CN106030365B - 二维移动设备及用于求取移动设备的步长的方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的用于非线性晶体(2)或可饱和吸收体的二维移动的设备(1)，该设备(1)包括：第一压电定位单元和第二压电定位单元(3，4)，所述第一压电定位单元和所述第二压电定位单元(3，4)分别具有线性的并且互相正交布置的移动路程，所述第一压电定位单元和所述第二压电定位单元(3，4)分别具有能够相对于载体(7，9)借助压电驱动器(7a，9a)逐步地在第一最终位置与第二最终位置之间沿着所述移动路程移动的滑块(8，10)，其中，所述非线性晶体(2)或所述可饱和吸收体能够固定在所述第一压电定位单元(3)的滑块(8)上，所述第一压电定位单元(3)的载体(7)固定在所述第二压电定位单元(4)的滑块(10)上；分别用于所述滑块(8，10)的限定所述最终位置的止挡部(12，13，14，15)；用于在所述滑块(8，10)相应的最终位置中探测该滑块(8，10)的最终位置探测器；以及用于计数在移动所述滑块(8，10)时所走过的步数的计数装置(18，19)。

Description

二维移动设备及用于求取移动设备的步长的方法
技术领域
本方法涉及一种用于非线性晶体的或可饱和吸收体的二维移动的设备以及一种用于求取移动设备的步长的方法。
背景技术
在由US 6859335 B1已知的移动设备中，将所谓的步进电机用于定位光学元件，尤其用于定位非线性晶体。这种步进电机涉及同步电机，在所述同步电机中借助受控的和逐步旋转的电磁场使转子转动。在步进电机驱动中，为了足够准确地定位，原则上计数所述步进电机所走过的步数。步进电机驱动具有以下缺点：它们典型地包括大量的排出气体的机械组件和电子组件，因此可能导致损害非线性晶体。
由Uwe Jungnikel(达姆施塔特工业大学的专业系18：电子技术与信息技术)的论文“Miniaturisierte Positioniersysteme mit mehreren Freiheitsgraden auf derBasis monolithischer Strukturen”(“具有多个自由度的、基于单体式结构的小型化定位系统”)还已知一种移动设备用于定位，可以借助霍尔传感器确定所述移动设备的位置。
此外已知如下小型化定位系统或小型化移动设备：其调节运动或移动运动以压电单元的驱动器或者说压电驱动器为基础。压电单元通常引起运动部分的逐步驱动，其中，能够比较强烈地改变步长，因为步长是力相关的(例如压电元件随着时间流逝发生的退化作用导致改变的步长)。这引起位置相关性(例如水平安装的移动设备的步长与竖直或以斜向安装位置安装的移动设备的步长不同)。只有借助费事的、昂贵的和敏感的路程测量系统才能够实现准确位置的控制或检验。在可饱和吸收体中原则上存在同样的缺点或者说同样的问题。
发明内容
本发明的任务在于：提供一种开头提到的移动设备以及一种用于求取这种移动设备的步长的方法，所述移动设备和方法避免现有技术的缺点。尤其应提供一种压电移动设备以及相应的方法，所述移动设备和方法在没有费事的路程测量系统的情况下能够实现非线性晶体或可饱和吸收体的准确的和可靠的以及简单的和快速的定位或者说准确的步长确定。
这个任务通过根据本发明的移动设备解决。
伴随着根据本发明的移动设备的优点基本上在于：借助所述移动设备能够在没有费事的位置测量系统的情况下实现简单的和快速的步长确定，。在此，在将滑块(Schlitten)分别从第一最终位置移动到第二最终位置时借助计数装置可以计数所走过的步数。通过将预先已知的移动路程(Verfahrweg)除以所计数的步数能够求取作为所述除法的结果的步长。以这种方式，例如在将所述移动设备由应用决定地改装到另一机器中或相同的机器的另一位置中之后，能够以简单的方式确定借助压电定位单元运动的滑块的原则上易受力和磨损影响的且因此也与位置相关的步长。当求取到在相应的应用情况中的步长时，能够通过分别计数所走过的步数计算当前的滑块位置。可以分别根据应用情况定期地按照预先确定的周期确定所述步长，或者在需要时仅单独地借助所述移动设备确定所述步长。所述根据本发明的移动设备在最大程度上放弃了具有电子部件的费事的位置测量系统，使得预防所述移动设备排出气体的危险。此外通过压电定位单元有利地能够实现小步长并且因此能够实现所述滑块的或固定在所述滑块上的晶体的非常准确的可移动性。
所述计数装置用于计数在将所述滑块分别从所述第一最终位置移动到所述第二最终位置时或者反过来时所走过的步数。在所述压电定位单元的载体上例如可以构造有一些止挡部。这些止挡部代表用于所述滑块的障碍物，该障碍物在移动方向上在相应的最终位置上阻挡所述滑块的移动运动。第一压电定位单元包括相对于所述载体借助压电驱动器逐步从所述第一最终位置沿着所述移动路程到所述第二最终位置并且向回可移动的滑块。所述非线性晶体例如可以是LBO LiB3O5、BBOβ-BaB2O4以及CLBO CsLiB6O10类型的晶体。但是其他非线性晶体也是可能的。所述非线性晶体的大小或尺寸典型地是2mm至4mm。所述移动设备的步长原则上可以与激光斑大小相关并且通常在20μm至100μm之间。例如可以将所谓的SESAM(半导体可饱和吸收镜)用作可饱和吸收体。
根据本发明的一种优选的实施方式，在所述第一压电定位单元的滑块上构造有用于触碰所述止挡部的接触元件。通过所述接触元件能够使滑块位置清楚地和限定地占据所述两个最终位置。所述接触元件可以实施为可更换的或可替换的，以便应付在触碰所述止挡部时可能出现的磨损。
在另一种优选的实施方式中，所述移动设备的所有止挡部构成一体的、尤其单体式(monolithisch)的止挡元件。所述止挡元件可以用于为每个压电定位单元(第一、第二或其他定位单元)探测各自的最终位置。以这种方式使所述移动设备的组件数量减少，并且能够实现单体式的建造方式。所述止挡元件例如可以构造为止挡框架。
还有一种优选的实施方式，其中，所述移动设备包括控制装置，该控制装置具有用于由所述移动路程和所计数的步数计算所述步长的分析处理单元。所述分析处理单元可以在信号技术上与这个或者这些计数装置以及分别与各个压电定位单元的布置在所述止挡部上的最终位置探测器或者与用于最终位置探测的电压装置连接。在分析处理单元中还储存有或存储有各个压电定位单元的这个或这些预先已知的移动路程的值。原则上也能够实现：在所述分析处理单元中存储所述移动路程作为最终位置确定的结果。因此，所述分析处理单元能够检测所述最终位置探测器的信号以及所述计算装置的信号并且求取各自的步长。所述最终位置探测器也可以分别构造为具有限定的开关点的开关元件。
根据一种实施方式，所述最终位置探测器具有电压装置，该电压装置构造用于在所述滑块与这些止挡部之间建立电势。因此，当所述滑块占据相应的最终位置并且在此触碰相应的止挡部时，使电路闭合并且因此(例如向所述分析处理单元)传递探测信号。在此，不仅滑块侧可以设置有电接触部而且止挡部侧也可以设置有电接触部。替代地，为了探测所述滑块的所述最终位置也可以设置有布置在这些止挡部上的最终位置探测器。这些最终位置探测器可以包括由力触发的开关工具，例如力感应器。
所述任务还通过用于求取如上描述的移动设备的所述步长的方法解决。
通过根据本发明的方法能够实施简单的和快速的以及准确的步长确定(或分辨率的确定)，而不用借助测量系统费事地测量所述滑块的当前位置。紧接着步长求取，通过计数分别从已知的参考位置(例如所述最终位置之一)所走过的步数能够确定所述滑块的当前位置。分别根据应用情况定期地按照预先确定的周期确定所述步长，或者在需要时仅单独地确定所述步长。通常分别线性地沿着预先已知的移动路程使所述滑块运动，其中，借助所述压电驱动器实现所述逐步移动。通过所述计数装置实现在将所述滑块分别从所述第一最终位置移动到所述第二最终位置时(或者反过来)所实施的步数的计数。
在一种优选的方法变型方案中，这些滑块在所述逐步移动之前分别定位在这些滑块的第一最终位置的止挡部处，随后沿着所述移动路程将这些滑块移动至这些滑块的第二最终位置的止挡部上。通过这些止挡部能够使滑块位置清楚地和限定地占据所述两个最终位置。沿着第一方向运动到最终位置的滑块在这个最终位置上达到静止状态，并且只能通过在相对于这个第一方向相反的方向上运动才能再从这个最终位置离开或移开。
在另一种方法变型方案中，最终借助在所述滑块与这些止挡部之间作用的电压来探测所述滑块的最终位置。通过探测到的电压能够明确地探测到这个或这些滑块占据最终位置。替代于借助电压的最终位置探测，也可以借助设置在所述第一止挡部上的第一最终位置探测器来探测所述滑块的所述第一最终位置，并且借助设置在所述第二止挡部上的第二最终位置探测器来探测所述滑块的所述第二最终位置。
附图说明
本发明的主题的其他优点和有利的构型由说明书、权利要求书以及附图中得到。以上提到的和还另外举出的特征能够被单独地或以多个任意组合地应用。所示出的和描述的实施方式不应理解为封闭式的列举，而是具有用于本发明的叙述的示例性特点。附图高度示意性地示出根据本发明的主题并且不应理解为按比例尺绘制的。
附图示出：
图1：以透视图示出根据本发明的用于晶体的二维移动的设备；
图2：与所述移动设备电连接的控制装置的示意性接线图；
图3：具有晶体支撑件的图1的移动设备；
图4：具有移动到左侧最终位置的滑块的图1的移动设备；
图5：具有移动到右侧最终位置的滑块的图1的移动设备；
图6：具有移动到上侧最终位置的滑块的图1的移动设备；
图7：具有移动到下侧最终位置的滑块的图1的移动设备。
具体实施方式
图1和2示出用于非线性晶体2的移动设备1，该移动设备1具有第一压电定位单元和第二压电定位单元3、4，所述第一压电定位单元和所述第二压电定位单元3、4分别具有线性的且互相正交布置的移动路程或者说移动方向5、6。
第一压电定位单元3包括第一载体7、第一压电驱动器7a以及第一滑块8，其中，第一滑块8能够相对于第一载体7借助第一压电驱动器7a逐步地在第一移动方向5上在两个最终位置之间沿着第一移动路程移动。第二压电定位单元4包括第二载体9、第二压电驱动器9a以及第二滑块10，其中，第二滑块10能够相对于第二载体9借助第二压电驱动器9a逐步地在第二移动方向6上在两个最终位置之间沿着第二移动路程移动。第二载体9固定在移动设备1的底座11上。
第一载体7固定在第二滑块10上，使得布置在第一滑块8上的晶体2通过两个滑块8、10在由两个移动方向5、6展开的一个二维平面内的移动运动的叠加能够被移动到不同的位置(参考在图4至7中示出的以及以下进一步描述的位置或最终位置)。
移动设备1还包括用于每个压电定位单元3、4的分别布置在压电定位单元3、4的两个最终位置上的止挡部12、13、14、15，止挡部12、13、14、15共同构成止挡元件16，止挡元件16构造成单体式框架。如果构造在第一滑块8上的接触元件17触碰止挡部12、13、14、15之一，则通过电压装置21可以使一个电流回路闭合，并且以这种方式产生最终位置探测信号(第一滑块8的接触元件17在止挡部12、13、14、15中的一个上触碰止挡元件18的信号)。电压装置21在滑块8与止挡部12、13、14、15之间或者说在接触元件17与止挡部12、13、14、15之间施加电势。在此，通过预先知道第一滑块8先前分别在哪个移动方向5、6上运动，能够确定在止挡部12、13、14、15之一与第一滑块8的接触元件17之间的接触是涉及左侧还是右侧(或者是涉及上侧还是下侧)的止挡部12、13、14、15。相应地也仅仅探测布置在这个移动方向5、6上的止挡部12、13、14、15，而与是否由于所述一体的止挡元件16涉及相同的探测信号无关。止挡元件16或者说具有止挡部12、13、14、15的框架构造在底座11上。接触元件17和两个压电定位单元3、4在图1中在中间位置示出。
移动设备1还包括控制装置22以及分析处理单元20，控制装置22具有用于在移动第一或第二滑块8、10时分别计数所走过的步数的第一计数装置和第二计数装置18、19，分析处理单元20用于由所述移动路程和所计数的步数计算步长。借助移动设备1能够在没有费事的位置测量系统的情况下简单地和快速地以及准确地确定单个压电定位单元3、4的步长。计数装置18、19布置在控制单元22中并且通过分析处理操控信号23计数滑块8、10的步数。
在图3中在移动设备1的滑块8上固定有用于支撑非线性(激光)晶体的晶体支撑件24。替代非线性晶体2，在图1至7的移动设备1中也可以在滑块8上布置有可饱和吸收体、尤其SESAM。
以下参考图4至7更详细地阐述用于求取各个步长的方法。
在图4至7中，以四个不同的最终位置示出第一滑块8或者说第一滑块8的接触元件17。在此分别相应地，第一滑块8相对于第一载体7移动，第二滑块10相对于第二载体9或底座11移动。在细节上，图4示出第一滑块8或构造在第一滑块8上的接触元件17的左侧最终位置，图5示出其右侧最终位置，图6示出其上侧最终位置，图7示出其下侧最终位置。
为了求取例如第一滑块8在第一移动方向5上的步长，在第一滑块8从上侧的第一最终位置(图6)逐步移动到下侧的第二最终位置(图7)时计数所走过的步数，随后将预先已知的且通过所述两个最终位置的间隔限定的移动路程除以所计数的步数，以便获得作为除法的结果的所述步长。可以理解，可以以相应的方式利用第二滑块10进行移动(将第二滑块10从左侧的第一最终位置(图4)移动到右侧的第二最终位置(图5)并且计数在此所走过的步数，以便求取第二滑块10的步长)。为了分别追踪整个第一移动路程和第二移动路程以便计数各自需要的步数，(示例性地借助示出的第一滑块8)在所述逐步移动之前将第一滑块8定位在布置在上侧最终位置的止挡部14处(图6)，随后完全沿着所述线性移动路程移动至布置在下侧的第二最终位置上的另外的止挡部15上。在此，借助设置在止挡部14、15上的最终位置探测器来探测滑块8或接触元件17的两个最终位置。
所述止挡元件16或者说框架可以原则上如此限定滑块8、10的移动路程，使得压电驱动器7a、9a不是移动到其相应的最终位置，而是使相应的滑块8、10已经预先停在止挡元件16的止挡部12、13、14、15上。通过对移动路程的这种限界能够确保非线性晶体2的可靠的定位。

Claims (5)

1.一种用于非线性晶体(2)或可饱和吸收体的二维移动的设备(1)，该设备(1)具有：
第一压电定位单元(3)，所述第一压电定位单元具有第一载体(7)、第一压电驱动器(7a)和第一滑块(8)，所述第一滑块能够相对于第一载体(7)借助第一压电驱动器(7a)逐步地在第一最终位置与第二最终位置之间沿着第一线性移动路程移动；
第二压电定位单元(4)，所述第二压电定位单元(4)具有第二载体(9)、第二压电驱动器(9a)和第二滑块(10)，所述第二滑块能够相对于第二载体(9)借助第二压电驱动器(9a)逐步地在第三最终位置与第四最终位置之间沿着第二线性移动路程移动，其中，所述第二线性移动路程正交于所述第一线性移动路程，其中，所述非线性晶体(2)或所述可饱和吸收体能够固定在所述第一压电定位单元(3)的第一滑块(8)上，所述第一压电定位单元(3)的第一载体(7)固定在所述第二压电定位单元(4)的第二滑块(10)上，
止挡部(12，13，14，15)，这些止挡部(12，13，14，15)中的每个分别限定第一最终位置、第二最终位置、第三最终位置和第四最终位置的中的相应的一个不同的最终位置，
探测器，所述探测器包括与所述止挡部(12，13，14，15)和第一滑块(8)电耦接的电压装置(21)，其中，所述探测器操作成用于探测所述第一滑块(8)是否处于第一最终位置和第二最终位置且用于探测第二滑块(10)是否处于第三最终位置和第四最终位置，
计数装置(18，19)，所述计数装置(18，19)用于对所述第一滑块(8)沿着第一线性移动路程运动时所走过的步数进行计数并用于对所述第二滑块(10)沿着第二线性移动路程运动时所走过的步数进行计数，和
构造在所述第一压电定位单元(3)的第一滑块(8)上的接触元件(17)，所述接触元件(17)操作成能触碰所述止挡部(12，13，14，15)中的每个止挡部；
其中，所述止挡部(12，13，14，15)中的所有止挡部构造成相对于所述第二载体不可运动的一体式止挡元件(16)。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备(1)包括控制装置(22)，该控制装置(22)具有耦接至所述计数装置的分析处理单元(20)，所述分析处理单元(20)操作成：
-从第一线性移动路程的位于第一最终位置与第二最终位置之间的长度和第一载体沿着第一线性移动路程的运动所走过的步数计算沿着第一线性移动路程的步长；并且
-从第二线性移动路程的位于第三最终位置与第四最终位置之间的长度和第二载体沿着第二线性移动路程的运动所走过的步数计算沿着第二线性移动路程的步长。
3.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所有所述止挡部(12，13，14，15)形成一体的单体式止挡元件(16)。
4.一种用于求取根据以上权利要求中任一项所述的设备(1)的第一滑块和第二滑块的步长的方法，所述方法包括：
通过第一滑块的接触元件电接触所述止挡部(12，13，14，15)中的第一止挡部(12)和所述止挡部(12，13，14，15)中的第二止挡部(13)时相应的第一电信号和第二电信号检测第一滑块的第一最终位置和第二最终位置；
通过计数装置对所述第一滑块(8)沿着第一线性移动路程从第一最终位置移动到所述第二最终位置所走过的步数进行第一计数；
通过所述接触元件电接触所述止挡部(12，13，14，15)中的第三止挡部(14)和所述止挡部(12，13，14，15)中的第四止挡部(15)时相应的第三电信号和第四电信号检测第二滑块的第三最终位置和第四最终位置；
通过计数装置对所述第二滑块(8)沿着第二线性移动路程从第三最终位置移动到所述第四最终位置所走过的步数进行第二计数；
将第一最终位置与第二最终位置之间的距离除以第一计数的结果以求取沿着第一线性移动路程的步长；并且
将第三最终位置和第四最终位置之间的距离除以第二计数的结果以求取沿着第二线性移动路程的步长。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在逐步的移动之前将所述第一滑块(8)定位在位于所述第一最终位置处的第一止挡部(12)处且将所述第二滑块(10)定位在位于所述第三最终位置处的第三止挡部(14)处，并且随后通过第一压电驱动器沿着所述第一线性移动路程将所述第一滑块(8)从第一最终位置移动到位于第二最终位置处的第二止挡部(13)且通过第二压电驱动器沿着所述第二线性移动路程将所述第二滑块(10)从第三最终位置移动到位于第四最终位置处的第四止挡部(15)。
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