuereinheitSensor control unit
2222: DrehsteuereinheitRotation control unit
2323: SensorvergleichsgliedSensor comparator
2424: SensormesssignalSensor measuring signal
2525: SensorsollwertSensor setpoint
2626: DrehaktivierungssignalRotation activation signal
2727: DrehvergleichsgliedRotary comparator
2828: MotorsteuerungssignalMotor control signal
2929: WinkelstellsignalAngle control signal
3030: Bremssignalbrake signal

Claims

Device for the planar positioning of workpieces, comprising a drive ( 1 ) with a planar rotor plate ( 2 ) for alignment in an orthogonal XY coordinate system and a fringe sensor unit ( 6 ) with a sensor ( 7 ) and one with the planar rotor plate ( 2 ) connected line cross grid ( 8th ) for determining the position, characterized in that the sensor ( 7 ) on a rotor of a rotary unit ( 3 ) is mounted and the turntable ( 3 ) a space fixed anchored, stator frame fixed sensor rotation unit ( 10 ) forms with rotary measuring system, wherein the line cross-grid ( 8th ) at a fixed distance (A) from the sensor ( 7 ) is arranged.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the measuring system or the rotary unit ( 3 ) an actuator ( 14 ) for determining and locking a rotation angle.

Apparatus according to claim 2, characterized in that the actuating unit ( 14 ) a scale arranged on a bearing surface ( 16 ) for registering a rotation angle.

Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that by adjusting unit ( 14 ) allows a voltage and play-free locking a given angle of rotation.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the rotary unit ( 3 ) contains an air bearing.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the rotary unit ( 3 ) contains a torsion spring bearing.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the rotary unit ( 3 ) contains a magnetic rotary bearing.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the rotary unit ( 3 ) contains a hydrostatic bearing.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the rotary unit ( 3 ) includes a lever gear assembly for rotating about an axis.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the rotary unit ( 3 ) includes a leaf spring assembly for rotational movement about an axis.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the rotary unit ( 3 ) includes a cross spring assembly for rotational movement about an axis.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the rotary unit ( 3 ) contains a rolling bearing.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the rotary unit ( 3 ) contains a sliding bearing.

Device according to one of the preceding claims, characterized by a stationary guide plate ( 4 ) with high inertia with a device for the sensor rotation unit ( 10 ).

Device according to one of the preceding claims, characterized by an external control unit ( 20 ) for processing from actuator ( 14 ) transmitted measuring signals and for outputting a control signal for detecting the rotary unit ( 3 ) in a defined angular position.