DE2233231B2

DE2233231B2 - Vorrichtung zum Einstellen eines Arbeitskopfes

Info

Publication number: DE2233231B2
Application number: DE2233231A
Authority: DE
Inventors: Bruce A. Thousand Oaks Calif. Sawyer (V.St.A.)
Original assignee: Xynetics Inc
Current assignee: Xynetics Inc
Priority date: 1971-07-19
Filing date: 1972-07-03
Publication date: 1980-09-18
Also published as: CH567941A5; BE786426A; GB1399273A; ATA619672A; AT334647B; IT958613B; DE2233231A1; DE2233231C3; JPS5518924B1; IL39942A; CA959105A; IL39942A0; FR2146796A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Einstellen eines Arbeitskopfes nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der US-PS 34 49 754 ist eine Einstellvorrichtung zum Einstellen eines Arbeitskopfes bekannt bei der in einer Koordinatenrichtung zwei voneinander beabstandete Führungsbahnen vorgesehen sind. Ein in der anderen Koordinatcflrichtung verlaufender Verbindungsbalken ist mit seinem einen Ende an einer Führungsbahn gleitbar gelagert. An dem anderen Ende des Verbindungsbalkens ist ein Getriebemotor vorgesehen, der den Verbindungsbalken entlang den Führungsbahnen dadurch verschieben kann, daß er an der anderen Führungsbahn angreift An dem Verbindungsbalken ist ein den Arbeitskopf tragender Träger vorgesehen, der durch einen weiteren an dem Verbindungsbalken angreifenden Cetriebemotor dem Verbindungsbalken entlang bewegbar ist Dabei ist der weitere Getriebemotor auf dem Träger befestigt Die Getriebemotoren greifen jeweils >.n eine an dem Verbindungsbalken bzw. an der anderen Führungsbahn angeordnete Zahnstange ein.

Ein Nachteil einer solchen bekannten Einstellvorrichtung besteht darin, daß bei der Bewegung des Arbeitskopfes durch die Getriebemotoren eine starke Verkantung eintritt so daß eine genaue Einstellung des Arbeitskopfes durch die Getriebemotoren allein nicht erfolgen kann. Zur genauen Einstellung sind weitere sehr aufwendige Einrichtungen erforderlich, die die gesamte Einstellvorrichtung äußerst kompliziert und aufwendig machen.

Aus der US-PS 33 76 578 und der US-PS 34 57 482 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der ein eine Mehrzahl von Elektromagneten aufweisender Kopf auf einer Platte vorgesehen ist. Dabei weist die Platte in zwei senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen jeweils voneinander beabstandete magnetische Pole auf. Der Kopf, an dem eine Schreibvorrichtung befestigt ist, kann durch die selektive Erregung seiner Elektromagnete ohne mechanische Verbindungen in die beiden Richtungen bewegt werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besieh! darin, eine Vorrichtung zum Einstellen eines Arbeitskopfes der eingangs genannten Art anzugeben, die einfach aufgebaut ist und bei der eine Drehung der Antriebsvorrichtungen bzw. des Verbindungsbalkens vermeidbar ist.

Diese Aufgabe wird durch eine wie eingangs bereits erwähnte Einrichtung zum Einstellen eines Arbeitskop-

fes gelöst, die durch die in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gekennzeichnet ist

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß infolge der geringen Massen der bewegbaren Teile die Ansprechzeit der Vorrichtung sehr klein ist

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß zwischen den relativ zueinander bewegten Teilen eine minimale Reibung auftritt Dadurch wird gleichzeitig auch erreicht daß der ι ο zwischen den relativ zueinander bewegten Teilen auftretende Verschleiß sehr gering ist

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß infolge der Verringerung der Reibung und des Gewichts Glieder bzw. Teile mit minimalen is Abmessungen zur Anwendung gelangen können, so daß die Sichtbarkeit des Arbeitskopfes und die Zugänglichkeit zu dem Arbeitskopf erhöht wird.

Im folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltung in Zusammenhang mit den Figuren erläutert Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung,

Fig.2 eine perspektivische Ansicht eines Antriebs der in der F i g. 1 gezeigten Vorrichtung,

F i g. 3 einen Schnitt durch den in der F i g. 2 gezeigten Antrieb,

Fig.4 eine Ansicht des Antriebs und eine Schnittansicht einer Führungsbahn, der in der F i g. 1 gezeigten Vorrichtung wobei der Antrieb und die Führungsbahn zusammenwirken, um eine Bewegung des Antriebs längs der Führungsbahn zu bewirken,

Fig.4a eine Schnittansicht des Antriebs, wobei die Konstruktion eines Luftlagers dargestellt ist, durch die der Antrieb von der Führungsbahn beabstandet aber in der Nähe der Führungsbahn gehalten wird,

F i g. 5 eine Aufsicht auf eine Ausführungsform,

F i g. 6 eine Vorderansicht der in der F i g. 5 gezeigten Ausführungsform,

F i g. 7 einen Schnitt entlang der Linie 7-7 der F i g. 5,

F i g. 8 ein schematisches Diagramm der Spannungen oder Kräfte, die auf einen bewegbaren Verbindungsbalken ausgeübt werden, der in der Ausführungsform der F i g. 5,6 und 7 enthalten ist,

Fig.9 ein schematisches Diagramm eines in der Ausführungsform der F i g. 5,6 und 7 mm Ausgleich der in der Fig.8 schematisch dargestellten Kräfte benutzten Servosystems,

Fig. 10 eine perspektivische Teilansicht einer wetteren Ausführungsform, un«i

Fig. 11 eine perspektivische Ansicht der in der F i g. 10 gezeigten Ausführungsform.

Bei der in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist ein Paar von Führungsbahnen 10 und 12 im Abstand voneinander angeordnet Die Führungsbahnen 10 und 12 erstrecken sich vorzugsweise längs einer ersten Koordinatenachse. Ein Paar von Antrieben 14 und 16, z. B. Köpfe, sind jeweils von den Führungsbahnen 10 und 12 beabstandet, aber in der Nähe von diesen Führungsbahnen 10 und 12 angeordnet. μ

Wie nachfolgend im einzelnen beschrieben wird, wirken die Antriebe 14 und 16 mit den Führungsbahnen 10 und 12 zusammen, um sich längs der Führungsbahnen auf einer gesteuerten Basis zu bewegen. Da die Antriebe 14 und 16 von ihren zugeordneten Führungsbahnen ^'> beabstandet sind, bewegen sie sich längs der Führungsbahnen mit einer minima'?n Reibung.

Die Antriebe 14 und 16 tragen einen Verbindungsbaiken t8 an seinen entgegengesetzten Enden. Vorzugsweise ist der Verbindungsbalken 18 längs einer zweiten Koordinatenachse angeordnet. Der Antrieb 20 weist einen Aufbau auf, der dem Aufbau der Antriebe 14 und 16 ähnlich ist Der Antrieb 20 ist von dem Verbindungsbalken 18 beabstandet und in dessen Nähe angeordnet. Der Antrieb 20 wirkt mit dem Verbindungsbalken 18 zusammen, um sich längs des Balkens auf einer gesteuerten Basis mit einer minimalen Reibung zwischen dem Antrieb und dem Verbindungsbalken zu bewegen. Der Antrieb 20 trägt einen Arbeitskopf 22, bei dem es sich beispielsweise um einen Schreibstift oder ein Schneidwerkzeug handeln kann.

Wenn die Antriebe 14 und 16 erregt werden, verschieben sie den Verbindungsbalken 18 längs der Führungsbahnen 10 und IZ Dies sorgt für eine gesteuerte Einstellung des Arbeitskorafes 22 längs einer Koordinatenachse, z, B. längs der X-Achse. Wenn in einer ähnlichen Weise der Antrieb 20 erregt wird, verschiebt er den Arbeitskopf 22 längs der anderen Koordinatenachse, beispielsweise «ϊζγ V-Achse. Auf diese Weise kann der Arbeitskopf 22 in irgendeine gewünschte Stellung bewegt werden. Wenn es sich bei dem Arbeitskopf 22 um einen Schreibstift handelt, kann er auf einem unter dem Schreibstift angeordneten Papier 24 Markierungen erzeugen.

Der Antrieb 14 und seine zugeordnete Führungsbahn 10 bilden einen Linearmotor, wobei der Antrieb 14 den Läufer bildet während die Führungsbahn 10 den Stator bildet Der Antrieb 16 und die ihm zugeordnete Führungsbahn 12 und der Antrieb 20 und der ihm zugeordnete Verbindungsbalken 18 bilden ähnliche Linearmotoren. Die Linearmotoren können in verschiedener Weise konstruiert sein. Beispielsweise kann es sich bei den Linearmotoren um Reluktanzmotoren handeln, wie sie in der US-PS 34 57 482 und der US-PS 33 76 578 beschrieben sind. Bei den Linearmotoren kann es sich aber auch um Induktions- oder Hysteresismotoren oder um Strömungsmittelmotoren handeln.

Wenn es sich bei den Linearmotoren um Reluktanzmotoren handelt, können diese in einer Weise konstruiert sein, die derjenigen ähnlich ist, die in den Fig.2, 3, 4 und 4a dargestellt ist. Beispielsweise kann der Linearmotor, der von der Führungsbahn IO und dem Antrieb 14 gebildet ist, nach magnetischen Prinzipien mit der Führungsbahn 10 zusammenwirken, die aus einem ferromagnetischen Material hergestellt ist und Nuten 23 an voneinander beabstandeten Orten aufweist, um magnetische Pole 24 zu bilden. In einer typischen Konstruktion sind die Nuten 23 0,508 mm breit und 0,508 mm tief und stehen 1,02 mm zwischen den Mittellinien auf Abstand. Der Abstand zwischen den Mittellinien der Nuten kann als die Teilung der Nuten definiert werden. Die Nuten können offen bleiben, wobei Luft als nichtmagnetisches Material d'ent Es wird aber bevorzugt, die Nuten mit einem Kunststoff oder mit anderen nichtmagnetischen Feststoffen zu füllen, um eine glatte Oberfläche für die Führungsbahn 10 zu schaffen.Tatsächlich bilden die Pole 24 und die Nuten 23 eine rostähnliche Struktur.

Die Antriebe enthalten einen Safz von Magneten 30;) und 30Zj und einen Satz von Magneten 32.·? und 32b, die in einem Gehäuse oder einem Bett 34 angeordnet sind. wobei die Polflächen der Magnete an der Oberfläche des Bettes angeordnet sind. Typischerweise kann das Bett 34 eine Aluminium- oder Kunststoffplatte sein, die zwei öffnungen zur Aufnahme der Magnetsätze aufweist. Der Magnetsatz 30a und 30b und der

Magnetsiit/'32,1 und ?2/>sind im wesentlichen parallel zu der Führungsbahn IO angeordnet und werden benutzt. um den Antrieb I4 längs der Führungsbahn IO zu verschieben bzw. einzustellen.

Da der Aufbau der Magnetsätze 30a und 306 und der Magnetsätze 32a und 32b der gleiche sein kann, wird im folgenden nur ein Satz im einzelnen beschrieben, leder Satz kann zwei Magnete enthalten und jeder Magnet kann zwei Polstücke aufweisen. Der Satz der Magnete 30.7 und 30h enthält einen Rahmen 40 und die Polstiicke 41, 42, 43 und 44. Jedes der Polstiicke 41, 42, 43 und 44 kann aus einem Stapel aus gestanzten Blechen bestehen. Hine Wicklung 46 kann im magnetisch gekoppelten Verhältnis zu df η Polstücken 41 und 42 gewickelt sein, und eine Wicklung 45 kann im magnetisch gekoppelten Verhältnis zu den Polstücken 43 und 44 gewickelt sein. Hin U-förmiger Magnet 47. der die Polstücke 41 und 42 aufweist, ist an einer Rippe 48 des Rahmens 40, beispielsweise durch eine Schraube befestigt, und ein ähnlicher Magnet 49. der die Polstücke 4.3 und 44 ,nifweist. ist an einer Rippe 50 des Rahmens 40 befestigt Der Rahmen 40 besteht aus einem nichtmagnetischen Material, beispielsweise aus Aluminium. Bei der besorzuglen Ausführungsform handelt es sich bei den Magneten 47 und 49 um Permanentmagnete, die für einen polarisierenden Fluß in den zugeordneten Polstückcn sorgen.

Die Bodenfläche jedes der Polstücke 41 und 42 weist Pole aus magnetischem Material auf und ist vorzugsweise mit einer Mehrzahl von Polen der gleichen Breite und des gleichen Abstandes wie die Pole 24 des magnetischen Materials in der Führungsbahn 10 versehen. Beispielsweise kann das Polstück 41 ein Paar Pole aufweisen, die mit a und c (Fig. 4) bezeichnet sind. wobei jeder Pol eine Breite entsprechend der Breite ledcs Pols der Pole 24 und der Nuten 23 in der Führungsbahn 10 besitzt. Alternativ kann jede der Polflächen an dem Polstück 41 und 42 eine Mehrzahl \on auf Abstand stehenden Polen aufweisen, wie sie in der [ i g. 3 dargestellt sind.

Wenn die Polstücke 41 und 42 den in der F i g. 4 gezeigten Aufbau aufweisen, stehen die Pole a und c derart auf Abstand, daß. wenn sich ein Pol über einem Pol 24 aus magnetischem Material auf der Führungsbahn 10 befindet, der andere Pol über der Nut 23 aus nic'ntmagnetischem Material ist. Mit anderen Worten kann der Abstand zwischen den Linien der Pole a und c P(n ± 7i) sein, wobei η eine ganze Zahl und ρ die teilung des Rostes an der Bahn 10 oder die Strecke von einer Mittellinie einer Nut oder einem Pol zu der Mittellinie der nächsten Nut oder des nächsten Pols an der Führungsbahn 10 ist. Die Polstücke 42, 43 und 44 sind in einer ähnlichen Weise aufgebaut.

Das Polstück 42 besitzt Magnetpole, die mit a'und c bezeichnet sind. Die Polstücke 41 und 42 des Magneten 47 stehen so auf Abstand, daß sich die Magnetpole a und a' zur selben Zeit an Magnetpolen 24 und die Magnetpole cund c'zur selben Zeit an Magnetpolen 24 befinden. Der Magnet 49 ist in einer ähnlichen Weise wie der Magnet 47 aufgebaut. Die Magnete 47 und 49 stehen so auf Abstand, daß. wenn die Pole eines Magnaten sich direkt über einem Pol oder einer Nut befinden, die Pole des anderen Magneten sich in der Mitte zwischen einem Pol und einer Nut befinden.

Die Miueiiinien sind daher von sich entsprechenden Polen der Magnete 47 und 49 um p(n ± ''U) voneinander beabsiandei.

Die beiden Magnete c;nes Sat/es sind als die Λ-Phasen und ß-Phasen-Magnete bezeichne!. In der bevorzugten Ausführungsform bei der zwei parallele Sätze von Magneten benutzt werden, wie dies in der F i g. 2 dargestellt ist. sind die Magnete eines Salzes, wie z. B. des Sat/es 30 mit der A-Phase links und der S-Phase rechts angeordnet, und die Magnete des anderen Satzes, wie beispielsweise des Satzes 32, sind mit der S-Phase links und mit der .4-Phase rechts angeordnet. Diese Anordnung sorgt für einen verbesserten Ausgleich von Kräften auf den Antrieb und verringert jede Neigung des Antriebs 14 sich um eine Achse senkrecht zur Oberfläche der Führungsbahn 10 zu drehen. Bei dieser Anordnung sind die Magnete eines Satzes im Abstand p(n + V₄) und die Magnete des anderen Satzes im Abstand p(n — V₁) voneinander angeordnet.

Wenn bei der Ausführungsform der F i g. 4 der Strom in der Spule 46 für den Magnet Λ volle Stärke besitzt, wird der durch den Strom erzeugte Fluß dein Fluß hinzugefügt, der durch den Permanentmagnet 47 in den Polflächen :i und a'erzeugt wird. Gleichzeitig wird der durch den Strom erzeugte Fluß von dem Fluß abgezogen, der durch den Magnet 47 in den Polflächen c und c'erzeugt wird, wodurch der Fluß in den Polflächen cund c-'auf einen Wert von annähernd 0 reduziert wird. Da sich die Pole a und a'direkt über den Polen 24 in der Führungsbahn 10 befinden, wird keine Krafi durch die Pole erzeugt, um den Antrieb 14 längs der Führungsbahn 10 zu bewegen. Zu diesem Zeitpunkt ist der Strom in in der Spule 45 für den Magneten 49 Null und die Flüsse in den Polen b und 6'des Polstücks 43 und den Polen d' und 6'des Polstücks 44 sind im wesentlichen identisch. Die Fußdichte ist halb so groß wie die durch den Magneten A durch die Pole a und a' erzeugte Flußdichte und ist ein Viertel so groß wie die in den Polen a und a'erzeugte Flußdichte, wenn der Strom i,\ durch die Spule 46 fließt (F i g. 4).

Die d- und J'-Pole sind von den b- und //-Polen um 180" verstellt, so daß das Nettoresultat ist. daß die Pole b und b' und die Pole d und d' keine Kräfte liefern, um den Antrieb 14 längs der Führungsbahn 10 zu bewegen. Unter diesen Umständen bleibt der Antrieb 14 in der Stellung gemäß der F i g. 4 stehen.

Um den Antrieb 14 nach rechts zu verschieben, wird der ß-Phasenstrom mit einer Polarität gedreht, um den magnetischen Fluß bei dund d'zu veranlassen, nach 0 zu gehen und den Fluß bei b und b' auf ein Maximum anwachsen zu lassen. Wenn dies geschieht, wird eine positive Kraft an dem Antrieb 14 erzeugt, um diesen nach rechts zu bewegen (F i g. 4).

Wenn der Antrieb 14 um ein Viertel einer Teilung vorgerückt ist, kann der ß-Phasenstrom abgeschaltet und der -4-Phasenstrom kann mit einer Polarität entgegengesetzt zu derjenigen, die in der Fig.4 dargestellt ist. eingeschaltet sein. Der Antrieb 14 wird sich dann nach rechts über eine Strecke bewegen, die einem anderen Viertel einer Teilung entspricht, so daß die Pole cund c'überden Polen 24 der Führungsbahn 10 stehen. Für den nächsten Schritt kann der A- Phasenstrom abgeschaltet und ß-Phasenstrom eingeschaltet werden, mit einer Polarität entgegengesetzt zu der oben beschriebenen. Der nächste Schritt wird ausgeführt, indem der Strom zu dem in der Fig.4 gezeigten Zustand zurückgeführt wird. Die Stufung in der entgegengesetzten Richtung wird durch Schalten der Ströme in der entgegengesetzten Folge erzielt.

In Wirklichkeit können die Spulen 46 und 45 in den Phase-Α- und Phase-ß-Magneten gleichzeitig erregt

werden. Die auf die Spulen 46 und 45 ausgeübten Signale können periodische Signale sein, die um W gegeneinander phasenverschoben sind. Beispielsweise können an die Spule 46 Sinussignale und an die Spule 45 Cosinussignale angelegt werden. Wenn dies geschieht. kann die Bewegung des Antriebs 14 fortlaufend, anstatt in Schritten erfolgen, wie es in dem vorhergehenden Abt-tz beschrieben wurde. Die Bewegungsrichtung des Antriebs 14 längs der Bahn IO kann durch Umkehrung der Phase eines der Eingangssignale, beispielsweise des Sinussignals, oder durch Drehung des Vektors der Signale in der entgegengesetzten Richtung umgekehrt werden.

Die vorher beschriebene Vorrichtung hai auch andere bedeutende Vorteile. Da die Spulen 46 und 45 periodische Signale empfangen, die sich auf die Verschiebung der Magnete 47 und 49 längs der Führungsbahn 10 beziehen, kann die Verschiebung des Verbindungsbaikens ie iangs der Fuhmiigsbahnen IO und 12 in jedem Augenblick durch die Bestimmung der Anzahl von Zyklen und von Teilen von Zyklen der periodischen Signale bestimmt werden, die an die Spulen 46 und 45 angelegt werden. Die Verschiebung des Verbindungsbalkens 18 längs der Führungsbahnen 10 und 12 kann auch durch magnetische Aufnahmevorrichtungen 57 und 58 bestimmt werden, die sich mit dem Verbindungsbalken bewegen, die Signale erzeugen, während die Aufnahmevorrichtungen an den Polen 24 vorbeibewegt werden und die keine Signale erzeugen, während die Aufnahmevorrichtungen an den Nuten 23 voiaeibewegt werden. Auf diese Weise erzeugen die Aufnahmevorrichtungen periodische Signale, wobei jedes periodische Signal einer Verschiebung des Verbindungsbalkens über eine Strecke entspricht, die der Länge eines Poles 24 und einer Nut 23 entspricht, Die Verschiebung des Antriebs 20 längs des Verbindungsbalkens 18 kann in einer ähnlichen W; ise bestimmt werden.

Jeder der Antriebe 14 und 16 ist so beschrieben worden, daß er zwei Sätze von Magneten, wie beispielsweise den Satz von Magneten 30a und 30b und den Satz von Magneten 32a und 326 enthält. Tatsächlich kann der Antrieb 14 einen Satz von Magneten, wie beispielsweise die Magnete 30a und 306 aufweisen, und der Antrieb 16 kann den anderen Satz von Magneten, wie beispielsweise die Magnete 32a und 32b aufweisen. Mit einer solchen Anordnung kann der Balken ebenfalls angetrieben werden, während die Drehung des Balkens verhindert wird.

Wie dies zuvor beschrieben wurde, ist der Antrieb 14 von der Führungsbahn 10 beabstandet und grenzt an diese an. Verschiedene Einrichtungen einschließlich Luftlager können benutzt werden, um einen solchen Abstand vorzusehen. Beispielsweise kann über eine Steuerleitung 16, (F i g. 4a) Druckluft zugeführt werden. Die Luftleitung endet an einem Rohr 61, welches durch eine Schraube 66 in einer öffnung 62 in der richtigen Lage gehalten wird. Ein Durchgang 63 in der Schraube 66 schafft eine Verbindung zu Durchlässen 64, die von der Schraube nach außen strahlen und an Auslaßöffnungen 65 enden (F i g. 2).

Der Verbindungsbalken 18 kann auch durch andere Einrichtungen oder sogar von Hand längs der Führungsbahnen 10 und 12 bewegt werden. Der Arbeitskopf 22 kann ebenfalls durch andere Einrichtungen oder sogar von Hand längs des Verbindungsbalkens 18 eingestellt werden. Unter solchen Umständen wirkt die der vorher beschriebenen Vorrichtung ähnliche

Vorrichtung als ein Zähler zur Anzeige der Verschiebung des Arbeitskopfes 22 längs den Koordinatenachsen, beispielsweise der Achsen Xund V.

Wenn der Balken 18 verhältnismäßig lang ist, kann er bei einer Beschleunigung leicht gebogen werden. Dies könnte dadurch reduziert werden, daß der Balken ziemlich schwer gemacht wird. Dies würde aber zur Folge haben, daß die Beschleunigung verringert würde, die den verschiedenen Gliedern einschließlich des Balkens erteilt werden kann. Selbst wenn die Masse des Balkens etwas erhöht sein würde, könnte sich der Balken noch verbiegen.

Irgendeine Verbiegiing des Balkens bewirkt Fehler in der Einstellung des Antriebs 20 unc' somit auch des Arbeitskopfes 22 in der Richtung entlang der Führungsbahnen 10 und 12.

Durch die in den Fig. 5, 6 und 7 gezeigte Ausführungsform wird jede Verbiegung des Balkens 18 der i· i g. 1 minimaüsiert. Bei der in den f-1 p. 5, b und 7 gezeigten Ausführungsform ist eine Mehrzahl von Führungsbahnen, bei der es sich beispielsweise um die Bahnen 100,102,104 und 106 handeln kann, vorgesehen, wobei diese Führungsbahnen voneinander beabstandet sind. Die Führungsbahnen 100, 102, 104 und 106 sind vorzugsweise längs einer bestimmten Achse, beispielsweise der X-Achse, angeordnet. Die Führungsbahnen 100, 102, 104 und 106 können durch Stützen, beispielsweise durch die Stützen 108. abgestützt sein. Obwohl in den F i g. 5. 6 und 7 vier Führungsbahnen dargestellt sind, kann auch irgendeine beliebige Anzahl von Führungsbahnen, d. h. mehr als zwei Führungsbahnen, vorgesehen sein.

Jede der Führungsbahnen 100,102, 104 und 106 kann mit einer solchen Anordnung versehen sein, wie sie für die Führungsbahn 104 in der Fi g. 7 dargestellt ist. Eine Welle 110 ist fest an der Führungsbahn 104 angebracht. Lager 112 sind rund um die Welle 110 herum angeordnet und an einem Balken 114 an den entgegengesetzten Seiten des Balkens befestigt. Die Lager 112 sind auch an dem Antrieb 116 befestigt, de bezüglich seines Aufbaues dem Antrieb 14 der F i g. 1 entsprechen kann.

In der gleichen Weise sind die Antriebe 120, 122 und 124 den Führungsbahnen 100, 102 und 106 zugeordnet und mit dem Verbindungsbalken 114 gekoppelt, um diesen anzutreiben. Die Antriebe 116, 120, 122 und 124 empfangen ähnliche Signale um den Verbindungsbalken 114 längs der ihnen zugeordneten Führungsbahnen zu verschieben.

Der Antrieb 126, der dem Antrieb 20 der F i g. 1 entspricht, ist dem Verbindungsbalken 114 zugeordnet, um sich seiner selektiven Erregung entsprechend längs dem Balken zu bewegen. Der Antrieb 126 trägt einen Arbeitskopf, bei dem es sich beispielsweise um ein Werkzeug oder um einen Schreibstift handeln kann.

Die Antriebe 116, 120, 122 und 124 können Kräfte erzeugen, die in dem Verbindungsbalken 114 Spannungen hervorrufen. In der F i g. 8 sind die Kräfte jeweils an den Orten 130, 132, 134 und 136 angezeigt und es ist ebenfalls eine Aufzeichnung der Spannung in den äußeren Fasern des Verbindungsbalkens 114 dargestellt. Die Spannungen versuchen den Baiken zu verformen, so daß dieser eine Form annimmt, die derjenigen entsprechen kann, die in der Fig. S in einem vergrößerten Maßstab dargestellt ist Es ist ersichtiich, daß die Spannung in dem Verbindungsbalken 114 in dem Muster bzw. Beispiel 140 an verschiedenen Orten entlang der Länge des Balkens, einschließlich der Orte a

und b. Null ist.

Es können verschiedene Systeme vorgesehen werden, um die auf dem Verbindungsbalken 114 an verschiedenen Orten längs des Balkens ausgeübten Kräfte zu minimalisieren. Ein System schließt die Arbeitsweise der Antriebe 120 urd 124 auf der Basis einer offenen Schleife ein. so daß die Kräfte 130 und 136 an den Orten der Antriebe liuund 124 die Grundlinie des Balkens 1)4 festlegen. Das System schließt auch die Positionierung von Aufnahmevorrichtungen 142 und 144 an den Orten a und b in der F i g. 8 zum Messen der Spannung ein. an denen die Spannung des Verbindungsbalkens 114 Null ist, wenn der Verbindungsbalken optimal beansprucht wird. Die durch die Aufnahmevorrichtung 142 ermittelten Spannungen oder Kräfte können durch ein System 146 gemäß der F i g. 9 durch Servowirkung ausgeglichen werden, das eine Kraft erzeugt, die auf den Verbindungsbalken 114 an einem Ort längs der Länge des

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Antriebs 116 entspricht. Die Kraft wird auf den Verbindungsbalken durch den Antrieb oder den Motor 116 in der F i g. 5 in einer Richtung und mit einer Größe ausgeübt, um die Spannung oder Kraft an dem Ort a in der Fig.8 auf 0 zu reduzieren. In der gleichen Weise können die auf die Aufnahmevorrichtung 144 ausgeübten Spannungen durch ein System 148 gemäß der F i g. 9 durch Servowirkung ausgeglichen werden, um eine Kraft zu erzeugen, die durch den Antrieb oder den Motor 122 auf den Verbindungsbalken in der Fig. 5 ausgeübt wird. Die Kraft wird auf den Verbindungsbalken in einer Richtung und mit einer Größe ausgeübt, um die Kraft oder Spannung an der Stelle b in der F i g. 9 auf 0 zu verringern. Durch ein Ausgleichen der Kräfte und der Spannungen an den Orten a und b in der Fig.8 können dieselben beseitigt werden, so daß diese Spannungen sich nach 0 bewegen, wobei das Muster der Spannungen oder Kräfte längs des Verbindungsbalkens in Übereinstimmung mit der Kurve 140 in der Fig.8 aufrechterhalten werden kann.

Es können andere Systeme benutzt werden, um die Arbeitsweise der Antriebe 116, 120, 122 und 124 zu synchronisieren. Beispielsweise kann ein Laserstrahl parallel zu dem Balken 114 gerichtet sein und es kann ein Satz von Fühlern an voneinander beabstandeten Orten längs des Verbindungsbalkens angeordnet sein, um Fehler in der Einstellung des Verbindungsbalkens 114 von einer statischen Zehnerbasislinie festzustellen. Diese Fehler können in Kräfte umgewandelt werden, die auf den Verbindungsbalken 114 ausgeübt werden, um so Fehler auf 0 zu bringen.

Eine andere Ausführungsform kann ein Metallband enthalten, welches parallel zu dem Verbindungsbalken 114 gespannt ist und an den Enden des wandernden Verbindungsbalkens endet. Aufnahmevorrichtungen, wie beispielsweise elektromagnetische, optische oder kapazitive Aufnahmevorrichtungen, können dazu benutzt werden, um Fehler-Ausgangssignale von der Band-Bezugsbasislinie zu erzeugen. Diese Fehlerausgangssignale werden dazu benutzt um die Erzeugung von Kräften zu steuern, die auf den Verbindungsbalken ausgeübt werden, um die Fehler-Ausgangssignale zu reduzieren.

In einer weiteren Ausführungsform kann eine Kraftaufnahmevorrichtung an jedem der Antriebe 116, 120, 122 und 124 angeordnet sein, um die Kräfte zu messen, die auf den Balken an diesen Stellen susgeübt werden. Die Aufnahmevorrichtungssignale werden dazu benutzt um den richtigen Kraftskalenfaktor an der Stelle jedes Motors genau aufrechtzuerhalten. Dies geschieht, weil die Kräfte nicht alle gleich sind, aber genaue Verhältnisse zwischen ihnen vorhanden sind, die von tier Zahl dieser Kräfte abhängen. Bei einer weiteren Ausführungsform kann ein Beschleunigungsmesser an dem Ort jedes der Antriebe 116, 120, 122 und 124 angeordnet sein, und es kann ein Servosystem vorgesehen sein, um die Beschleunigung an solchen verschiedenen Orten auszugleichen.

Die Vorrichtung ist in erster Linie dargestellt und beschrieben worden, urn die Verstellung eines Arbeitskopfes, wie beispielsweise eines Schneidwerkzeuges oder eines Schreibstiftes, an irgendeinen Ort zu steuern, der (lurch X- und V-Koordinaten oder -Achsen r> bestimmt ist. Die Vorrichtung kann jedoch auch ίτι Zusammenhang mit irgendeiner anderen Art vo<. Koordinaten verwendet werden. Beispielsweise können Vorrichtungen oder Geräte benutzt werden, die ähnlich

SüigCbSut SiFiCi, 'rv'iC uiG ZuVuT beschriebene Vüffici'liüng,

in um einen Arbeitskopf, beispielsweise einen Schreibstift oder ein Schneidwerkzeug, entlang von polaren oder sphärischen Koordinaten zu verschieben.

Die in den Fig. 10 und 11 gezeigte Ausführungsform arbeitet im allgemeinen nach den vorbeschriebenen

r> Prinzipien. Die Ausführungsform enthält einen ersten Balken 200, der längs einer ersten Koordinatenachse, beispielsweise der X-Achse, bewegbar ist und der längs einer zweiten Koordinatenachse, beispielsweise der K-Achse, angeordnet ist.

in Ein Paar von Antrieben 202 und 204 ist mit dem Balken 200 an den entgegengesetzten Enden des Balkens verbunden, um denselben längs der X-Achse zu bewegen. Die Antriebe 202 und 204 sind in der Nähe der Führungsbahnen 205 angeordnet, die sich längs der X-Achse erstrecken. Die Antriebe 202 und 204 können in einer ähnlichen Weise konstruiert sein, wie diejenigen, die vorher in Verbindung mit den Antrieben 14 und 16 der F i g. 1 beschrieben wurde.

Ein zweiter Verbindungsbalken 206 ist längs einer zweiten Koordinatenachse, beispielsweise der K-Achse. bewegbar. Außerdem ist der zweite Verbinde .igsbalken längs der ersten Koordinatenachse, beispielsweise der X-Achse, angeordnet.

Ein Paar von Antrieben 210 und 212 ist mit dem

« Verbindungsbalken 206 an den entgegengesetzten Enden des Balkens verbunden. Die Antriebe 210 und 2Ί2 sind in der Nähe von den Führungsbahnen 214 angeordnet, die sich längs der K-Achse erstrecken. Die Antriebe 210 und 212 können in einer Weise aufgebaut sein, die derjenigen ähnlich ist, wie zuvor in Zusammenhang mit den Antrieben 14 und 16 beschrieben wurde.

Ein Paar von Antrieben 216 und 218 ist längs des Verbindungsbalkens 206 symmetrisch zu den Verbindungsbalken 200 angeordnet Die Antriebe 216 und 218 sind mechanisch miteinander zur koordinierten Bewegung gekoppelt Die Antriebe 216 und 218 arbeiten mit dem Balken 216 in einer Weise zusammen, die derjenigen ähnlich ist die zuvor für den Verbindungsbalken 210 und den Antrieb 14 beschrieben wurde, um für eine koordinierte Bewegung der Antriebe längs des Verbindungsbalkens zu sorgen, wenn die Antriebe wahlweise erregt werden. Die Antriebe 214 und 216 sind relativ zu den Balken 200 und 206 so angeordnet daß sie sich frei bewegen können, ohne an den Verbindungsbalkcn anzugreifen.

Ein Paar von Antrieben 220 und 222 ist längs des Verbindungsbalkens 200 symmetrisch zu dem Verbindungsbalken angeordnet Die Antriebe 220 und 222 und

Il

die Antriebe 216 und 218 sind mechanisch miteinander für eine koordinierte Bewegung dieser Antriebe gekoppelt. Die Antriebe 220 und 222 arbeiten mit dem Verbindungsbalken 200 in einer Weise zusammen, die der Weise ähnlich ist, die vorher für den Verbmdungsbalken 10 und den Antrieb 14 beschrieben wurde, um für eine koordinierte Bewegung der Antriebe längs des Verbindungsbalkens zu sorgen, wenn die Antriebe wahlweise erregt werden. Die Antriebe 220 und 222 sind relativ zu den Verbindungsbalken 200 und 206 so angeordnet, daß sie frei sind, um sich so bewegen zu können, daß sie nicht an den Verbindungsbalken angreifen.

Die An'.riebe 202, 204, 220 und 222 nehmen gleichzeitig Signale für die selektive Erregung der Antriebe auf. Die Antriebe 202 und 204 treiben den Balken 200 derart an, daß die Antriebe 220 und 222 und die Antriebe 216 und 218 sich längs des Verbindungsbalkens 2öö in synchronisierter Bewegung mit dem Verbindungsbalken 200 bewegen. In einer ähnlichen Weise empfangen die Antriebe 210, 212, 216 und 218 gleichzeitig Signale zur selektiven Erregung der Antriebe. Die Antriebe 210 und 212 treiben den Balken 206 derart an, daß die Antriebe 216 und 218 und die Antriebe 220 und 222 sich längs des Verbindungsbalkens 200 in synchronisierter Bewegung mit den Vtrbindimgsbalken 206 bewegen. Die Antriebe 216, 218, 220 und 222 können mit Aufnahmevorrichtunger. versehen sein, wie dies zuvor schon beschrieben wurde.

Ein Arbeitskopf 230, bei dem es sich beispielsweise um einen Schreibstift oder eine Schneidvorrichtung handelt, ist mechanisch mit den Antrieben 216, 218,220 und 222 verbunden, um sich mit diesen Antrieben zu bewegen. Tatsachlich kann eine Mehrzahl von Arbeitsi;öpfen vorgesehen sein, wie dies in der Fig. 10 aargestellt ist, und die Arbeitsköpfe können wahlweise in jedem Augenblick gemäß dem gewünschten Ausgangssignal aktiviert sein. Da die Antriebe 216, 218, 220 und 222 relativ zu den Verbindungsbalken 200 und 206 so angeordnet sind, daß sie frei sind, sich ohne Eingriff an dem Balken zu bewegen, kann sich der Arbeitskopf 230 ebenfalls in dieser Weise frei bewegen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

!.Vorrichtung zum Einstellen eines Arbeitskopfes längs zweier aufeinander senkrecht stehender Koordinaten innerhalb eines rechteckigen Bereichs einer durch diese Koordinaten definierten Ebene, bei der wenigstens zwei parallele, den Bereich seitlich begrenzende Führungsbahnen in der Richtung der einen Koordinate vorgesehen sind, bei der in der Richtung der anderen Koordinate ein starrer Verbindungsbalken vorgesehen ist, wobei der Verbindungsbalken an seinen Enden an den Führungsbahnen gleitbar angeordnet ist, bei der der Arbeitskopf an dem Verbindungsbalken in Richtung der anderen Koordinate bewegbar ist, und bei der zur Bewegung des Verbindungsbalkens und des Arbeitskopfes jeweils ein Motor vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Führungsbahnen (10,12) als ein Ständer eines an sich bekannten 'inearmotors ausgebildet ist, daß an jeweils ein Ende des Verbindungsbalkens (18) ein den Führungsbahnen zugeordneter Läufer (14, 16) eines Linearmotors starr angeordnet ist, daß der Verbindungsbalken (18) als Ständer eines Linearmotors ausgebildet ist, daß der Arbeitskopf an einem dem Verbindungsbalken zugeordneten Läufer (20) eines Linearmotors angeordnet ist, daß die als Ständer ausgebildeten Führungsbahnen (10,12) und der als Ständer ausgebildete Verbindungsbalken (18) jeweils quer zu ihrer Längserstreckung voneinander beabstandete Muten (23; Fig.4) und Pole (24; Fig.4) gleicher Breite aufweisen, daß die den Führungsbahnen (10, V2) und uem Verbindungsbalken (18) jeweils zugeordneten Läufer (12,14,20) in ihrer Bewegungsrichtung jeweils zwei Sätze (30a, 306; Fig.2) voneinander beabstandeter Pole und Nuten aufweisen, daß die Pole und Nuten eines Satzes der Läufer (14,16,20) jeweils gegenüber den Nuten und Polen des anderen Satzes der Läufer so verschoben sind, daß durch einen Fluß durch die *<> Pole der Sätze bewirkende phasenverschobene Taktsignale jeweils eine Verschiebung eines Läufers relativ zu dem ihm zugeordneten Ständer bewirkbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu und zwischen den beiden, den rechteckigen Bereich begrenzenden Führungsbahnen (100, 106) weitere Führungsbahnen (102, 104) angeordnet und als Ständer von Linearmotoren ausgebildet sind, während zugehörige Läufer (116, *> 122) ebenso wie die Läufer (120, 124) der den Bereich begrenzenden Führungsbahnen (100, 106) starr mit dem Verbindungsbalken (114) verbunden sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Verbindungsbalkens (114) Meßeinrichtungen (142,144) zur Feststellung der Biegung in Querrichtung an den Stellen (a, ty aufweist, an denen die sich unter den Beschleunigungskräften der Linearmotoren einstellende Biege- ω linie des Verbindungsbalkens (114) bei einer vorgegebenen Beschleunigung durch Null geht, und daß die Meßeinrichtungen (142, 144) die Erregung der den weiteren Führungsbahnen (102, 104) zugeordneten Linearmotoren (116, 122) so steuert, <>5 daß die Spannung an den Stellen (a, b) immer auf Null reduziert wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß alle vier Seiten des rechteckigen Bereichs von Führungsbahnen (205, 214) begrenzt sind, die als Ständer von Linearmotoren ausgebildet sind, daß die Läufer (202,204 bzw, 210,212) einander gegenüberliegender Linearmotoren jeweils über einen Verbindungsbalken (220 bzw. 206) starr miteinander verbunden sind und daß die Verbindungstelken (200,206) als Ständer von Linearmotoren ausgebildet sind, deren zugehörige Läufvr (216, 218 bzw. 220, 222) fest miteinander und mit dem Arbeitskopf (230) verbunden sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß statistisches Luftlager zwischen den Ständern und Läufern der Linearmotoren vorgesehen sind.