Flächenmotoren sind 2-Koordinaten-Stellantriebe, die sich auf zwei unter 90 Grad gekreuzten Polsystemen auf der Lauffläche eines Stators in beiden Achsrichtungen X und Y unabhängig und gleichzeitig den jeweiligen Steuersignalen folgend fortbewegen können. Sie können dabei beliebige Bahnen beschreiben und Endpositionen anfahren, die Ausrichtung des Flächenmotors bleibt jedoch immer achsparallel und wird als Normallage bezeichnet.

Würde es zu einer Drehung aus der Normallage kommen, die größenordnungsmässig über die Polteilung hinausgeht, käme es zu einer Entkopplung der rein kraftschlüssigen Verbindung und die Antriebskraft ginge schlagartig gegen Null, und der Flächenmotor würde unkontrollierbar werden. Diese Gefahr besteht bei unsymmetrisch angreifenden äusseren Kräften. Bei der Ausführung rein translatorischer Bewegungen kann der Flächenmotor durch Überlastung Schritte verlieren, ohne dass es zu einer Entkopplung kommen muss.

Ein typischer Vertreter dieser Klasse von 2-Koordinaten-Stellantrieben wird in den US- Patentschriften US 3 376 578 A und US 3 457 482 A beschrieben, ein anderer in der japanischen Patentschrift JP 137018/85 und Europäischen Patentschrift EP 207 353 Al. In den deutschen Patentschriften DE 195 41 085 C2 und DE 196 31 106 AI sowie in der US- Patentschrift US 4 890 241 A kommen ebenfalls vergleichbare Stellantriebe vor.

Um einen kontrollierten Bewegungsablauf in jeder Phase der Bewegung zu gewährleisten, müssen die Position des Flächenmotors und seine Winkellage ständig gemessen werden, um mit Hilfe dieser einem Regelsystem zugeführten Positionsdaten die Einhaltung einer programmierten Bahn oder Endposition zu bewirken. Es sind im wesentlichen zwei Arten von Messverfahren für die Position von 2-Koordinaten-Stellantrieben bekannt. Bei kleinen Verfahrwegen bis ca. 250 x 250mm wird für jede Achsrichtung ein berührungslos arbeitendes optisches Messystem, wie z. B. ein Laserinterferometer, eingesetzt. Die so erhaltenen Positionswerte sind absolut. Der Nachteil ist der hohe Preis und die Begrenzung der Verfahrwege dadurch, dass die Reflektoren so breit sein müssen, wie der Weg der zur Messrichtung senkrecht stehenden Achse. Ein weiterer Nachteil ist, dass der optische Weg nicht unterbrochen werden darf. Das zweite Verfahren benützt den Polraster als Massverkörperung, wobei die Position eines Sensors innerhalb einer Polperiode magnetisch oder optisch gemessen wird. Ein Beispiel mit optischer Messung ist in der US-Patentschrift US 5 126 648 A beschrieben.

Wesentlich genauer ist die Positionsmessung innerhalb der Polperiode mit Hilfe eines Hall- Sensors. Die Nachteile liegen vor allem in der Empfindlichkeit gegenüber Inhomogenitäten des Polrasters und in einem abweichenden Pol-/Nutverhältnis oder in schwankenden Nuttiefen. Da Flächenmotoren in der Regel auf Luftkissen gleiten, können sich auch schwankende Dicken des Luftkissens verfälschend auf das Messergebnis auswirken.

Inhomogenitäten können durch Verschmutzung der Oberfläche, Fehlen einzelner Pole oder Stossstellen der Weicheisenblechschicht des Stators, in die die Pole eingearbeitet sind, entstehen. Der wesentlichste Nachteil aller Messverfahren, die den Polraster als Massstab verwenden besteht darin, dass die erzielten Positionsmesswerte mit den Fertigungstoleranzen des Polrasters behaftet sind, was vor allem bei Abmessungen mit mehreren Metern Länge und Breite zu unbefriedigenden absoluten Messwerten führt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Messystem anzugeben, das auch bei sehr grossen Verfahrwegen eingesetzt werden kann, und das vom Polraster unabhängig absolut oder inkremental Positionen und Winkellagen von Flächenmotoren misst.

Ein erfindungsgemäßes Positionsmessystem umfaßt dazu ein scherenförmiges Gelenk mit den über ein Scherengelenk drehbar verbundenen Armen, deren äussere Enden einerseits über ein erstes Drehgelenk drehbar in einem als Referenzpunkt dienenden Bezugspunkt und andererseits über ein zweites Drehgelenk am 2-Koordinaten-Stellantrieb befestigt sind, wobei in zwei der drei Dreh-bzw. Scherengelenke absolute oder inkrementale Drehgeber montiert sind, welche den Winkel zwischen dem Arm und einer ersten, parallel zu einer der beiden Bewegungsrichtungen verlaufenden Bezugslinie und gleichzeitig den Winkel zwischen dem Arm und einer weiteren, parallel zur ersten Bezugslinie verlaufenden Bezugslinie direkt oder indirekt messen und die Messwerte an eine Auswerteeinheit übermittelt werden, welche daraus und aus den Längen der Arme und der relativen Lage des ersten Drehgelenkes die Positionskoordinaten X6 und Y6 des zweiten Drehgelenkes am 2-Koordinaten-Stellantriebes bezogen auf das Koordinatensystem der Lauffläche des Stators berechnet.

Das erfindungsgemäße Messystem beruht damit auf dem Prinzip von Messarmen, mit denen Werkstücke und 3D-Modelle vermessen und digitalisiert werden. Diese bestehen aus Armen, die durch Drehgelenke verbunden und aneinandergereiht sind, wobei fur jeden Freiheitsgrad mindestens ein Drehgelenk vorhanden ist. Jedes Drehgelenk ist mit einem absoluten oder inkrementalen Drehgeber ausgerüstet, der den Winkel der beiden miteinander verbundenen Arme ermittelt und als digitalen oder analogen Messwert an einen Prozessor ausgibt, der auf Grund der bekannten Armlängen und der Winkel zwischen den einzelnen Armen den räumlichen Abstand zwischen dem einen Endpunkt, der fixiert ist, und dem anderen Endpunkt, der mit einer Messkugel versehen ist, die den zu messenden Punkt berührt, berechnet.

Im Falle des Flächenmotors, der sich nur in der Ebene bewegt, kommt man mit zwei Armen und zwei Drehgebern aus. Die zwei Arme sind miteinander durch ein Scherengelenk verbunden, und die beiden anderen Enden der Arme sind über je ein Drehgelenk einerseits mit einem Fixpunkt, der als Bezugspunkt dient, und andererseits mit dem Flächenmotor verbunden, dessen Position gemessen werden soll. Die Armlängen sind so bemessen, dass der Flächenmotor jede Position innerhalb des Verfahrbereiches auf der Statorlauffläche erreichen kann. Die Längen der beiden Arme sind sinnvollerweise gleich gross, und die beiden Drehgeber an den Gelenken der Endpunkte montiert, um nicht das Zwischengelenk unnötig zu belasten.

Die Schwierigkeiten, welche mit den eingangs beschriebenen bekannten Messystemen verbunden sind, können beim erfindungsgemäßen Positionsmessystem nicht auftreten, da dieses auf einem völlig anderen, vom Polraster unabhängigen und ohne aufwendige optische Systeme auskommenden Funktionsprinzip basiert.

In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass in allen drei Dreh-bzw.

Scherengelenken absolute oder inkrementale Drehgeber montiert sind, wodurch auch der Verdrehwinkel zwischen einer Achse des 2-Koordinaten-Stellantriebes und seiner Normallage und damit die Position des Bezugspunktes des 2-Koordinaten-Stellantriebes bestimmt werden kann.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung kann ein zweites scherenförmiges Gelenk, bestehend aus den über ein Scherengelenk drehbar miteinander verbundenen Armen umfassen, das zum ersten, aus den Armen bestehenden Gelenk versetzt angeordnet ist, wobei jedes Gelenk mit zwei Drehgebern versehen ist, die in zwei beliebigen Dreh-bzw.

Scherengelenken des jeweiligen scherenförmigen Gelenkes montiert sind, um unabhängig voneinander die Positionskoordinaten der zweiten Drehgelenke, bzw. zweier beliebiger Punkte, die sich in definiertem Abstand zu den zweiten Drehgelenken des 2-Koordinaten- Stellantriebes befinden, bzw. den Verdrehwinkel des 2-Koordinaten-Stellantriebes bezogen auf die Normallage zu bestimmen.

Es kann damit eine beginnende Verdrehung des Stellantriebes bereits im Ansatz erkannt werden, sodass es möglich ist, einer solchen Verdrehung umgehend entgegen zu steuern, um eine Entkopplung des Stellantriebes zuverlässig zu verhindern.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Bezugspunkt, in welchem das erste Drehgelenk liegt, auf einem Hilfsantrieb montiert ist, der parallel und synchron mit einer der zwei Achsrichtungen bewegt wird, und die Position des Hilfsantriebes entlang seiner Bewegungsachse durch ein Linearmessystem gemessen wird, sodass sich die Positionswerte des 2-Koordinaten-Stellantriebes in den beiden Achsrichtungen wie beschrieben aus den Drehwinkeln der Arme bestimmen lassen, und in der Achsrichtung des Hilfsantriebes dessen Positionswert, gemessen durch das Linearmessystem, addiert werden muss.

Bei grossen Verfahrwegen des Stellantriebes wäre es notwendig, die Arme relativ lange auszubilden. Durch das Vorsehen eines Hilfsantriebes, mit welchem der Bezugspunkt, in welchem das erste Drehgelenk liegt, in einer Koordinatenrichtung synchron mitbewegt wird, können überlange Arme vermieden werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass jeder der beiden Arme aus zwei parallelen Schenkeln besteht, die über Scherengelenke drehbar miteinander verbunden sind und deren zweite äußere Enden über zweite Drehgelenke drehbar an dem 2- Koordinaten-Stellantrieb und deren erste äußere Enden über erste Drehgelenke drehbar an einem beweglichen Hilfsantrieb oder an ortsfesten Fixpunkten festgelegt sind, wobei zwischen den Scherengelenken eine feste Verbindung besteht und folglich zwei bewegliche Parallelogramme gebildet werden, die bewirken, dass sich der 2-Koordinaten-Stellantrieb nur parallel unter Beibehaltung seiner Normallage bewegen und sich nicht verdrehen kann und von denen jedes Parallelogramm mit einem Drehgeber versehen ist, welche wie beschrieben die Position des 2-Koordinaten-Stellantriebes eindeutig bestimmen können.

Bei Verwendung eines derart aufgebauten scherenförmigen Gelenkes ist eine Verdrehung des Stellantriebes ausgeschlossen. Der Verdrehwinkel des Stellantriebes kann sich also nicht verändern, weshalb er auch nicht erfaßt werden muß. Die Anzahl der zur Positionsbestimmung notwendigen Drehgeber kann damit reduziert werden.

In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass die Drehgelenke auf Linien liegen, die nicht parallel zur Normallage sondern unter einem Winkel zu dieser liegen, folglich die Scherengelenke auf Linien liegen, die in der Parallogrammebene liegend zueinander nicht parallel sind, ferner dass die Scherengelenke auf einer gemeinsamen Trägerplatte fixiert sind.

Damit können die zweiten Drehgelenke beliebig nahe an die ersten Drehgelenke, d. h. der Stellantrieb beliebig nahe an jenen Bauteil, auf welchem die ersten Drehgelenke festgelegt sind, also an den Hilfsantrieb oder an die Berandung der Statorfläche, herangefahren werden.

Es kann damit die Statorfläche so weit wie möglich als Verfahrfläche ausgenutzt werden.

2-Koordinaten-Stellantriebe werden häufig zur Bearbeitung von Werkstücken eingesetzt, wozu entsprechende Bearbeitungswerkzeuge auf diesen Stellantrieben angeordnet sind.

Dabei ist es häufig nicht ausreichend, den Stellantrieb nur in zwei Richtungen zu bewegen, das Bearbeitungswerkzeug muß vielmehr auch normal zu diesen beiden Richtungen verfahren werden.

Es ist dazu am 2-Koordinaten-Stellantrieb ein Linearantrieb festgelegt, dessen Schlitten normal zur Lauffläche verschiebbar ist. Das Bearbeitungswerkzeug wird auf diesen Schlitten montiert und kann damit normal zu den Verfahrrichtungen des 2-Koordinaten-Stellantriebes bewegt werden.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Positionsmesssystem für einen derartigen 2-Koordinaten-Stellantrieb anzugeben, das auch bei sehr grossen Verfahrwegen eingesetzt werden kann und das vom Polraster unabhängig absolut oder inkremental Positionen und Winkellagen von Flächenmotoren misst.

Erfindungsgemäß wird dies erreicht durch ein scherenförmiges Gelenk mit den über ein Doppel-Scherengelenk drehbar verbundenen Armen, deren äussere Enden einerseits über ein erstes Drehgelenk drehbar in einem als Referenzpunkt dienenden Bezugspunkt und andererseits über ein Doppel-Drehgelenk am Schlitten des 2-Koordinaten-Stellantrieb befestigt sind, wobei die ersten Gelenke der Doppel-Drehgelenke ein Verschwenken der Arme parallel zur Lauffläche und die zweiten Gelenke der Doppel-Drehgelenke ein Verschwenken des Armes normal zur Lauffläche erlauben, wobei in zwei der drei ersten Dreh-bzw. Scherengelenke sowie in zumindest einem der zweiten Gelenke der Doppel- Scheren-bzw.-Drehgelenke absolute oder inkrementale Drehgeber montiert sind, welche den Winkel zwischen dem Arm und einer ersten, parallel zu einer der beiden Bewegungsrichtungen verlaufenden Bezugslinie und gleichzeitig den Winkel zwischen dem Arm und einer weiteren, parallel zur ersten Bezugslinie verlaufenden Bezugslinie sowie den zwischen dem Arm und der Laufflächen-Ebene eingeschlossenen Winkel direkt oder indirekt messen und die Messwerte an eine Auswerteeinheit übermittelt werden, welche daraus und aus den Längen der Arme und der relativen Lage des ersten Drehgelenkes die Positionskoordinaten X6 und Y6 des zweiten Drehgelenkes am 2-Koordinaten-Stellantriebes bezogen auf das Koordinatensystem der Lauffläche des Stators berechnet.

Das scherenförmige Gelenk wird hier direkt mit dem Schlitten des am 2-Koordinaten- Stellantriebes liegenden Linearantriebes verbunden, womit es neben der Positionsbestimmung auch zur Zufuhrung von Energie zu diesem Schlitten bzw. zum auf diesem Schlitten angeordneten Bearbeitungswerkzeug verwendet werden kann. Werden die Arme des Gelenkes als Rohre ausgeführt, können in diesem Sinn im Inneren dieser Rohre elektrische Leitungen, Druckwasser-oder Druckluftleitungen geführt werden.

Das interessanteste Einsatzgebiet eines derartigen Positionsmesssystems sind Bearbeitungsanlagen, die mit Laserstrahl arbeiten. Es ist bekannt, den Laserstrahl mittels eines außerhalb der Lauffläche liegenden Lasergenerators zu erzeugen und über einen Spiegelgelenkarm einer am 2-Koordinaten-Stellantrieb liegenden Fokussiereinrichtung zuzuleiten. Die eben vorgestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Positionsmesssystems läßt sich dabei am einfachsten dadurch realisieren, daß in diesen bekannten und ohnehin vorhandenen Spiegelgelenkarm die zur Messung der Winkel notwendigen Drehgeber eingebaut werden. Ein gesondertes, zu diesem Spiegelgelenkarm hinzukommende Gelenk kann somit eingespart werden.

In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass in allen drei ersten Dreh-bzw.

Scherengelenken absolute oder inkrementale Drehgeber montiert sind, wodurch auch der Verdrehwinkel zwischen einer Achse des 2-Koordinaten-Stellantriebes und seiner Normallage und damit die Position des Bezugspunktes des 2-Koordinaten-Stellantriebes bestimmt werden kann.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann ein zweites scherenförmiges Gelenk, bestehend aus den über ein Doppel-Scherengelenk drehbar miteinander verbundenen Armen vorgesehen sein, das zum ersten, aus den Armen bestehenden Gelenk versetzt angeordnet ist, wobei jedes Gelenk mit zwei Drehgebern versehen ist, die in zwei beliebigen ersten Dreh- bzw. Scherengelenken des jeweiligen scherenförmigen Gelenkes montiert sind, und in jeweils zumindest einem der zweiten Gelenke der Doppel-Scheren-bzw.-Drehgelenke jedes scherenförmigen Gelenkes Drehgeber montiert sind, um unabhängig voneinander die Positionskoordinaten der zweiten Drehgelenke, bzw. zweier beliebiger Punkte, die sich in definiertem Abstand zu den zweiten Drehgelenken des 2-Koordinaten-Stellantriebes befinden, bzw. den Verdrehwinkel des 2-Koordinaten-Stellantriebes bezogen auf die Normallage zu bestimmen.

Es kann damit eine beginnende Verdrehung des Stellantriebes bereits im Ansatz erkannt werden, sodass es möglich ist, einer solchen Verdrehung umgehend entgegen zu steuern, um eine Entkopplung des Stellantriebes zuverlässig zu verhindern.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Bezugspunkt, in welchem das erste Drehgelenk liegt, auf einem Hilfsantrieb montiert ist, der parallel und synchron mit einer der zwei Achsrichtungen bewegt wird, und die Position des Hilfsantriebes entlang seiner Bewegungsachse durch ein Linearmessystem gemessen wird, sodass sich die Positionswerte des 2-Koordinaten-Stellantriebes in den beiden Achsrichtungen wie beschrieben aus den Drehwinkeln der Arme bestimmen lassen, und in der Achsrichtung des Hilfsantriebes dessen Positionswert, gemessen durch das Linearmessystem, addiert werden muss.

Bei grossen Verfahrwegen des Stellantriebes wäre es notwendig, die Arme relativ lange auszubilden. Durch das Vorsehen eines Hilfsantriebes, mit welchem der Bezugspunkt, in welchem das erste Drehgelenk liegt, in einer Koordinatenrichtung synchron mitbewegt wird, können überlange Arme vermieden werden.

In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass jeder der beiden Anne aus zwei parallelen Schenkeln besteht, die jeweils über Doppel-Scherengelenke drehbar miteinander verbunden sind und deren zweite äußere Enden jeweils über zweite Doppel-Drehgelenke drehbar am Schlitten des 2-Koordinaten-Stellantriebes und deren erste äußere Enden über erste Drehgelenke drehbar an einem beweglichen Hilfsantrieb oder an ortsfesten Fixpunkten festgelegt sind, wobei zwischen den Doppel-Scherengelenken eine feste Verbindung besteht und folglich zwei bewegliche Parallelogramme gebildet werden, die bewirken, dass sich der 2-Koordinaten-Stellantrieb nur parallel unter Beibehaltung seiner Normallage bewegen und sich nicht verdrehen kann und von denen jedes Parallelogramm mit zumindest einem, in einer der ersten Dreh-bzw. Scherengelenke angeordneten Drehgeber versehen ist sowie in zumindest einem der zweiten Gelenke der Doppel-Scheren-bzw.-Drehgelenke ein Drehgeber vorgesehen ist, welche Drehgeber wie beschrieben die Position des 2- Koordinaten-Stellantriebes eindeutig bestimmen können.

Bei Verwendung eines derart aufgebauten scherenförmigen Gelenkes ist eine Verdrehung des Stellantriebes ausgeschlossen. Der Verdrehwinkel des Stellantriebes kann sich also nicht verändern, weshalb er auch nicht erfaßt werden muß. Die Anzahl der zur Positionsbestimmung notwendigen Drehgeber kann damit reduziert werden.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Zwangsführung für einen 2- Koordinaten-Stellantrieb, der sich innerhalb der Lauffläche eines Stators entsprechend den Befehlen einer Steuerung im wesentlichen achsparallel bewegt, anzugeben, mit welcher jede Verdrehung dieses Stellantriebes verhindert werden kann.

Eine erfindungsgemäße Zwangsfü irung umfaßt dazu ein scherenförmiges Gelenk umfassend drehbar miteinander verbundene Arme, welche beiden Arme jeweils aus zwei parallelen Schenkeln bestehen, die über Scherengelenke drehbar miteinander verbunden sind, deren zweite äußere Enden über zweite Drehgelenke drehbar an dem 2-Koordinaten-Stellantrieb und deren erste äußere Enden über erste Drehgelenke drehbar an einem beweglichen Hilfsantrieb oder an ortsfesten Fixpunkten, welche bevorzugt außerhalb der Lauffläche liegen, festgelegt sind, wobei die beiden Scherengelenke fest miteinander verbunden sind.

Eine solche Zwangsführung ist konstruktiv einfach aufgebaut und damit besonders funktionszuverlässig.

In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Zwangsführung kann vorgesehen sein, dass die Drehgelenke auf Linien liegen, die nicht parallel zur Normallage sondern unter einem Winkel zu dieser liegen, folglich die Scherengelenke auf Linien liegen, die in der Parallogrammebene liegend zueinander nicht parallel sind, ferner dass die Scherengelenke auf einer gemeinsamen Trägerplatte fixiert sind.

Damit können die zweiten Drehgelenke beliebig nahe an die ersten Drehgelenke, d. h. der Stellantrieb beliebig nahe an jenen Bauteil, auf welchem die ersten Drehgelenke festgelegt sind, also an den Hilfsantrieb oder an die Berandung der Statorfläche, herangefahren werden.

Es kann damit die Statorfläche so weit wie möglich als Verfahrfläche ausgenutzt werden.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Zwangsführung für einen 2- Koordinaten-Stellantrieb, der sich innerhalb der Lauffläche eines Stators entsprechend den Befehlen einer Steuerung im wesentlichen achsparallel bewegt und auf welchem ein Antrieb, insbesondere ein Linearantrieb, festgelegt ist, dessen Schlitten normal zur Lauffläche verschiebbar ist, anzugeben, mit welcher jede Verdrehung dieses Stellantriebes verhindert werden kann.

Eine erfindungsgemäße Zwangsführung umfaßt dazu ein scherenförmiges Gelenk umfassend drehbar miteinander verbundene Arme, welche beiden Arme jeweils aus zwei parallelen Schenkeln bestehen, die über Doppel-Scherengelenke drehbar miteinander verbunden sind, deren zweite äußere Enden über Doppel-Drehgelenke drehbar am Schlitten des 2- Koordinaten-Stellantriebes und deren erste äußere Enden über erste Drehgelenke drehbar an einem beweglichen Hilfsantrieb oder an ortsfesten Fixpunkten, welche bevorzugt außerhalb der Lauffläche liegen, festgelegt sind, wobei die beiden Doppel-Scherengelenke fest miteinander verbunden sind.

Eine solche Zwangsführung ist konstruktiv einfach aufgebaut und damit besonders funktionszuverlässig.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt : Fig. l eine erste Ausführungsform der Erfindung schematisch im Grundriß bei in Normallage liegendem Flächenmotor 1 ; Fig. 2 die Ausführungsform der Fig. 1 in derselben Darstellung bei verdreht gegenüber der Normallage liegendem Flächenmotor 1 ; Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der Erfindung schematisch im Grundriß ; Fig. 4 eine dritte Ausführungsform der Erfindung, bei welcher zwei scherenformige Gelenke vorgesehen sind, schematisch im Grundriß ; Fig. 5 eine weitere, im wesentlichen jener der Fig. 4 entsprechende Ausführungsform, bei welcher die beiden scherenförmigen Gelenke auf einem Hilfsantrieb festgelegt sind, schematisch im Grundriß ; Fig. 6 und 7 jeweils eine fünfte Ausführungsfbrm, bei welcher die zwischen den Schenkeln 21,22 und 21', 22'liegenden Drehgelenke 7,7'fest miteinander verbunden sind, schematisch im Grundriß ; Fig. 8 einen Flächenmotor samt zugehörigem Stator, ausgestattet mit einem erfindungsgemäßen Positionsmessystem im Schrägriß ; Fig. 9 einen Flächenmotor samt zugehörigem Stator im Schrägriß, wobei am Flächenmotor eine Laserstrahl-Fokussiereinrichtung 41 festgelegt ist, die mittels eines Antriebes 46 normal zur Ebene des Stators verfahrbar ist und der ein Laserstrahl 40 mittels eines Spiegelgelenkarmes zugeleitet wird ; Fig. 10 die in Fig. 9 dargestellte Anlage im Aufriß ; Fig. 11 die in den Fig. 9 und 10 dargestellte Anlage schematisch im Grundriß und Fig. 12 eine der Ausführungsform der Fig. 9-11 entsprechende Anlage, bei welcher die beiden Arme 3a, 4a jeweils aus zwei parallelen Schenkeln 21,21'und 22, 22'bestehen, im Grundriß und Fig. 13 die Anlage der Fig. 9-11 schematisch im Grundriß mit gestreckten, d. h. in ein und dieselbe Richtung orientierten Rohren 3a, 4a.

In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist mit I ein 2-Koordinaten- Stellantrieb (im folgenden auch als"Flächenmotor"bezeichnet) und mit 2 die Lauffläche des Stators, auf welcher der Flächemnotor 1 bewegbar ist, bezeichnet.

Das erfindungsgemäße Positionsmessystem umfaßt ein scherenförmiges Gelenk, das aus zwei Armen 3,4 gebildet ist, welche durch ein Scherengelenk 7 drehbar miteinander verbunden sind.

Die beiden anderen, vom Scherengelenk 7 beabstandeten Enden der Arme 3,4 sind iiber ein erstes Drehgelenk 5 mit einem Fixpunkt, der als Bezugspunkt dient und über ein zweites Drehgelenk 6 mit dem Flächenmotor 1 verbunden, dessen Position gemessen werden soll.

Diese Arme 3,4 weisen die Längen a und b auf, welche vorzugsweise gleich lang gewählt werden. Die Armlängen sind so bemessen, dass der Flächenmotor 1 jede Position innerhalb des Verfahrbereiches auf der Statorlauffläche erreichen kann.

In zwei der drei Dreh-bzw. Scherengelenke 5,6 bzw. 7 sind absolute oder inkrementale Drehgeber 8 und 9 montiert. Um das Scherengelenk 7 nicht unnötig zu belasten, werden-so wie in den Zeichnungen dargestellt-die Drehgeber 8 und 9 vorzugsweise an den Drehgelenken 5,6 montiert.

In den Fig. l und 2 sind ferner die Koordinaten X und Y des Bezugspunktes 11 des Flächenmotors 1 eingezeichnet. A und B bezeichnen den Versatz des Bezugspunktes, in welchem das erste Drehgelenk 5 liegt, gegenüber dem Nullpunkt des Koordinatensystems, und Ax, By den Versatz des zweiten Drehgelenkes 6 gegenüber dem Bezugspunkt 11 des Flächenmotors 1.

Der Flächenmotor 1 zieht die das scherenformige Gelenk umfassende Messmaschine mit und für jede Position auf der Lauffläche 2 ergibt sich ein eindeutig zuordenbares Winkelpaar 14 und 15. Auf Grund einfacher trigonometrischer Beziehungen ergeben sich die Koordinaten des zweiten Drehgelenkes X6= (a. cosa +b. cosß) +A und Y6= (a. sina-b. sinß) +B, wobei die Versatz-Strecken A, B des Bezugspunktes, in welchem das erste Drehgelenk 5 liegt, vorzeichenrichtig, d. h. bei der in Fig. l dargestellten Lage jeweils mit negativem Vorzeichen, einzusetzen sind.

Die Koordinaten des Bezugspunktes 11 lassen sich mit folgenden Formeln errechnen : X= (a. cosa +b. cosß) +Cx und Y= (a. sina-b. sinß) +Cy, wobei Cx aus der vorzeichenrichtigen Addition von A+ax und Cy aus B+By gebildet werden.

Die Winkel 14 (a) und 15 (ß) werden absolut oder inkremental mit Hilfe der Drehgeber 8 und 9 bestimmt. Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, liegt der Winkel 14 (a) zwischen dem Arm 3 und einer ersten Bezugslinie, die parallel zur ersten Bewegungsrichtung (X-Richtung) des Stellantriebes l verläuft. Der Winkel 15 (ß) liegt zwischen dem Arm 4 und einer weiteren Bezugslinie, die parallel zur ersten Bezugslinie des Winkels 14 (a) und somit ebenfalls in X- Richtung verläuft. Genauso wäre es möglich, beide Bezugslinien in die andere Bewegungsrichtung, nämlich in Y-Richtung verlaufen zu lassen.

Der Winkel 15 (ß) muß auf die Normallage des Flächenmotors 1 bezogen werden. Diese Normallage ergibt sich, in dem man den Flächenmotor 1 ohne äußere Belastung in einer bekannten Referenzlage, sinnvollerweise an der Position X6=0 und Y6=0, bestromt, so daß er sich exakt parallel zu den Polnuten ausrichten kann. Aus den bekannten Positionsdaten kann dann der zugehörige Winkel 15 (ß) als Referenzwinkel 15 berechnet werden. Der vom Drehgeber 9 gelieferte Referenz-Winkelwert wird erfaßt oder auf Null gesetzt. Dieser Referenzwinkel 15 ist zu allen weiteren vom Drehgeber 9 gelieferten Werte oder Differenzwerte bezogen auf den Referenz-Winkelwert vorzeichenrichtig zu addieren um den entsprechenden Winkel 15 (ß) zu erhalten. Das selbe Verfahren ist für den Winkel 14 (a) anzuwenden, d. h. daß in der gewählten Referenzlage X6=0 und Y6=0 der Winkel 14 (a) als Referenzwinkel 14 zu berechnen und der vom Drehgeber 8 gelieferte Winkelwert auf Null zu setzen ist. Die weitere Vorgangsweise ist entsprechend dem beim Winkel 15 Gesagten.

Sämtliche angeführten Berechnungen werden von einer in den Zeichnungen nicht näher dargestellten Auswerteeinheit vorgenommen, an welche die mittels der Drehgeber 8,9 erfaßten Winkel-Werte übermittelt werden.

Die Position des Flächenmotors 1 kann bei Verwendung von nur zwei Drehgebern 8 und 9, wenn der zweite Drehgeber 9 wie in Fig. l und 2 dargestellt, im am Flächenmotor 1 liegenden Drehgelenk 6 montiert ist, nur dann richtig ermittelt werden, wenn sich der Flächenmotor 1 in seiner-in Fig. l dargestellten-Normallage befindet bzw. während seiner Verfahrbewegungen auch in dieser Normallage verbleibt.

Wenn zu erwarten ist, daß sich der Flächenmotor 1 gegenüber dieser Normallage verdreht, kann dessen Position nicht mehr richtig ermittelt werden, denn Verdrehungen des Flächenmotors 1 führen ebenfalls zu einer Änderung des Winkels zwischen dem Arm 4 und dem Flächenmotor 1. Der Winkel 15 (D) kann deshalb nicht mehr richtig aus dem vom Drehgeber 9 gelieferten Winkel zwischen Arm 4 und Flächenmotor I errechnet werden.

Wird der zweite Drehgeber 9 hingegen am Scherengelenk 7 montiert, kann aus dem Winkel zwischen Arm 3 und Arm 4, welcher dann vom Drehgeber 9 geliefert wird, immer, d. h. unabhängig von eventuellen Verdrehungen des Flächenmotors 1, der Winkel 15 (ß) errechnet werden.

Wenn die Gefahr des Verdrehens des Flächenmotors 1 besteht, weil er entweder sehr grosse Abmessungen hat oder stark unsymmetrisch belastet wird, kann durch Verwendung eines dritten Drehgebers 24, der wie in Fig. 3 gezeigt, im Scherengelenk 7 montiert ist, durch einfache trigonometrische Beziehungen über den Winkel 17 der Verdrehwinkel 16 des Flächenmotors I berechnet werden. Über diesen Verdrehwinkel 16 kann nun die Position des Drehgelenkes 6 bzw. des Bezugspunktes 11 des Flächenmotors 1 selbst dann berechnet werden, wenn der Flächenmotor 1-so wie in Fig. 2 dargestellt-verdreht gegenüber seiner Normallage liegt. Der Zweck ist es, eine beginnende Verdrehung des Flächenmotors 1 bereits im Ansatz zu erkennen und gegenzusteuern, bevor eine Entkopplung erfolgt. Das Gegensteuem ist allerdings nur dann möglich, wenn die an den verschiedenen Seiten liegenden Motorelemente wie unabhängige Achsen ähnlich einem Portalantrieb angesteuert werden können.

Um überlange Arme zu vermeiden, wie sie sich bei grossen Verfahrwegen zwangsläufig ergeben würden, kann man gemäß Fig. 3 den fixen Bezugspunkt, in welchem das erste Drehgelenk 5 liegt, mit dem Drehgeber 8 in einer Koordinatenrichtung synchron mitbewegen, wobei die selbe Steuerung für die Bewegung der synchronen Achsen zuständig ist. Obwohl man im Prinzip jeden beliebigen linearen Hilfsantrieb 10 mit einer mechanischen Führung für diese Bewegung verwenden kann, setzt man sinnvollerweise einen einachsigen luftgelagerten Linearmotor ein, der auf dem selben Stator gleitet.

Um möglichst viel teure Lauffläche 2 für die Flächenbewegung verwenden zu können, kann die Seitenfläche des Stators mit einem eindimensionalen Polsystem versehen, und der lineare Hilfsantrieb 10 als Winkelmotor ausgebildet werden, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist.

Fig 3 stellt den allgemeinsten Fall dar, nach dem ein beliebiger Antrieb 10 als Hilfsantrieb mit eigener Führung den Bezugspunkt, in welchem das erste Drehgelenk 5 liegt, synchron verfahrt. Dieser Hilfsantrieb 10 kann sich vollständig ausserhalb der Statorfläche 2 befinden.

Die Positionsmessung des Antriebes 10 entlang der X-Achse erfolgt mit einem Längenmesssystem bestehend aus dem Lineal 25 und dem Messkopf 26, das optisch, induktiv oder nach einem anderen Prinzip arbeiten kann. Die Koordinaten X und Y des Flächenmotors 1 ergeben sich aus dem Messwert des Linearsystems 25,26 und den Winkeln 14 und 15 der Drehgeber 8 und 9, d. h. die X-Positionswerte des Hilfsantriebes 10 und des 2- Koordinaten-Stellantriebes 1 bezogen auf die Messmaschine sind zu addieren. Damit wird auch eine mögliche Abweichung AX der X-Positionen des Antriebes 1 vom Antrieb 10 erfasst, wie sie durch den Versatz des zweiten Drehgelenkes 6 nach 6" (vgl. strichlierte Darstellung in Fig. 3) zum Ausdruck kommt. Zur Bestimmung des Verdrehwinkels 16 des Flächenmotors 1 kann wieder ein dritter Drehgeber 24 eingesetzt werden.

Insbesondere bei Flächenmotoren 1 mit grossen Abmessungen oder länglicher Form kann es sinnvoll oder notwendig sein, den Verdrehwinkel 16 durch Messung der Position von zwei an entgegengesetzten Enden des Flächenmotors 1 liegenden Punkten zu bestimmen. Fig. 4 zeigt eine derartige Anordnung mit einem zweiten scherenförmigen Gelenk mit den Armen 12 und 13 und den Drehgelenken 18,19 sowie dem Scherengelenk 20. Es werden wieder zwei Drehgeber 8,9 bzw. 38,39 pro scherenförmigem Gelenk verwendet, die in beliebigen Dreh- bzw. Scherengelenken 5,6,7 ; 18,19,20 montiert sind.

Hiermit können unabhängig voneinander die Positionskoordinaten der zweiten Drehgelenke 6 und 19 bzw. zweier beliebiger Punkte, die sich in definiertem Abstand zu den zweiten Drehgelenken 6 und 19 des 2-Koordinaten-Stellantriebes 1 befinden, bestimmt werden. Aus diesen läßt sich weiters der Verdrehwinkel 16 des 2-Koordinaten-Stellantriebes 1 bezogen auf die Normallage errechnen.

Ein zusätzliches, aus den Armen 12 und 13 gebildetes und zwei Drehgeber 38,39 umfassendes scherenformiges Gelenk hat somit dieselbe Funktion wie ein dritter Drehgeber 24 auf dem aus den Armen 3 und 4 gebildeten Scherengelenk, es dient nämlich genauso wie dieser dritte Drehgeber 24 zur Erfassung des Verdrehwinkels 16 des Flächenmotors 1.

Der Vorteil gegenüber der Anordnung nur eines scherenförmigen Gelenkes mit drei Drehgebern 8,9,24 ist, dass bei Bedarf ein zweites identisches scherenförmiges Gelenk hinzugefügt werden kann.

In Fig. 5 ist die Anordnung dargestellt, in welcher auch im Falle des Hilfsantriebes 10 zwei scherenförmige Gelenke verwendet werden können.

Um eine Verdrehung überhaupt zu verhindern, kann der Flächenmotor 1 zwangsweise parallel geführt werden, indem die beiden scherenförmigen Gelenke durch eine Querverbindung 23 zwischen den Scherengelenken 7 und 7'als Parallelogramm ausgebildet werden, wie Fig. 6 zeigt.

Bei dieser Ausführungsform besteht also jeder der beiden Arme 3 und 4 aus zwei parallelen Schenkeln 21,21' und 22,22', die über Scherengelenke 7,7' drehbar miteinander verbunden sind. Die zweiten äußeren Enden der Schenkel 22,22'sind über zweite Drehgelenke 6,6' drehbar an dem 2-Koordinaten-Stellantrieb 1 festgelegt. Die ersten äußeren Enden der Schenkel 21,21'sind über die ersten Drehgelenke 5,5'drehbar an einem linearen Hilfsantrieb 10 festgelegt.

Zwischen den Scherengelenken 7,7'besteht eine feste Verbindung 23. Die beiden, auf diesem Weg von den Schenkeln 21,21' und 22,22' und der festen Verbindung 23 gebildeten Parallelogramme bewirken, dass sich der 2-Koordinaten-Stellantrieb 1 nur parallel unter Beibehaltung seiner Normallage bewegen und sich nicht verdrehen kann.

Eine solche Querverbindung 23 kann auch dann eingesetzt werden, wenn die fixen Bezugspunkte, in welchen die ersten Drehgelenke 5,5'liegen, nicht auf einem linearen Hilfsantrieb 10, sondern-so wie in Fig. 4 dargestellt-unbeweglich gehalten sind.

Bei Verwendung einer derartigen Querverbindung 23 ist eine Verdrehung des Flächenmotors 1 ausgeschlossen. Jedes in den Fig. 5, 6 und 7 vorgesehene Drehgeber-Paar 8,9 bzw. 38,39 liefert damit dasselbe Ergebnis. Hieraus folgt, daß-abweichend von den Darstellungen der Fig. 5, 6 und 7-nicht mehr vier Drehgeber 8,9,38,39 vorgesehen sein müssen, sondern nur noch ein Paar dieser Drehgeber 8,9 oder 38,39, also pro Parallelogramm jeweils nur ein Drehgeber.

Durch Auswertung der von diesen beiden Drehgebem 8,9 bzw. 38,39 erfaßten Winkel kann- so wie bei der Ausführungsforrm gemäß Fig. 1-die Position des 2-Koordinaten-Stellantriebes 1 eindeutig bestimmt werden.

In Fig. 7 ist eine Ausführung gezeigt, bei welcher die Schenkel 21,21'und 22,22'nicht über jeweils ein Scherengelenk 7, 7'sondern jeweils über zwei Scherengelenke 27,27'und 28,28' drehbar miteinander verbunden sind. Alle vier Scherengelenke 27,27'und 28,28'sind fest miteinander verbunden, was dadurch erreicht wird, daß diese vier Scherengelenkc 27,27 und 28,28'auf einer gemeinsamen Trägerplatte 23 fixiert sind.

Die Drehgelenke 5,5', 6,6' und ihre korrespondierenden Scherengelenke 27,27' und 28,28' sind schräg versetzt zueinander angeordnet. Die Drehgelenke 5,5'und 6,6' liegen dabei jeweils auf einer Linie, die nicht parallel zur Normallage, sondern einen spitzen Winkel mit dieser Normallage des Flächenmotors 1 einschließend verlaufen.

Hieraus ergibt sich, daß auch jene Linien, auf welchen die Scherengelenke 27,27'und 28,28' liegen, nicht parallel sondern einen spitzen Winkel miteinander einschließend verlaufen.

Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass sich die Motoren 1 und 10 beliebig nahe kommen können, dass also die Statorfläche 2 so weit wie möglich als Verfahrfläche ausgenutzt wird.

Abweichend von der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform können die Linien, auf welchen die Drehgelenke 5,5'und 6,6'sowie die Scherengelenke 27,27' und 28,28' liegen, auch parallel zur Normallage des Flächenmotors 1 verlaufen.

Der eben erörterte Aufbau der beiden Arme 3,4 kann auch dann eingesetzt werden, wenn die Position des Stellantriebes 1 nicht bestimmt werden braucht, d. h. in Anwendungen, wo ausschließlich eine Zwangsführung des Stellantriebes 1 erreicht und eine Verdrehung des Stellantriebes 1 verhindert werden soll.

Eine solche Zwangsführung entspricht konstruktiv weitgehend den Ausführungsformen der Fig. 6 oder 7, es sind lediglich die Drehgeber 8,9 bzw. 38,39 (bzw. auch die Auswerteeinheit, welche aus den Drehgeber-Daten die Position des Stellantriebes 1 errechnet) weggelassen.

Fig. 8 zeigt eine typische Überkopf-Anwendung mit einem seitlich genuteten Stator, wie sie besonders für die Laserbearbeitung vorteilhaft ist. Der Antrieb 10 ist ein luftgelagerter, winkelförmiger Linearmotor 10, der sowohl das gekreuzte Polsystem der Lauffläche des Stators 2, als auch das lineare Polsystem der Seitenfläche des Stators 2 verwendet. Die Position des Linearmotors 10 entlang seiner Bewegungsrichtung wird durch das Linearmessystem 25,26 gemessen. Die beiden Arme 3, und 4 verbinden die Motoren l und 10, und die Drehgeber 8 und 9 sind in die Drehgelenke der Antriebe I und 10 integriert. Da der Antrieb 10 als Linearmotor ausgeführt wird, vereinfacht sich die Anordnung durch den Wegfall einer eigenen Führung und eines eigenen Motorantriebes.

Bei der Werkstückbearbeitung mit einem Laserstrahl 40 wird der zu seiner Erzeugung notwendige Laser-Generator sehr häufig nicht direkt am Flächenmotor 1 angeordnet. Der Laser-Generator sitzt vielmehr außerhalb der Lauffläche 2, womit er baulich größer ausgeführt werden kann und somit einen Laserstrahl 40 mit höherem Energiegehalt erzeugen kann. Der Laserstrahl 40 wird über mehrere Spiegel dem Flächenmotor 1 bzw. einer auf diesem angeordneten Fokussiereinrichtung 41 zugeleitet.

Ein derartiges System ist in Fig. 9 im Schrägriß dargestellt. Auf dem Hilfsantrieb 10 ist ein für sich bekannter Spiegelgelenkarm angebracht, der zwei gelenkig miteinander verbundene Rohre 3a, 4a umfaßt. Am eingangsseitigen Ende des Rohres 3a, am ausgangsseitigen Ende des Rohres 4a sowie im diese beiden Rohre 3a, 4a miteinander verbindenden Gelenkbereich sind jeweils Spiegeln 44,45 ; 44a, 45a ; 44b, 44c, 45b angebracht, über welche der Laserstrahl 40 der Fokussiereinrichtung 41 zugeleitet wird.

Das erste Ende des ersten Rohres 3a ist über ein erstes Drehgelenk 5 drehbar mit dem Hilfsmotor 10 verbunden, genauso wie das zweite Ende des zweiten Rohres 4a über ein Drehgelenk 6 drehbar mit dem Flächenmotor 1 verbunden ist. Die beiden Rohre 3a, 4a sind über ein Scherengelenk 7 drehbar miteinander verbunden.

Ein solcher Spiegelgelenkarm kann zur Realisierung der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, indem in zumindest zwei der drei Dreh-bzw. Scherengelenke Drehgeber 8,9 angebracht werden. Die Arme 3 und 4 der erfindungsgemäßen Meßmaschine werden hier also durch die Rohre 3a, 4a des Spiegelgelenkarmes gebildet.

Am Flächenmotor 1 sitzt sehr häufig ein Werkzeug, wie z. B. Bohrer, Fräser, Laserstrahl- Austrittsöffnung od. dgl., mit welchem ein Werkstück bearbeitet wird. Da in das Werkstück einzuarbeitende Konturen sehr häufig nicht nur parallel zur Lauffläche 2 verlaufen, sondern sich auch normal zu dieser Lauffläche 2 erstrecken, ist es notwendig, das am Flächenmotor 1 sitzende Werkzeug normal zur Lauffläche 2 zu verfahren. Am Flächenmotor 1 sind dazu Antriebe angeordnet, mittels welcher das Werkzeug entsprechend verfahren werden kann. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 9-11 ist dieser Antrieb durch einen Linearantrieb 46 gebildet, auf dessen normal zur Lauffläche 2 verschiebbarem Schlitten 46a das Werkzeug montiert ist.

Dies ist aber bloß beispielhaft zu verstehen, die Erfindung ist nicht auf solche Linearantriebe 46 beschränkt. Insbesondere muß der Schlitten 46a nicht exakt normal zur Lauffläche 2 des Stators verschiebbar sein, auch Antriebe, die ihren Schlitten 46a schräg gegenüber der Lauffläche 2 verschieben, sind denkbar.

Derartige Antriebe, insbesondere Linearantriebe 46, lassen sich-vor allem für mechanische Bearbeitungen, wie Bohren und Fräsen-so ausgestalten bzw. am Flächenmotor 1 festlegen, daß Verschiebungen dieses Linearantriebes 46 keine Rückwirkung auf die Position des Flächenmotors 1 haben bzw. zu keinerlei Verschwenkungen der Rohre 3a, 4a führen. Dies wird einfach dadurch erreicht, daß das Rohr 4a nicht mit dem Schlitten 46a, sondern direkt am Flächenmotor 1 festgelegt wird.

Auch wenn das Bearbeitungswerkzeug ein außerhalb des Flächenmotors I erzeugter Laserstrahl 40 ist, der über einen Spiegelgelenkann der am Flächenmotor I sitzenden Fokussiereinrichtung 41 zugeleitet wird, könnte das ausgangsseitige Ende des Rohres 4a nur parallel zur Lauffläche 2 verschwenkbar gelagert werden, normal zur Laufiläche 2 verlaufende Verschwenkungen des Rohres 4a jedoch verhindert sein.

Die am ausgangsseitigen Ende des Rohres 4a liegenden Spiegel 44a, 45a können dabei so ausgerichtet werden, daß der Laserstrahl 40 normal zur Lauffläche 2 verlaufend aus dem Spiegelgelenkarm austritt.

Wird die Fokussiereinrichtung 41 fluchtend über der Laserstrahl-Austrittsöffilun g angeordnet, verändert sich bei Verschiebungen der Fokussiereinrichtung 41 normal zur Lauffläche 2 der Abstand zwischen der am Spiegelgelenkarm liegenden Laser- Austrittsöffnung und der Eintrittsöffnung an der Fokussiereinrichtung 41. Der Laserstrahl 40 wird dabei aber trotzdem der Fokussiereinrichtung 41 zugeleitet, unabhängig von ihrem aktuellen Abstand gegenüber der Lauffläche 2. Verschiebungen der Fokussiereinrichtung 41 durch Verschieben des Schlittens 46a in Richtung normal zur Lauffläche 2 wirken sich dabei nicht auf die Position des Flächenmotors 1 aus bzw. führen zu keinerlei Verschwenkungen der Rohre 3a, 4a.

Bei der in den Fig. 9-11 dargestellten Ausführungsform ist hingegen vorgesehen, daß das ausgangsseitige Ende des Rohres 4a nicht unmittelbar mit dem Flächenmotor 1, sondern mit der Fokussiereinrichtung 41 verbunden ist, welche mittels des Linearantriebes 46 normal zur Lauffläche 2 verschoben werden kann. Um derartige Verschiebungen zu ermöglichen, muß sowohl zwischen den beiden Rohren 3a, 4a als auch zwischen dem ausgangsseitigen Ende des Rohres 4a und der Fokussiereinrichtung 41 jeweils ein Doppelgelenk 7,70 bzw. 6,60 vorgesehen sein (vgl. deren schematische Darstellung in Fig. 11).

Die ersten Gelenke 7,6 (die auch bei bislang beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Meßmaschine vorhanden sind) erlauben dabei ein Verschwenken der Rohre 3a, 4a parallel zur Lauffläche 2.

Die zweiten Gelenke 70,60 der Doppel-Gelenke 7,70 ; 6,60 erlauben in Fig. 10 mit dem Pfeil 47 angedeutete Verschwenkungen des Rohres 4a normal zur Lauffläche 2, welche Verschwenkungen sich beim Verfahren des Linearantriebes 46 ergeben.

Damit ein Verfahren des Schlittens 46a des Linearantriebes 46 tatsächlich zur Gänze in eine Verschiebung der Fokussiereinrichtung 41 umgesetzt wird und nicht zu einer Verschwenkung des Doppel-Gelenkes 7,70 normal zur Lauffläche 2 führt, ist im Bereich des die beiden Rohre 3a, 4a miteinander verbindenden Doppel-Gelenkes 7,70 eine Halterung vorgesehen, welche den Abstand dieses Doppel-Gelenkes 7,70 von der Lauffläche 2 konstant hält.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 9-11 ist diese Halterung durch eine mit dem Doppel-Gelenk 7,70 verbundene magnetische Scheibe 48 gebildet, welche vom Magnetfeld der Lauffläche 2 gehalten wird. Zwischen der Laufflächen-Oberfläche und der Scheibe 48 befindet sich ein Luftfilm, auf welchem die Scheibe 48 gleitet. Die Scheibe 48 ist nicht gesondert angetrieben, sondern wird bei Bewegungen des Flächenmotors 1 von den Rohren 3a, 4a mitgezogen.

Damit die Scheibe 48 selbst dann in der Ebene der Lauffläche 2 gehalten wird, wenn der Flächenmotor 1 so knapp an die Berandung der Lauffläche 2 herangefahren wird, daß die Scheibe 48 bereits außerhalb der Lauffläche 2 zu liegen kommt, ist an die Lauffläche 2 eine Platte 49 aus magnetisierbarem Material, beispielsweise eine Eisenplatte, angebaut (vgl.

Fig. 9).

Die Halterung kann konstruktiv beliebig und anders als durch eine magnetische Scheibe 48 realisiert sein. Wenn die Lauffläche 2 unter dem Spiegelgelenkarm liegt (die Anordnung der Fig. 9-11 ist also um 180° verdreht angeordnet), wird die Halterung durch die Gewichtskraft des Spiegelgelenkarmes gegen die Lauffläche 2 gedrückt und kann dabei durch einen unmagnetischen Gleitschuh gebildet sein.

Wenn das Drehgelenk 5 so stark ausgeführt wird, daß es normal zur Lauffläche 2 verlaufende Verschwenkungen des Rohres 3a zuverlässig verhindert, kann die Halterung des Doppel- Scherengelenkes 7,70 überhaupt weggelassen werden.

Ein Verfahren des Linearantriebes 46 hat-wie bereits dargestellt-eine Verschwenkung des Rohres 4a normal zur Lauffläche 2 zur Folge. Aufgrund der gegebenen, nicht veränderbaren Länge des Rohres 4a und der Tatsache, daß sowohl der Flächenmotor 1 als auch der Hilfsmotor 10 in ihren Positionen gehalten werden, kommt es durch diese Verschwenkungen zu parallel zur Laufflächen-Ebene verlaufenden Verschiebungen des Doppel-Gelenkes 7,70, damit zu parallel zur Laufflächen-Ebene verlaufenden Verschwenkungen der Rohre 3a, 4a und letztlich zu Veränderungen der Winkel 14 (a) und 15 (ß) sowie des Winkels 51 zwischen dem Rohr 4a und der Ebene der Lauffläche 2.

Ein Positionsmesssystem, das lediglich mit Drehgebem 8,9 ausgestattet ist, die in den Drehgelenken 5, 6, 7 zwecks Erfassung der Winkel 14 (a) und 15 (ß) angebracht sind, kann somit die Position des Flächenmotors 1 nicht mehr richtig erfassen.

Es ist deshalb ein zusätzlicher Drehgeber 50 vorgesehen, mit welchem der zwischen dem Rohr 4a und der Laufflächen-Ebene 2 eingeschlossene Winkel 51 erfaßt wird. Dieser Winkel 51 ist unverzerrt in Fig. 10 zu erkennen. Die Rohre 3a, 4a sind hier in der in Fig. 13 dargestellten Weise gestreckt, d. h. in ein und dieselbe Richtung orientiert, dargestellt.

Werden alle drei Winkel 14 (a) und 15 (ß) sowie 51 berücksichtigt, läßt sich die Position des Flächenmotors 1 trotz Verschiebungen des Schlittens 46a eindeutig bestimmen.

Der den Winkel 51 erfassende Drehgeber 50 kann wahlweise im zweiten Gelenk 60 des an der Fokussiereinrichtung 41 angebrachten Doppel-Drehgelenkes 6,60 oder im zweiten Gelenk 70 des zwischen den beiden Rohren 3a, 4a liegenden Doppel-Scherengelenkes 7,70 angeordnet sein. Denkbar wäre es, in jedem dieser zweiten Gelenke 60,70 einen Drehgeber 50 vorzusehen, diese würden aber übereinstimmende Ergebnisse liefern.

Die von den Drehgebem 8,9 und 50 erfaßten Winkelwerte werden wieder einer Auswerteeinheit übermittelt, welche aus diesen Winkelwerten und den bekannten Längen der Rohre 3a, 4a die Positionskoordinaten X6, Y6 des zweiten Drehgelenkes 6 bezogen auf das Koordinatensystem der Lauffläche 2 berechnet.

Der Bezugspunkt, in welchem das erste Drehgelenk 5 liegt, ist bei der Ausführungsform der Fig. 9-11 auf einem Hilfsantrieb 10 montiert, der parallel und synchron mit einer der zwei Achsrichtungen bewegt wird. Analog zur Ausführungsform der Fig. 3 muß bei der Berechnung der Flächenmotor-Position hier die aktuelle Position des Hilfsantriebes 10 berücksichtigt werden, welche so wie bei Fig. 3 durch ein Linearmessystem gemessen wird.

Dieser Hilfsantrieb 10 ist bei Verwendung eines Spiegelgelenkarmes nicht zwingend vorzusehen, vielmehr ist es auch hier-analog zu Fig. l-möglich, das erste Drehgelenk 5 unbeweglich gegenüber der Lauffläche 2 zu halten.

Desweiteren können-analog zu Fig. 3- in allen drei Dreh-bzw. Scherengelenken 5,6 und 7, welche Verschwenkungen der Rohre 3a, 4a parallel zur Lauffläche 2 erlauben, Drehgeber 8,9,24 vorgesehen sein, um die Position des Flächenmotors 1 auch dann feststellen zu können, wenn sich dieser gegenüber seiner Normallage verdrehen kann.

In Fig. 9 und 10 ist der Übersicht halber die Fokussiereinrichtung 41 unbeweglich am Schlitten 46a des Flächenmotors 1 festgelegt. Dies ist aber nicht zwingend notwendig, vielmehr kann die Fokussiereinrichtung 41 beliebig schwenkbar am Schlitten 46a gelagert sein und ihr der Laserstrahl 40 vom am Schlitten 46a festgelegten ausgangsseitigen Ende des Spiegelgelenkarmes über ein weiteres Spiegelsystem, beispielsweise über einen weiteren Spiegelgelenkarm, zugeleitet werden. Die Fokussiereinrichtung 41 kann damit gegenüber dem Schlitten 46a beliebig bewegt werden, ohne daß diese Bewegungen die Position des Flächenmotors 1 verändern.

Die in den Fig. 9-11 dargestellte Ausführungsform der Erfindung wird vornehmlich bei Spiegelgelenkarmen eingesetzt, weshalb zu ihrer Erläuterung auch auf einen solchen Spiegelgelenkarm Bezug genommen wurde. Dies ist aber nicht einschränkend zu verstehen, es können vielmehr bei beliebig ausgestalteten Armen 3,4 bzw. beliebigen auf dem Flächenmotor 1 angebrachten Bearbeitungswerkzeugen Doppelgelenke 7,70 ; 6,60 vorgesehen und der zweite Arm 4 am Schlitten 46a eines am Flächenmotor 1 liegenden Linearantriebes 46 befestigt werden.

In Fig. 9 und 10 verläuft die Verschieberichtung des Linearantriebes 46 stets exakt 90° zur Laufflächen-Ebene, welche Ausrichtung aber nicht zwingend notwendig ist. Die Verschieberichtung kann vielmehr einen beliebigen Winkel zur Lauffläche 2 einschließen.

Die Verschiebebewegung des Schlittens 46a hat bei solchen, von 90° zur Laufflächen-Ebene verschiedenen Winkeln neben einer normal zur Laufflächen-Ebene verlaufenden auch eine parallel zu dieser verlaufende Bewegungskomponente. Wird der bekannte, zwischen der Laufflächen-Ebene und der Verschieberichtung eingeschlossene Winkel bei der Berechnung der Position des Flächenmotors 1 berücksichtigt, kann auch bei derartigen, von 90° zur Lauffläche verschiedenen Verschieberichtungen die Flächenmotor-Position richtig berechnet werden.

Wenn im Rahmen dieser Anmeldung also von einem Schlitten 46a gesprochen wird, der normal zur Lauffläche 2 verschoben wird, so ist darunter zu verstehen, daß die vom Schlitten 46a ausgeführte Bewegung eine normal zur Laufflächen-Ebene verlaufende Komponente aufweist. Nicht wesentlich ist dabei, ob die Schlitten-Bewegung ausschließlich eine solche Komponente oder zusätzlich auch noch eine parallel zur Laufflächen-Ebene verlaufende Komponente hat.

Wie oben bereits festgehalten, ist es nicht zwingend notwendig, einen Linearantrieb 46 am Flächenmotor 1 anzuordnen, zur Werkzeug-Bewegung kann vielmehr ein beliebig ausgeführter Antrieb eingesetzt werden. Unter der Bezeichnung, Schlitten 46a"ist daher im Rahmen dieser Anmeldung nicht ausschließlich ein Schlitten 46a eines Linearantriebes 46, sondern der bewegliche Teil eines beliebigen Antriebes zu verstehen.

Analog zu den Fig. 4,5 kann ein zweites scherenförmiges Gelenk vorgesehen sein, das baugleich mit dem ersten Gelenk ausgeführt ist, also ebenfalls zwei Arme umfaßt, die über ein Doppel-Scherengelenk drehbar miteinander verbunden sind und das über ein Doppel- Drehgelenk mit dem Schlitten 46a des am Flächenmotor 1 angeordneten Linearantriebes 46 verbunden ist.

Dieses zweite scherenformige Gelenk weist so wie das erste in zwei seiner drei Drehgelenke 5,6,7, die Verschwenkungen der Arme 3,4 parallel zur Lauffläche 2 erlauben, Drehgeber 8 und 9 auf. Weiters ist auch in zumindest einem der zweiten Gelenke 70,60 der Doppel- Scheren-bzw.-Drehgelenke 7,70 ; 6,60 ein Drehgeber 50 vorgesehen.

Die beiden scherenformigen Gelenke sind wie in den Fig. 3,4 versetzt zueinander angeordnet.

Mit diesen beiden Gelenken können die Positionen zweiter voneinander beanstandeter Punkte am Flächenmotor 1 vermessen werden, womit der Verdrehwinkel 16 des Flächenmotors I bezogen auf die Normallage bestimmt werden kann.

Analog zu den Fig. 6,7 kann auch bei einer eben erörterten Anlage, bei welcher der zweite Arm 4a über ein Doppel-Scherengelenk 7,70 mit dem ersten Arm 3a bzw. über ein Doppel- Drehgelenk 6,60 mit dem Schlitten 46a verbunden ist, vorgesehen sein, daß der Flächenmotor 1 zwangsweise parallel geführt wird.

Wie in Fig. 12 dargestellt, ist dazu jeder der beiden Arme 3a und 4a aus zwei parallelen Schenkeln 21,21' und 22,22' gebildet, die jeweils über Doppel-Scherengelenke 7,70 ; 7', 70' drehbar miteinander verbunden sind.

Die zweiten äußeren Enden dieses Doppelgelenkes sind jeweils über zweite Doppel- Drehgelenke 6,60 ; 6', 60' drehbar am Schlitten 46a des 2-Koordinaten-Stellantriebes 1 befestigt. Die ersten äußeren Enden sind über erste Drehgelenke 5,5' drehbar am beweglichen Hilfsantrieb 10 festgelegt. Wenn ein solcher Hilfsantrieb 10 nicht vorhanden ist, sind die ersten äußeren Enden-so wie in Fig. 4- an ortsfesten Fixpunkten festgelegt.

Die Doppel-Scherengelenke 7,70 der ersten Schenkel 21,22 sind mit den Doppel- Scherengelenken 7'70'der zweiten Schenkel 21', 22'über eine feste Verbindung 23 verbunden. Diese feste Verbindung 23 ist dabei so ausgeführt, daß sich jedes der dort befindlichen vier Scherengelenke 7,70 ; 7', 70' ungehindert drehen kann, daß dabei aber der Abstand zwischen diesen Gelenken stets konstant gehalten wird.

Es werden damit von den Schenkeln 21,21'und 22,22'zwei bewegliche Parallelogramme gebildet, die bewirken, dass sich der 2-Koordinaten-Stellantrieb l nur parallel unter Beibehaltung seiner Normallage bewegen und sich nicht verdrehen kann.

Zur Bestimmung der Position des Flächenmotors l sind wieder Drehgeber 8 und 9 vorgesehen, die in zwei der ersten Dreh-bzw. Scherengelenke 5,6 und 7 ; 5', 6'und 7' angeordnet sind. Es könnte-analog zu den Fig. 6,7- ein weiteres Drehgeberpaar 38,39 vorgesehen sein, das aber aufgrund der Zwangsführung des Flächenmotors l gleiche Ergebnisse liefern muß, wie das erste Paar 8,9.

Zusätzlich zu den Drehgebern 8,9 ist in zumindest einem der zweiten Gelenke 70,60 ; 70', 60' der Doppel-Scheren-bzw.-Drehgelenke 7,70 ; 7'70' ; 6,60 ; 6', 60' ein Drehgeber 50 vorgesehen, mit dem der Verschwenkwinkel 51 des Armes 4a gegenüber der Ebene der Lauffläche 2 erfaßt wird.

Der eben erörterte Aufbau der beiden Arme 3a, 4a kann auch dann eingesetzt werden, wenn die Position des Flächenmotors 1 nicht bestimmt werden braucht, d. h. in Anwendungen, wo ausschließlich eine Zwangsfiihrung des Flächenmotors I erreicht und eine Verdrehung des Flächenmotors 1 verhindert werden soll.

Eine solche Zwangsführung entspricht konstruktiv weitgehend den Ausführungsformen der Fig. 12, es sind lediglich die Drehgeber 8,9 bzw. 38,39 und 50 (bzw. auch die Auswerteeinheit, welche aus den Drehgeber-Daten die Position des Flächenmotors 1 errechnet) weggelassen.

Patentansprüche :