(57)【要約】  本発明は位置決め装置に関する。前記位置決め装置は少なくとも１つの位置センサーと、少なくとも１つの位置制御部と、少なくとも１つの位置作動装置とを有する。前記位置センサーは、被位置制御装置の位置を測定する。前記位置制御部は、前記位置センサーにより提供される計測信号を入力信号として用いる。そして前記位置制御部により生成された出力信号は、前記位置作動装置により、前記被位置制御装置の位置を制御するために用いられる。前記位置決め装置は、前記被位置制御装置に作用する重力を補正する重力補正手段を更に有する。前記重力補正手段は、少なくとも１つの重力補正制御部と、少なくとも１つの重力補正作動装置とを有する。前記重力補正制御部は、前記位置制御部により生成された出力信号を入力信号として用い、出力信号を生成する。前記生成された出力信号は、前記重力補正作動装置により、前記被位置制御装置に作用する重力を補正するために用いられる。
2007501972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの位置センサーと、少なくとも１つの位置制御部と、少なくとも１つの位置作動装置とを有し、前記位置センサーは、被位置制御装置の位置を測定し、前記位置制御部は、前記位置センサーにより提供される計測信号を入力信号として用い、前記位置制御部により生成された出力信号は、前記位置作動装置により、前記被位置制御装置の位置を制御するために用いられ、前記被位置制御装置に作用する重力を補正する重力補正手段を更に有し、特に計測器、製造機械、又は同種の物に用いられる位置決め装置であって、
前記重力補正手段は、少なくとも１つの重力補正制御部と、少なくとも１つの重力補正作動装置とを有し、前記重力補正制御部は、前記位置制御部により生成された出力信号を入力信号として用い出力信号を生成し、前記生成された出力信号は、前記重力補正作動装置により、前記被位置制御装置に作用する重力を補正するために用いられることを特徴とする、位置決め装置。
【請求項２】
前記重力補正作動装置は、弾性手段と連結手段と滑車手段と動力手段とを有することを特徴とする、請求項１記載の位置決め装置。
【請求項３】
前記弾性手段は、第１の端は望ましくは前記被位置制御装置に取り付けられ、第２の端は前記連結手段に取り付けられることを特徴とする、請求項２記載の位置決め装置。
【請求項４】
前記連結手段は前記滑車手段に巻き付けられ、前記滑車手段は前記動力手段により駆動され、前記動力手段は前記重力補正制御部により生成された出力信号により制御されることを特徴とする、請求項２又は請求項３記載の位置決め装置。
【請求項５】
前記滑車手段は前記動力手段により駆動され、前記弾性手段の張力は、一定且つ前記被位置制御装置に作用する重力に等しく保たれることを特徴とする、請求項２乃至請求項４の何れかに記載の位置決め装置。
【請求項６】
前記重力補正手段は、１つの重力補正制御部を有し、前記１つの重力補正制御部の出力信号は、前記重力補正作動装置を制御するために用いられることを特徴とする、請求項１乃至請求項５の何れかに記載の位置決め装置。
【請求項７】
前記重力補正手段は、２つの重力補正制御部を有し、第１の重力補正制御部は前記位置制御部により生成された出力信号を入力信号として用い、第２の重力補正制御部は前記第１の重力補正制御部により生成された出力信号を入力信号として用い、前記第２の重力補正制御部からの出力信号は重力補正作動装置を制御するために用いられることを特徴とする、請求項１乃至請求項５の何れかに記載の位置決め装置。
【請求項８】
前記第１の重力補正制御部により生成された出力信号は、前記位置制御部の位置設定値信号と合算され、結果として得られる信号は前記第２の重力補正制御部の設定値として用いられることを特徴とする、請求項７記載の位置決め装置。
【請求項９】
前記第２の重力補正制御部は、動力手段位置センサーの前記計測信号を入力信号として用い、前記動力手段位置センサーは、前記重力補正作動装置の動力手段の位置を測定することを特徴とする、請求項７又は請求項８記載の位置決め装置。
【請求項１０】
被位置制御装置の位置は、少なくとも１つの位置センサーにより測定され、少なくとも１つの位置制御部により制御される、被位置制御装置に作用する重力を補正する重力補正装置であって、
少なくとも１つの重力補正制御部は、前記位置制御部により生成された出力信号を入力信号として用い、出力信号を生成し、前記生成された出力信号は、少なくとも１つの重力補正作動装置により、前記被位置制御装置に作用する重力を補正するために用いられることを特徴とする、重力補正装置。
【請求項１１】
前記重力補正作動装置は、弾性手段と、連結手段と、滑車手段と、動力手段とを有することを特徴とする、請求項１０記載の重力補正装置。
【請求項１２】
前記弾性手段は、第１の端は望ましくは前記被位置制御装置に取り付けられ、第２の端は前記連結手段に取り付けられることを特徴とする、請求項１１記載の重力補正装置。
【請求項１３】
前記連結手段は、前記滑車手段に巻き付けられ、前記滑車手段は前記動力手段により駆動され、前記動力手段は前記重力補正制御部により生成された出力信号により制御されることを特徴とする、請求項１１又は請求項１２記載の重力補正装置。
【請求項１４】
前記滑車手段は、前記動力手段により駆動され、前記弾性手段の張力は一定且つ前記被位置制御装置に作用する重力と等しく保たれることを特徴とする、請求項１１又は請求項１２又は請求項１３記載の重力補正装置。
【請求項１５】
１つの重力補正制御部からの出力信号は、前記重力補正作動装置を制御するために用いられることを特徴とする、請求項１０乃至請求項１４の何れかに記載の重力補正装置。
【請求項１６】
第１の重力補正制御部は前記位置制御部により生成された出力信号を入力信号として用い、第２の重力補正制御部は前記第１の重力補正制御部により生成された出力信号を入力信号として用い、前記第２の重力補正制御部からの出力信号は前記重力補正作動装置を制御するために用いられることを特徴とする、請求項１０乃至請求項１４の何れかに記載の重力補正装置。
【請求項１７】
前記第１の重力補正制御部により生成された出力信号は、前記位置制御部の位置設定値信号と合算され、結果として得られた信号は、第２の重力補正制御部の設定値として用いられることを特徴とする、請求項１６記載の重力補正装置。
【請求項１８】
前記第２の重力補正制御部は、動力手段位置センサーの計測信号を入力信号として用い、前記動力手段位置センサーは、前記重力補正作動装置の前記動力手段の位置を測定することを特徴とする、請求項１６又は請求項１７記載の重力補正装置。
【請求項１９】
被位置制御装置の位置は少なくとも１つの位置センサーにより測定され、少なくとも１つの位置制御部により制御されることにより、前記被位置制御装置に作用する重力を補正する重力補正方法であって、
少なくとも１つの重力補正制御部は、前記位置制御部により生成された出力信号を入力信号として用い、出力信号を生成し、前記生成された出力信号は、少なくとも１つの重力補正作動装置により前記被位置制御装置に作用する重力を補正するために用いられることを特徴とする、重力補正方法。
【請求項２０】
前記重力補正作動装置は、弾性手段と、連結手段と、滑車手段と、動力手段とを有し、前記弾性手段は、第１の端は前記被位置制御装置に取り付けられ、第２の端は連結手段に取り付けられ、前記連結手段は前記滑車手段に巻き付けられ、前記滑車手段は前記動力手段により、前記重力補正制御部により生成された出力信号を用いて駆動され、前記弾性手段の張力は一定且つ前記被位置制御装置に作用する重力と等しく保たれることを特徴とする、請求項１９記載の重力補正方法。
【請求項２１】
１つの重力補正制御部が用いられ、前記１つの重力補正制御部の出力信号は、前記重力補正作動装置を制御するために、直接用いられることを特徴とする、請求項１９又は請求項２０記載の重力補正方法。
【請求項２２】
２つの重力補正制御部が用いられ、第１の重力補正制御部は前記位置制御部により生成された出力信号を入力信号として用い、第２の重力補正制御部は前記第１の重力補正制御部により生成された出力信号を入力信号として用い、前記第２の重力補正制御部の出力信号は前記重力補正作動装置を制御するために用いられることを特徴とする、請求項１９又は請求項２０記載の重力補正方法。
【請求項２３】
前記第１の重力補正制御部により生成された出力信号は、前記位置制御部の位置設定値信号と合算され、結果として得られた信号は、前記第２の重力補正制御部の設定値として用いられ、前記第２の重力補正制御部は、動力手段位置センサーの前記計測信号を入力信号として用い、前記動力手段位置センサーは、前記重力補正作動装置の前記動力手段の位置を測定することを特徴とする、請求項２２記載の重力補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被位置制御装置の位置決め装置に関連し、前記被位置制御装置に作用する重力を補正する重力補正手段を有する。更に、本発明は、重力補正装置及び重力補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被位置制御装置に作用する重力の補正は、位置決め装置、例えば計測器、製造機械、ピックアンドプレース機械、又はロボットで用いられる、高精度動作装置において特に重要である。重力補正装置の利用による重力の補正は、位置作動装置に要求される力と熱放散を低い水準に維持することを保証する。
【０００３】
通常の用途では、位置作動装置が用いられている。上記のように、重力補正装置の利用は、位置作動装置により生成される力を可能な限り小さく保つ。位置作動装置の大きさは必要とされる力の最大値と平均値に依存する。必要とされる力を減ずることができれば、位置作動装置の大きさと重さを減ずることができる。更に、熱拡散は生成される力に直接関係するので、位置作動装置の熱拡散を最小限にすることができる。
【０００４】
従来知られている重力補正装置は、空気シリンダ又は永久磁石又は機械弾性体を用い、重力を補正する。空気シリンダの利用に関連する不利点は、空気の供給が必要とされ、結果として複雑かつ高価な装置になることである。機械弾性体は負荷の変化で損傷し易い。永久磁石の利用に関連する不利点は、高い位置に重量があること、また負荷の変化及び長距離の動作で損傷し易いことである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、特に計測器、製造機械又は同種の物の位置決め装置を提供する。前記位置決め装置は少なくとも１つの位置センサーと、少なくとも１つの位置制御部と、少なくとも１つの位置作動装置とを有する。前記位置センサーは、被位置制御装置の位置を測定する。前記位置制御部は、前記位置センサーにより提供される計測信号を入力信号として用いる。そして前記位置制御部により生成された出力信号は、前記位置作動装置により、前記被位置制御装置の位置を制御するために用いられる。前記位置決め装置は、前記被位置制御装置に作用する重力を補正する重力補正手段を更に有する。前記重力補正手段は、少なくとも１つの重力補正制御部と、少なくとも１つの重力補正作動装置とを有する。前記重力補正制御部は、前記位置制御部により生成された出力信号を入力信号として用い、出力信号を生成する。前記生成された出力信号は、前記重力補正作動装置により、前記被位置制御装置に作用する重力を補正するために用いられる。本発明は従来技術と比較していくつかの利点を有する。空気シリンダと異なり、本発明は如何なる空気の供給を必要としない。本発明はより安価でより小型な装置を提供する。機械弾性体を利用した従来技術と比較して、本発明はより負荷の変化で損傷し難く、被位置制御装置とその環境との間の相対動作の場合に外乱が少ない。永久磁石を利用した従来技術と比較して、本発明はより軽量でより安価であり、そして負荷の変化により損傷し難い。本発明の装置は、長距離及び負荷が変化する状況に適する。
【０００６】
本発明の好適な実施の形態によると、重力補正作動装置は弾性手段と、連結手段と、滑車手段と、動力手段とを有する。前記弾性手段は、第１の端は前記被位置制御装置に取り付けられ、第２の端は前記連結手段に取り付けられる。前記連結手段は前記滑車手段に巻き付けられ、前記滑車手段は前記動力手段により駆動する。そして前記動力手段は前記重力補正制御部により生成された出力信号により制御される。前記滑車手段は、前記動力手段により駆動し、前記連結手段の張力は一定且つ前記被位置制御装置に作用する重力と等しく保たれる。
【０００７】
本発明の更に改良された好適な実施の形態によると、前記重力補正手段は、２つの重力補正制御部を有する。第１の重力補正制御部は、前記位置制御部により生成された出力信号を入力として用いる。第２の重力補正制御部は、前記第１の重力補正制御部により生成された出力信号を入力として用いる。前記第２の重力補正制御部の出力信号は、重力補正作動装置を制御するために用いられる。前記第１の重力補正制御部により生成された出力信号は、前記位置制御部の位置設定値信号と合算される。結果として得られた信号は、前記第２の重力補正制御部の設定値信号として用いられる。前記第２の重力補正制御部は、動力手段位置センサーの計測信号を入力信号として用いる。前記入力信号により、前記動力手段位置センサーは前記重力補正作動装置の前記動力手段の位置を測定する。
【０００８】
本発明は、被位置制御装置に作用する重力を補正する重力補正装置を更に提供する。前記被位置制御装置の位置は、少なくとも１つのセンサーにより測定され、少なくとも１つの位置制御部により制御される。前記重力補正装置は少なくとも１つの重力補正制御部と、少なくとも１つの重力補正作動装置とを有する。前記重力補正制御部は、前記位置制御部により生成された出力信号を用いる。生成された出力信号を用い、前記重力補正作動装置は、前記被位置制御装置に作用する重力を補正する。
【０００９】
更に、本発明は、重力補正方法を提供する。
【実施例】
【００１０】
図１は、本発明の第１の好適な実施の形態の位置決め装置１０を示す。位置決め装置１０は、被位置制御装置１１の位置を制御する。被位置制御装置１１の位置は、位置センサー１２により測定され、位置センサー１２により提供される計測信号は、位置制御部１３へ、入力信号又はいわゆる被制御変数として送信される。位置センサー１２により提供される計測信号、及び被位置制御装置１１の位置の設定値に応じて、位置制御部１３は、出力信号又はいわゆる操作変数を生成する。この出力信号は、位置作動装置１４の入力信号として用いられる。位置作動装置１４は、直接駆動の動力手段として設計されている。
【００１１】
位置決め装置１０は、被位置制御装置１１に作用する重力を補正する重力補正手段又は重力補正装置１５を更に有する。本発明によると、図１に示す位置決め装置１０の重力補正装置１５は、重力補正制御部１６と重力補正作動装置１７を有する。重力補正制御部１６は、位置制御部１３により生成された出力信号を、入力信号又はいわゆる被制御変数として用いる。重力補正制御部１６は、位置制御部１３の出力信号に応じて、出力信号を生成する。重力補正制御部１６の出力信号は、重力補正作動装置１７により、被位置制御装置１１に作用する重力を補正するために用いられる。
【００１２】
重力補正作動装置１７は、弾性手段１８と、連結手段１９と、滑車手段２０と、動力手段２１とを有する。弾性手段１８は、第１の端は被位置制御装置１１に取り付けられ、第２の反対側の端は連結手段１９に取り付けられる。連結手段１９は、滑車手段２０に巻き付けられる。滑車手段２０は、動力手段２１により駆動され、歯車２２は滑車手段２０と動力手段２１の間に置かれる。図１に示す実施例では、重力補正制御部１６により生成された出力信号は、電圧駆動の直流動力手段として設計された動力手段２１への入力信号として直接用いられる。前記電圧駆動の直流動力手段は、位置制御部１３のみの出力信号に基づき制御される。図１に示す実施例は、非常に簡易な設計であり、アナログ電子技術を用いて実現することも可能である。
【００１３】
図２は本発明の第２の実施例を示す。図２は、被位置制御装置の位置を制御する位置決め装置２３を示す。図２に示す位置決め装置２３は、図１に示す位置決め装置１０と同様に、位置センサーと、位置制御部と、位置作動装置とを有する。重複を避けるため、同様の要素には同一の参照符号を用いる。
【００１４】
図１の実施例と比較して、図２の位置決め装置２３は、２つの重力補正制御部を含む重力補正装置２４を有する。第１の重力補正制御部２５は、位置制御部１３からの出力信号を入力信号又はいわゆる被制御変数として用いる。前記第１の重力補正制御部２５からの出力信号は、加算器２６へ送信される。加算器２６で、第１の重力補正制御部２５からの出力信号は、位置制御部１３からの設定値信号と合算される。ここで位置制御部１３の設定値信号は、図２のボックス２７により示される透過因子により増幅される。第１の重力補正制御部２５からの出力信号と透過因子により増幅された位置制御部１３の設定値信号を加算した結果得られた信号は、第２の重力補正制御部２８へ送信され、第２の重力補正制御部２８の設定値として用いられる。第２の重力補正制御部２８により生成された出力信号は、重力補正作動装置１７を制御するために用いられる。図２に示す実施例の重力補正作動装置１７は、図１に示す重力補正作動装置と同様に、弾性手段１８と、連結手段１９と、滑車手段２０と、動力手段２１と、歯車２２とを有する。重複を避けるため、同様の要素には同一の参照符号を用いる。
【００１５】
図２の実施例の第２の重力補正制御部２８は、動力手段位置センサー２９の計測信号を、入力信号又はいわゆる被制御変数として用いる。動力手段位置センサー２９により提供される計測信号に応じて、及び設定値信号に応じて、第２の重力補正制御部２８は、出力信号を生成し、重力補正作動装置１７の動力手段２１を制御するために用いる。図２の実施例では、被位置制御装置１１の動きに関する情報は、動力手段２１の制御に用いられる。これは動力手段位置センサー２９及び第２の重力補正制御部２８により提供される分離した制御ループを用いることにより実現される。前記第２の重力補正制御部２８の設定値は、位置制御部１３の設定値と直接関連する。図２の重力補正装置２４は、位置制御部１３により提供された位置制御ループの出力を０に制御しようとするが、第２の重力補正制御部２８により提供された動力手段２１の制御ループの設定値に作用する。
【００１６】
図１及び図２の実施例は重力補正装置を用いる。前記重力補正装置は重力補正作動装置を有する。前記重力補正作動装置は連結手段を有する。前記連結手段は、被位置制御装置に弾性手段により取り付けられ、そして滑車に巻き付けられる。前記滑車は動力手段と歯車の組により駆動される。ここで前記弾性手段の張力は、一定かつ前記被位置制御装置に作用する重力と等しく保たれる。これは少なくとも１つの重力補正制御部により保証される。ここで重力補正制御部は、位置制御部の出力を被制御変数として用い、出力信号を前記重力補正作動装置のいわゆる操作変数として生成する。
【００１７】
本発明はあらゆる種類の位置決め装置、例えば測定器、ピックアンドプレース機械、製造機械、又はロボットに適用できる。図３から図７を参照し、低コストの３軸位置決め装置への本発明の適用を説明する。図３は位置決め台３０を示す。位置決め台３０は、４つの送り台、つまり第１の送り台３１と、第２の送り台３２と、第３の送り台３３と、第４の送り台３４とを含む。ｘ軸とｚ軸上の位置決めは、第１の送り台３１と第２の送り台３２を同時に動かすことにより実現される。ｙ軸上の位置決めは、第４の送り台３４を動かすことにより実現される。送り台３１、３２、及び３４は、直接駆動位置作動装置３５により駆動される。図３によると、重力補正装置は、位置決め台と接続して用いられ、送り台３１と３２の位置作動装置３５が中央の送り台３３と第４の送り台３４の重さを持ち上げる必要がないようにする。
【００１８】
図４及び図５は、位置決め台３０の特定用途における、重力補正装置の第１の利用を示す。図４及び図５は、重力補正装置の重力補正作動装置１７を示し、弾性手段１８と、滑車手段２０に巻き付けられた連結手段１９とを含む。ここで滑車手段２０は動力手段２１及び歯車２２により駆動される。図４及び図５に示す利用では、動力手段２１、歯車２２、滑車手段２０、及び弾性手段１８は、第１の送り台３１に取り付けられる。ガイドローラー３６は第２の送り台３２に取り付けられ、連結手段１９を弾性手段１８から滑車２０へ案内する。図３から図５に示す特定用途では、重力補正装置全体は、水平方向に適用され、また位置決め台３０内に統合される。
【００１９】
図６及び図７は、重力補正装置の別の用途を示す。特に重力補正作動装置１７は、位置決め台３０と接続される。図６及び図７の用途では、基本構成は水平に適用されるが、重力補正作動装置の構成要素は、送り台に取り付けられず、周囲又は外壁に搭載される。
【００２０】
図６及び図７によると、滑車手段２０、動力手段２１、及び歯車２２は、第１の壁に取り付けられる。また弾性手段１８は、位置決め台３０の周囲にある隣接した第２の壁に取り付けられる。第１の送り台３１及び第２の送り台３２上には、ガイドローラー３７が取り付けられる。第１のガイドローラー３７は第１の送り台３１に取り付けられ、第２のガイドローラー３７は第２の送り台３２に取り付けられる。ガイドローラー３７は、連結手段１９を滑車２０から弾性手段１８へ案内し、連結手段１９を送り台３１及び３２と連動させる。図６及び図７に示された用途では、重力作動装置の動力手段２１により生成された外乱は、送り台３１、３２，３３、及び３４に直接作用せず、高精度動作装置において有利である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の好適な実施の形態の位置決め装置のブロック図を示す。
【図２】本発明の第２の好適な実施の形態の位置決め装置のブロック図を示す。
【図３】本発明の重力補正装置を用いた３軸位置決め台の側断面図を示す。
【図４】本発明の重力補正装置を用いた３軸位置決め台の底断面図を示す。
【図５】図４の３軸位置決め台の側断面図を示す。
【図６】本発明の重力補正装置を用いた別の３軸位置決め台の底断面図を示す。
【図７】図６の３軸位置決め台の側断面図を示す。
【図１】
2007501972.tif 000003
【図２】
2007501972.tif 000004
【図３】
2007501972.tif 000005
【図４】
2007501972.tif 000006
【図５】
2007501972.tif 000007
【図６】
2007501972.tif 000008
【図７】
2007501972.tif 000009
【国際調査報告】
2007501972.tif 000010
2007501972.tif 000011