DD263569A1

DD263569A1 - VIBRATION ISOLATION SYSTEM

Info

Publication number: DD263569A1
Application number: DD30657887A
Authority: DD
Inventors: Ellen Jahn; Guenter Kunze
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1987-09-02
Filing date: 1987-09-02
Publication date: 1989-01-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schwingungsisolationssystem fuer hochgenaue Messgeraete. Durch eine Aufhaengung eines Tisches an Federpaketen in einem Rahmengestell werden Eigenfrequenzen unter 2 Hz in allen Koordinaten erreicht und die Eigenfrequenz in horizontaler Richtung unter der in vertikaler Richtung gehalten. Ausserdem ist durch ein integriertes Hubsystem eine definierte horizontale Lage des Tisches realisierbar. Fig. 2The invention relates to a vibration isolation system for high-precision gauges. By suspending a table on spring packets in a rack, natural frequencies below 2 Hz are achieved in all coordinates and the natural frequency is kept in the horizontal direction below that in the vertical direction. In addition, a defined horizontal position of the table can be realized by an integrated lifting system. Fig. 2

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen.For this 1 page drawings.

field of use

Die Erfindung ist anwendbar für die schwingungsisolierte Aufstellung von Meßgeräten, Mikroskopen und anderen feinmechanischen Geräten.The invention is applicable to the vibration isolated installation of measuring instruments, microscopes and other precision engineering equipment.

Characteristic of the prior art

Für die Schwingungsisolierung von hochgenauen Meßgeräten gibt es verschiedenartige Lösungen, wobei anspruchsvolle Geräte zumeist luftgelagert sind. Diese Art der Schwingungsisolierung ist steuerungstechnisch äußerst kompliziert und damit störanfällig. Neue rein mechanische Lösungen unter Verwendung von Schraubenfedern wurden u. a. auf der Tagung Festkörpermechnik (Dynamik und Getriebetechnik) vom 3. bis 6.September 1985 in Dresden vorgestellt (s.Tagungsmaterial Bd. C, XLV111/21).For the vibration isolation of high-precision measuring instruments, there are various solutions, with sophisticated equipment are usually air-bearing. This type of vibration isolation is extremely complicated control technology and thus prone to failure. New purely mechanical solutions using coil springs have been found. a. presented at the conference Solid State Technology (Dynamics and Transmission Technology) from 3rd to 6th September 1985 in Dresden (see congressional material Bd. C, XLV111 / 21).

In der US-PS 3 595 503 wird ein'Schwingtisch vorgestellt, bei dem die Isolierung durch Zugfedern unter einem variablen Neigungswinke! eingehangen werden können.In US-PS 3,595,503 a 'swinging table is presented, in which the insulation by tension springs under a variable tilt angle! can be mounted.

Nachteilig bei den beschriebenen Lösungen ist die schwierige Anpassng an unterschiedliche Geräte, die nur über die Variation der Federvorspannung möglich ist und demzufolge stark eingeschränkt ist, um nicht die Wirkung der Isolation zu beeinträchtigen.A disadvantage of the solutions described is the difficult Anpassng to different devices, which is possible only on the variation of the spring preload and therefore severely limited, so as not to affect the effect of the insulation.

Verwendet man zur Aufhängung eines Gerätetisches vier Zugfedern, so führt dies unter der Prämisser, daß die obere Aufhängung der Federn nicht über der Tischeben liegt aus Gründen der ungehinderten Zugänglichkeit, zu großen Federlängen.If one uses four tension springs for suspending a device table, this leads to the premise that the upper suspension of the springs does not lie above the table bottom for reasons of unhindered accessibility to long spring lengths.

Dies wirkt sich ungünstig auf die Vermeidung von Kippschwingungen aus, da hierfür die Forderung besteht, daß der Schwerpunkt des Systems — Tisch und Gerät — mit dem Federungsmittelpunkt zusammenfällt. Außerdem ist man bei der Verwendung von nur vier Federn stark eingeschränkt bezüglich der vielseitigen Anwendbarkeit des Schwingungsisolationssystems für unterschiedliche Geräte mit unterschiedlichen Masen und Schwerpunktlagen.This has an unfavorable effect on the prevention of tilting vibrations, since there is the requirement that the focus of the system - table and device - coincides with the spring center. Moreover, when using only four springs, one is severely limited in the versatility of the vibration isolation system for different devices with different mases and center of gravity positions.

Die Einhaltung einer definierten Übergabeposition ist bei allen angeführten Isolationssystem nicht gegeben.Compliance with a defined transfer position is not given in all mentioned insulation system.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht in der Entwicklung eines einfach aufgebauten, universell einsetzbaren und kostengünstigen Schwingungsisolationstisches, der durch geringen Umrüstaufwand für eine Vielzahl unterschiedlicher feinmechanischer Geräte einsetzbar ist und durch die Realisierung einer definierten Übergabeposition in automatisierten Fertigungslinien einsetzbar ist.The object of the invention is to develop a simply constructed, universally applicable and cost-effective vibration isolation table, which can be used by a small conversion effort for a variety of different precision mechanical devices and can be used by the realization of a defined transfer position in automated production lines.

Explanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es₍für den oben angegebenen algemeinen Verwendungszweck ein Schwingungsisolationssystem zu realisieren, daß in x-, y- und z-Richtung des Koordinatensystems eine Systemfrequenz - 2Hz besitzt, wobei die Eigenfrequenz in horizontaler Richtung stets unter der vertikalen Richtung liegt und daß das Meßgerät außerhalb der Schwingungsisolierung in eine definierte Position gebracht werden kann.The object of the invention is ₍ for the above-mentioned general purpose to realize a vibration isolation system that in the x-, y- and z-direction of the coordinate system has a system frequency - 2Hz, the natural frequency in the horizontal direction is always below the vertical direction and that the meter can be brought outside the vibration isolation in a defined position.

Diese Aufgabe wird bei einem Schwingungsisolationssystem für einen Tisch eines hochgenauen Meßsystems, wobei der T^;sch mittels Schraubenfedern und Dämpfungsgliedern in einem Rahmengestell aufgehängt ist orfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an dem oberen inneren Rand des oben offenen Rahmengestells mindestens drei regelmäßig vertikale Federpakete hängen, die jeweils aus mindestens zwei vertikal eingespannten Schraubenfedern bestehen und daß an den unteren Enden der Federpakete randseitig der Tisch befestigt ist, an dessen Unterseitet eine horizontal verschiebbare, auswechselbare Zusatzmasse angeordnet ist. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn erfindungsgemäß der Tisch in senkrechter Richtung im Rahmengestell geführt ist und mittels Hubsystem gegen Anschläge am Rahmengestell verschiebbar ist. Von dem zu entwickelnden Schwingungsisolationssystem wird gefordert, in allen 3 Richtungen, x, y und ζ des Koordinatensystems eine Systemeigenfrequenz = 2 Hz zu erzielen. Dies läßt sich am günstigsten durch das Aufhängen einer Tischplatte in Zugfedern realisieren, wobei in senkrechter (z-)Richtung die Gesamtsteife der Zugfedern in Abhängigkeit von der Systemmasse bestimmend für die Eigenfrequenz ist., während sich das System in horizontaler (x- u. y-)Richtung annähernd als physikalisches Pendel verhält.This object is achieved in a vibration isolation system for a table of a highly accurate measuring system, wherein the T ^; sch is suspended by means of coil springs and attenuators in a frame orfindungsgemäß achieved by hanging at the upper inner edge of the open-top frame at least three regularly vertical spring assemblies, each consisting of at least two vertically clamped coil springs and that at the lower ends of the spring assemblies edge of the Table is fixed, at the bottom of a horizontally displaceable, interchangeable additional mass is arranged. It is particularly advantageous if according to the invention the table is guided in the vertical direction in the frame and is displaceable by means of lifting system against stops on the frame. The vibration isolation system to be developed requires a system natural frequency = 2 Hz in all three directions, x, y and ζ of the coordinate system. This can best be realized by suspending a table top in tension springs, wherein in the vertical (z) direction, the total stiffness of the tension springs as a function of the system mass is determinative of the natural frequency., While the system in horizontal (x- and y -) direction approximately as a physical pendulum behaves.

Bei einer derartigen Anordnung wird gewährleistet, daß die Eigenfrequenz in horizontaler Richtung stets unter der in vertikaler Richtung liegen.In such an arrangement ensures that the natural frequency in the horizontal direction are always below that in the vertical direction.

Die Erfindung besteht in einer Tischaufhängung an Federpaketen, die jeweils aus mindestens zwei, vorteilhaft sind vier, gemeinsam gehalteten Zugfedern bestehen.The invention consists in a table suspension spring assemblies, each consisting of at least two, advantageously four, jointly held tension springs.

Der Vorteil gegenüber einzelnen Federn besteht darin, daß in jedem Fall wesentlich geringere Federlängen bei gleicher Federsteifigkeit benötigt werden und der Federungsmittelpunkt dadurch in der Nähe des Gesamtschwerpunktes der aufgehängten Massen liegt. Dadurch werden Kippschwingungen minimiert.The advantage over individual springs is that in any case much lower spring lengths are required with the same spring stiffness and the spring center is thereby in the vicinity of the total center of gravity of the suspended masses. This minimizes tilting vibrations.

Die Anzahl der Federn in den Federpaketen und die der Federpaket^ selbst, mindestens 3, richtet sich nach der geforderten Federsteife, der mindert notwendigen Federlänge bei Belastungsmaximum und der an den Federpaketen hängenden Masse und Form. Die Federpakete, die in einem System zur Anwendung kommen, lassen sich außerhalb des Systems untereinander abgleichen und justieren. Bei der Änderung der hängenden Masse lassen sich diese Federpakete leicht demontieren und durch andere entsprechend dimensionierte, ersetzen bzw. die Federspannung gezielt verändern. Durch die Justierung der Zusatzmasse wird der Schwerpunkt des hängenden Gesamtsystems in die Höhe des Federungsmittelpunktes und symmetrisch zu den Federaufhängungen gebracht, wodurch Kippschwingungen minimiert werden, wobei der Ort abhängig ist von der Lage des Geräteschwerpunktes und der Anordnung der Federpakete.The number of springs in the spring assemblies and the spring package ^ itself, at least 3, depends on the required spring stiffness, which reduces the necessary spring length at maximum load and hanging on the spring assemblies mass and shape. The spring packs used in a system can be matched and adjusted outside the system. When changing the hanging mass, these spring packages can be easily disassembled and replaced by other appropriately sized, or change the spring tension targeted. By adjusting the additional mass, the center of gravity of the suspended overall system is brought into the height of the spring center and symmetrical to the spring suspensions, whereby tilting vibrations are minimized, the location is dependent on the location of the device's center of gravity and the arrangement of the spring assemblies.

Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Ei,!richtung zur Erzeugung einer definierten Position des Gerätetisches, womit eine definierte Übergabeposition realisiert wird, die unabhängig von den Parametern des Schwingungsisolattonssystems und damit der Ar' sltshöhr des Systems ist. Dadurch ist ein derart schwingungsisoliertes Gerät innerhalb automatisierterThe egg according to the invention is particularly advantageous for generating a defined position of the instrument table, whereby a defined transfer position is realized, which is independent of the parameters of the vibration isolaton system and thus of the system arm. As a result, such a vibration-isolated device is within automated

Fertigungslinien betreibbar und z. B. an ein Scheibentransportsystem (handling) anschließbar. Zur Übernahme wird der TischProduction lines operable and z. B. to a pulley transport system (handling) connected. The table will be taken over

mit dem Hubsystem an die Anschläge gefahren, die die definierte Position repräsentieren. Nach der Übernahme wird das Hubsystem gelöst, der Tisch hängt an der. Federpaketen und unterliegt der Schwingungsisolation.moved with the lifting system to the stops that represent the defined position. After the takeover, the lifting system is released, the table hangs on the. Spring packs and is subject to vibration isolation.

Vorteilhafterweise werden in die Federpakt.te beliebige Dämpfungsglieder integriert sein, die aber nicht erfindungswesentlich sind. Das erfindungsgemäße Schwingungsisuiai onssystem zeichnet sich durch seinen einfachen Aufbau aus, ist variabel ausbaubar und damit universell einsetzbar.Advantageously, any damping elements which are not essential to the invention will be integrated in the spring pact. The Schwingungsisuiai onssystem invention is characterized by its simple structure, is variably removable and thus universally applicable.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher erläutert. Fig. 1 zeigt eine Art des erfindungsgemäßen Schwingungsisolationssystems als Teilschnittbild.The invention will be explained in more detail with reference to drawings. Fig. 1 shows a type of the vibration isolation system according to the invention as a partial sectional image.

Fig. 2 zeigt das Schwingungsisolationssystem nach Fig. 1 als Schnittbild.Fig. 2 shows the vibration isolation system of FIG. 1 as a sectional view.

An einem äußeren Rahmengestell 1 sind vier Federpakete 3 befestigt. An den Federpaketen 3 hängt ein inneres Tischsystem 2.On an outer frame 1 four spring assemblies 3 are attached. An inner table system 2 hangs on the spring packs 3.

Jedes Federpaket 3 besteht aus 4 einzelnen gleichen Zugfedern. Die Gesamtsteife in z-Richtung besteht somit aus sechzehn parallelgeschalteten Federn. Das Rahmengestell 1 enthält Anschläge 8 für das Tischsystem, die eine definierte z-Position des Tisches repräsentieren.Each spring package 3 consists of 4 individual identical tension springs. The total stiffness in the z-direction thus consists of sixteen parallel connected springs. The frame 1 includes stops 8 for the table system, which represent a defined z position of the table.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Federpakete 3 über Stellelemente 9 mit dem Tisch verbunden, wodurch eine Variation der Federvorspannung möglich ist.In the illustrated embodiment of the invention, the spring assemblies 3 are connected via adjusting elements 9 with the table, whereby a variation of the spring bias is possible.

Im Rahmengestell 1 ist ein Hubsystem integriert. Das Hubsystem besteht aus einer Antriebseinheit 5 beliebigen physikalischen Wirkprinzips, sowie Hebeln 6, die in z-Richtung geführt werden. Der innere Tisch besitzt Mitnehmer 7. Bei Einleitung einer Kraft auf die gelenkig verbundenen Hebel 6 werden diese gegen die Mitnehmer 7 bewegt und heben den Tisch 2 an, bis an die Anschläge 8. Dabei wird gleichzeitig c^:;e Federaufhängung außer Kraft gesetzt.In frame 1, a lifting system is integrated. The lifting system consists of a drive unit 5 arbitrary physical principle of action, as well as levers 6, which are guided in the z-direction. The inner table has driver 7. When introduction of a force to the articulated lever 6 they are moved against the catches 7 and lift the table 2 until to the stops 8. In this case, the same ^c:; e Spring suspension suspended.

Beim Lösen der Hubkraft bewegt sich das Tischsystem von den Anschlägen 8 und nimint die Position ein, die durch die Aufhängung vorgegeben ist und ist somit im schwingungsisolierten Zustand. Eine Zusatzmasse 4 ist im Tisch in an sich beliebiger Weise integriert.When releasing the lifting force, the table system moves from the stops 8 and nimint the position, which is determined by the suspension and is thus in the vibration-isolated state. An additional mass 4 is integrated in the table in itself any way.

Die Zusatzmasse (4) ist in y- und z-Richtung verschiebbar sowie in ihrer Größe leicht variierbar, so daß sie zur Horizontierung des Tischsystems, zur Abstimmung der Eigenfrequenzen in x-, y- und z-Richtung und zur Verlagerung des Gesamtschwerpunktes des Tischsystems in Richtung des Federungsmittelpunktes verwendbar ist.The additional mass (4) is displaceable in y- and z-direction and slightly variable in size, so that they are used for leveling the table system, for tuning the natural frequencies in the x-, y- and z-direction and for shifting the overall center of gravity of the table system in the direction of the spring center point is usable.

Claims

1. vibration isolation system for a table of a high-precision measuring system, wherein the table is suspended by means of coil springs and attenuators in a frame, characterized in that at the upper inner edge of the open-top frame (1) at least three regularly distributed vertical spring assemblies (3) hang, each consisting of at least two vertically clamped coil springs and that at the lower ends of the spring assemblies (3) the edge of the table (2) is fixed, on the underside of a horizontally displaceable, replaceable additional mass (4) is arranged.

2. Vibration isolation system according to claim f 1, characterized in that the table (2) in the vertical direction in the frame (1) is guided and by means of lifting system (5) against stops (8) on the frame (1) displaceable.