Устройство для точной установки положения объекта

ZIP архив

Текст

Республик 61) Дополнительное к авт ид-ву 22) Заявлено 21.04.78 (21) 26084991 1) Ч КчН 01 Ь 41,ис присоединением за сударственный комите 3) Приоритет3) Опубликовано 30.0.80, Бюллетень Ле 2(088.8) по делам изобретений и открытий(71) Заявитель ной техник сковскии институт элек ОЧНОЙ УСТАНОВКОБЪЕКТАИзобретение относится к области электротехники и автоматики и может быть использовано как исполнительное устройство в позиционных автоматических системах управления оптико-механическим оборудованием, например, телескопами, спектроскопическими анализаторами, в технологическом оборудовании микроэлектроники.Известно устройство для точного микро- регулирования положения подвижного элемента по одной координате, основанное на принципе превращения статического трения в кинетическое трение с помощью вибрации, состоящее из вибрирующего элемента и двух преобразователей, смонтированных с противоположных сторон элемента на одной с ним оси для смещения элемента в любом из двух противоположных направлений 11.Известно устройство, в котором используются косые удары пьезоэлементов для перемещения рабочего органа по одной координате, а для получения одновременного перемещения по двум координатам устройство выполняется двухслойным 2.Известно также устройство для установки положения объекта, содержащее корпус, координатный стол и пьезокерамические приводы по координатным осям 3,Пьезокерамические приводы известного устройства выполнены в виде двух пар бпморфных пьезоэлектрических пластин, укрепленных на корпусе (платформе), на которых размещен координатнын стол. Пары пластин установлены взаимно перпендикулярно, чем обеспечивается перемещение стола по двум координатным осям.Известное устроцство обладает низкой погрузочной способностью порядка нескольскнх грамм и может выдерживать внешние усилия порядка нескольких ньютонов вследствие малой жесткости биморфных пластин. По этой же причине устройство теряет работоспособность при произвольной ориентации в пространстве. Вследствие малой жесткости устройства невозможно добиться точности позиционирования выше +.1 мкм.Целью изобретения является увеличение нагрузочной способности и точности установки положения.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для точной установки положения объекта, содержащее корпус, координатный стол и пьезокерампческпе приводы по координатным осям, дополнительно содержит центральный держатель, подвижно установленный в корпусе на элементах разгрузки и поджатый к приводам силовыми мембранами, причем приводы жестко прикреплены к корпусу, силовые мембранытакже прикреплены к корпусу с противоположных от привода сторон, а координатный стол укреплен на центральном держателе,С целью увеличения диапазона перемещений пьезоэлектрические приводы устройства выполнены в виде двух пьезоэлектрических составных толкателей, расположенных один внутри другого, причем одни торцы толкателей скреплены между собой,второй торец внешнего толкателя прикреплен к корпусу, а второй торец внутреннеготолкателя поджат к центральному держателю через силовую мембрану.Элементы разгрузки устройства выполнены в виде двух взаимно перпендикулярныхполуволновых пьезоэлектрических вибраторов и двух перпендикулярных им четвертьволновых вибраторов, причем полуволновыевибраторы размещены внутри центральногодержателя и прикреплены торцами к мембранам, закрепленным на держателе, а четвертьволновые вибраторы расположены нацентральном держателе и прикреплены кнему одним торцом.Как вариант элементы разгрузки могутбыть выполнены в виде опорных систем качения, расположенных попарно с противоположных сторон на центральном держателе,Элементы разгрузки могут быть выполнены также в виде двух взаимно перпендикулярных полуволповых пьезоэлектрическихвибраторов, расположенных внутри центрального держателя и пары опорных системкачения, расположенных перпендикулярновибраторам с противоположных сторон держателя.На фиг. 1 и 2 показаны две проекции устройства с частичным разрезом для случаявибрационной разгрузки центрального держателя,На фиг. 3 и 4 показаны две проекцииустройства для случая разгрузки центрального держателя с помощью опорных систем качения.На фиг. 5 и б показаны две проекции устройства для случая комбинированной разгрузки центрального держателя с помощьювибраторов и опорных систем качения.На фиг. 7 показана телескопическая конструкция пьезоэлектрического толкателя.Устройство для точной установки положения объекта (для случая трехкоординатного позицирования) содержит (фиг. 1 и 2):координатный стол 1, жестко прикрепленный к центральному держателю 2, помещенному в корпус 3. К корпусу жесткокрепятся три взаимноперпендикулярныхпьезоэлектрических привода 4, 5 и 6 дляодновременной установки по координатамХ, У и Л, причем первые два привода расположены параллельно плоскости координатного стола. С противоположных от приводов сторон к корпусу жестко крепятся три 10 15 20 25 30 Д 5 40 45 50 55 60 65 силовых мемораны 7, 8 и 9, осуществляющие постоянный прижим центрального держателя к приводам.Центральный держатель подвижно соединен с приводами с помощью элементов разгрузки - двух взаимно перпендикулярных полуволновых пьезоэлектрических вибраторов 10, 11, размещенных внутри держателя, и перпендикулярных нм двух четвертьволновых пьезоэлектрических вибраторов 12, 13, жестко закрепленных на центральном держателе. Силовое замыкание происходит от силовых мембран, через элементы разгрузки к приводам.Каждый привод состоит из пьезоэлектрического составного толкателя 14, жестко закрепленного между основанием 15 и мембраной 1 б, передающей перемещение толкателя центральному держателю, и помещенного внутри стакана 17, жестко связанного с основанием и мембраной и жестко прикрепленного к корпусу со стороны мембраны.Устройство работает следующим образом.Для перемещения, например, по оси Х на пьезоэлектрический составной толкатель 14 привода 4 подается напряжение в диапазоне от 0 до +-300 в, вызывающее соответствующую деформацию толкателя. Одновременно на пьезоэлектрический полу- волновой вибратор 11 и чствертьволновые впбраторы 12, 13 подается переменное напряженпе УЗ-частоты, величина которого составляет 30 - 50 В. В результате вибрации статическое трение в парах: полуволновой вибратор 11 - силовая мембрана 8, вибратор 11 - мембрана прп:,с 5, четверть- волновой вибратор 12 - мембрана привода б, четверть волновой вибратор 13 - силовая мембрана 9, - переходит в меньшее по величине кинетическое трение, разрешая перемещение центрального держателя 2 и прикрепленного к нему координатного стола 1 вдоль оси Х, При этом направляющими являются силовая мембрана 8 - мембрана привода 5 и силовая мембрана 9 - мембрана привода б. В процессе работы силовая мембрана 7 постоянно прижимает центральный держатель 2 через вибратор 10 к мембране привода 4, отслеживая перемещение толкателя привода 4.Аналогичным образом происходит перемещение координатного стола по осям У и Л. Возможно перемещение одновременно по всем трем осям.Подвижное соединение центрального держателя 2 с спловымп мембранами и меморапамп приводов может осуществляться с помощью элементов разгрузки в виде трех пар опорных систем качения 18, 19, 20 (фпг. 3 и 4). В этом случае трение скольжения между держателем и мембранами заменяется меньшим по величине трением качения. Две опорные системы качения, 75255960 лежащие на оси какого-либо привода, осуществляют силовое замыкание силовой мембраны, центрального держателя и привода и создают подвижное соелинецис лсржателя с двумя другими взапмноперпсцликулярцыми приводами,Элементы разгрузки могут быть выполнены в виде двух взаимно перпецЛпкулярных полу- волновых пьезоэлектрических виораторов 10, 11 и пары опорных систем качения 20, расположенных перпендикулярно вибраторам (фиг. 5 и 6). Для увеличения диапазона перемещения устройства по коорлшатам Х, У и У применяются приводы телескопической конструкцци (фиг. 7), в которой лва составных пьезоэлектрических толкателя 21 и 22 размешены один внутри другого, при этом олнп торцы обоих толкателсй жестко закреплены между собой с помошью центрируюшей мембраны 23, жестко прикрепленной к стакану 24, второй торец толкатсля 21 жестко прикреплен к стакану 24, который жестко крепится к корпусу устройства, а второй торец толкателя 22 жестко соединен с мембраной 25, жестко прикрепленной к стакану 24 и передающей псремещение толкателя 22 централыОму держателю 2.Для перемещения мембраны 25 вверх на пьезоэлектрический составной толкатель 21 подается напряжение от 0 до -300 В, вызывающее его сжатие, а на пьезоэлектрический составной толкатель 22 - напряжение от 0 ло -+300 В противоположной полярности, вызывающее его расширение. Для перемешения мембраны 25 вниз полярности напряжений, подаваемых иа пьезоэлектрические составные толкатели 21 и 22, меняются.Силовое замыкание приводов и центрального Лержателя с помощью силовых мембран, а также значительная осевая жесткость составных пьезопрсобразователей, используюцихся в прпволах, приводят к повышению надежности работы устройства при произвольной ориентации в пространстве, пов.ицснию точностц позиционирования ло +0,1 мкм с одновременным увеличением нагрузочцой способности устройства до десятков килограмм.Опытный макет устройства прошел лабораторные испытания и показал следующие параметры:Диапазон перемещения по осям Х, У, Л 0 - 80 мкм;Точность воспроизведения положения +-0,1 мкм;Полоса до 100 Гц;Нагрузочная способность 10 кг. пропускания устройства 10 15 2 О 25 зо 35 40 45 50 55 Формула изобретен я 1. Устройство лля точной установки по,Ожения Обьсктд, сОЛсрждШсе корпус, коорлцидтцый стол и пьезоэлектрические приволы по координатным осям, о т л и ч а ющеес я тем, что, с целью увеличения нагрузочцой способности и точности установки,оио солержит центральный лсржатель, полвижно установленный в корпусе на элементах разгрузки и поджатый к приводам силовыми мембранами, причем приводы жестко прикреплены к корпусу, силовые мембраны также прикреплены к корпусу с противоположных от привода сторон, а координатный стол укреплен иа центральном держателе.2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ с е с ятем, что пьезоэлектрические приволы выполнены в вилс лвух пьезоэлектрическихсоставнъх толкдтслсй, расположенных Олинвнутри другого, причем одни торцы толкателей скреплены между собой, второй торец внешнего толкатсля прикреплец к корпусу, а второй торси внутреннего толкатсляподжат к центральному держателю черезсиловую мембрану.3. Устройство по п. 1, отл ич а ю шесе ятем, что элементы разгрузки выполнены ввиде лвух взаимно псрпенликулярных полуволновых пьезоэлсктрическпх вибраторови Лвух псрпецЛикулярцых им четвсртьволцовых вибраторов, причем полуволновыевибраторы размсцены внутри центральногодержателя и прикрсплсны торцами к мембранам, закрепленным на держателе, ачетвсртьволновыс вибраторы расположенына центральном лерждтеле и прикрепленык нему олим торцом.4. Устройство по п. 1, о тл ич а юшее с ятем, что элементы разгрузки выполнены ввиде опорных систем качеия, расположенных попарно с противоположных сторон ндцентральном леркатслс.5. Устройство цо и. 1, отл и чаю шеесятем, что элементы разгрузки выполнены ввиле лвух взаимно псрпсидшулярцых полуволновых пьезоэлектрических вибраторов,расположсшых внутри центрального держателя п пары опорных систем качения,расположенных перпендикулярно впбраторам с противоположных сторон лсржателя.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент СШЛ3808488, кл. 310-8.2,опубл. 1974,2. Лвторское свидетельство СССР548912, кл. Н 011 4110, опубл. 25.11.78,3. Патент США3928778, кл. 310-8.3,опубл. 23.12.75 (прототип).752559 гк2 г Оиг. 7 Составитель Б. БаевТехред А. Камышникова Корректор Р. Беркович Редактор Н, Коляда Типография, р. Сапунова, 2 Заказ 1224/8 Изд.405 Тираж 857 Подписное НПО Поиск Государственного комитста СССР по делам изобретений и открытии 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 45

Смотреть

Заявка

2608499, 21.04.1978

МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

ИВАНОВ ЕВГЕНИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ, СИЛЬЧЕНКОВА ВЛАДИСЛАВА ВЕНЕДИКТОВНА, АФОНИН СЕРГЕЙ МИХАЙЛОВИЧ, КАГАНОВА ОЛЬГА КОНСТАНТИНОВНА, ТАРАСОВ ГЕННАДИЙ ПЕТРОВИЧ, АРХАТКИН ЕВГЕНИЙ ПЕТРОВИЧ

МПК / Метки

МПК: H01L 41/00

Метки: объекта, положения, точной, установки

Опубликовано: 30.07.1980

Код ссылки

<a href="https://patents.su/7-752559-ustrojjstvo-dlya-tochnojj-ustanovki-polozheniya-obekta.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Устройство для точной установки положения объекта</a>

Похожие патенты