DD281031A1

DD281031A1 - DEVICE FOR FINE POSITIONING OF MACHINE PARTS

Info

Publication number: DD281031A1
Application number: DD32720089A
Authority: DD
Inventors: Reiner Hofmann; Andreas Fischer; Ulrich Wenger; Hans-Dieter Krebs; Joachim Herrmann
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1989-04-03
Filing date: 1989-04-03
Publication date: 1990-07-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stelleinrichtung zur Feinpositionierung von Maschinenteilen, beispielsweise zur Feinjustierung von Werkzeugtraegern an Praezisionsbearbeitungsmaschinen. Erfindungsgemaess wird bei der aus einem Hebelsystem mit Dehnungskoerpern bestehenden Stelleinrichtung die Unter- bzw. Uebersetzung einer Positionierbewegung durch eine Anordnung von drei parallel zueinander angeordneten sowie miteinander und einem Gestell verbundenen Stegen realisiert. Die Verbindungen zwischen den Stegen sowie zwischen den aeusseren Stegen und dem Gestell sind als Drehgelenke querschnittsdezimiert ausgebildet. Entsprechend der Ausbildung der Stege sowie der Anordnung zu einem mit einer Stelleinheit verbundenen Uebertragungselement kann die Unter- bzw. Uebersetzung variiert werden. Die erfindungsgemaesse Stelleinrichtung kann in den Bereichen der feinmechanisch-optischen Industrie bei hochgenauen spielfreien Positionierungen eingesetzt werden. FigurThe invention relates to an adjusting device for fine positioning of machine parts, for example, for fine adjustment of Werkzeugtraegern to precision machining. According to the invention, in the case of the adjusting device consisting of a lever system with expansion elements, the translation or translation of a positioning movement is realized by an arrangement of three webs arranged parallel to one another and connected to one another and to a frame. The connections between the webs as well as between the outer webs and the frame are formed as Drehgelenke querschnittsdezimiert. According to the design of the webs as well as the arrangement to a transmission element connected to a control unit, the sub- or translation can be varied. The adjusting device according to the invention can be used in the areas of the precision-mechanical-optical industry with high-accuracy backlash-free positioning. figure

Description

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Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Stelleinrichtung zur Feinpositionierung von Maschinenteilen, beispielsweise zur Feinjustierung von Werkzeugträgern an Präzisionsbearboitungsmaschinen.The invention relates to an adjusting device for fine positioning of machine parts, for example for fine adjustment of tool carriers on Präzisionsbearboitungsmaschinen.

Sie ist anwendbar in den Bereichen der feinmechanisch-optischen Industrie.It is applicable in the fields of fine mechanical-optical industry.

Characteristic of the known state of the art

Zur Ausführung kleinster Stellbewegungen finden häufig Schrauben mit Feingewinde bzw. Spindeln Verwendung, die jedoch den Nachteil der Richtungsumkehr besitzen. In DE-OS 3514628 wird eine Stelleinrichtung zur Feinjustierung unter Ausnutzung der Werkstoffeigenschaften (Hocksches Gesetz) in Verbindung mit an sich bekannten Stellelementen beschrieben. Dabei wirkt ein biegeelastisches, zugstarres Element, in Form einer einseitig eingespannten Plattfeder, als bewegungsuntersetzendes Getriebe. Diese Lösung besitzt durch Materialermüdung, Veränderungen im Spannungs-Dehnungs-Diagramm sowie Gefügefehler ihre Grenzen und ist auf Grund ihrer geomotrischen Abmessungen nur spezifisch anwendbar. In DD-WP119141, DE-OS 2455068 sowie DE-OS 2430196 werden verschiedenartige piezoelektrische Bimorphelemente aufgezeigt. Dabei handelt es sich um auf eine Metallfolie aufgeklebte Met !!schwinger, die funktionsmäßig den Bimetallbiegeelementen entsprechen. Der Nachteil besteht in der mechanisch geringen, aus der Geometrie resultierenden Belastbarkeit und damit einer Begrenzung der Stel'kräfte. Längsschwinger in Form dünner Platten oder Stäbe sind Gegenstand der Veröffentlichungen von DD WP 144210, DD-WP 200956 und DE 2733924. Entsprechend den bereits aufgeführten Lösungen sind auch hier mechanische Instabilitäten bei großen Stellkräften zu verzeichnen.Screws with fine thread or spindles are often used to carry out the smallest adjustment movements, but they have the disadvantage of reversing the direction. In DE-OS 3514628 an adjusting device for fine adjustment by utilizing the material properties (Hocksches law) is described in conjunction with known actuators. A flexurally elastic, tension-resistant element, in the form of a flat spring clamped on one side, acts as a movement-reducing gear. This solution has its limits due to material fatigue, changes in the stress-strain diagram and microstructural errors and is only specifically applicable due to their geomotrischen dimensions. In DD-WP119141, DE-OS 2455068 and DE-OS 2430196 various types of piezoelectric bimorph elements are shown. These are metal vibrators glued to a metal foil, which functionally correspond to the bimetal bending elements. The disadvantage is the mechanically low, resulting from the geometry load capacity and thus a limitation of Stel'kräfte. Longitudinal oscillators in the form of thin plates or rods are the subject of the publications of DD WP 144210, DD-WP 200956 and DE 2733924. According to the solutions already mentioned, mechanical instabilities are also observed here with large actuating forces.

Eine Alternative stellen Dickenschwinger, wie sie beispielsweise in DE 2545743 aufgezeigt werden, dar. Bedingt durch den gegenüber dan Längsschwingern wesentlich geringeren Wirkungsgrad ist eine Reihenschaltung dieser Dehnungskörper notwendig. Eine derartige Reihenschaltung ist sehr plalzaufwer.dig und somit nicht beliebig erweiterbar. Weiterhin verhält sich die Anzahl der damit verbundenen Koppelstellen indirekt proportional zur Steifigkeit dGS Systems. Dieser Umstand führt zu einer negativen Beeinflussung des Stellweges.An alternative are thickness vibrators, as shown for example in DE 2545743, represents. Due to the opposite dan longitudinal oscillators much lower efficiency, a series connection of these expansion body is necessary. Such a series circuit is very plalzaufwer.dig and thus not expandable. Furthermore, the number of coupling points associated with it is indirectly proportional to the stiffness of the dGS system. This circumstance leads to a negative influence on the travel.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, neben der Senkung den fertigungstechnischen Aufwandes die Positioniergenauigkeit von Maschinenteilen bei Erhöhung der Lebensdauer und Verbesserung der Temperaturstabilität zu erhöhen.The aim of the invention is, in addition to reducing the production cost, the positioning accuracy of machine parts to increase the life and improve the temperature stability.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stelleinrichtung zur Feinjustierung von Maschinenteilen zu entwickeln, die eine 3pielfreie verschleißarme Stellbewegung im Mikrometerbereich zur Positionierung eines gegenüber eines ersten Maschinenteiles beweglichen zweiten Maschinenteiles realisiert.The invention has for its object to develop a control device for fine adjustment of machine parts, which realizes a 3pielfreie low-wear adjusting movement in the micrometer range for positioning a relative to a first machine part movable second machine part.

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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Stelleinrichtung zur Feinpositionierung von Maschinenteilen, bestehend aus einem Hebelsystem und mechanisch und/oder elektrisch steuerbaren, zur Erzeugung einer Stellbewegung dienenden Dehnungskörpern, dadurch gelöst, daß das Hebelsystem aus drei mit jeweils zwei Armen versehenen Stegen, die parallel übereinander in einem Gestell angeordnet sind, besteht, wobei die beiden äußeren Stege mit dem Gestell verbunden sind, der mittlere Steg am ersten Arm des ersten äußeren Steges befestigt ist, der erste Arm des ersten äußeren Steges mit einem vorgespannten Übertragungselement, welches mit einer Stalleinheit in Verbindung steht, kontaktiert ist, der zweite Arm des ersten äußeren Steges über einen Übertragungsstog mit dem zweiten äußeren gestellfesten Steg in Verbindung steht, der zweite Arm des zweiten äußeren Steges mit dem zweiten Arm des mittleren Steges verbunden ist, zwischen dem ersten Arm des mittleren Steges und dem Gestell sowie konzentrisch zum Übertragungselement Dehnungskörper angeordnet sind und die Verbindungen zwischen den Stegen und den äußeren Stegen und dem Gestell als Drehgelenke querschnittsdezimiert ausgebildet sind.According to the invention this object is achieved by an adjusting device for fine positioning of machine parts, consisting of a lever system and mechanically and / or electrically controllable, for generating an actuating movement serving expansion bodies, characterized in that the lever system of three provided with two arms webs, which are parallel to each other in a frame are arranged, wherein the two outer webs are connected to the frame, the middle web is attached to the first arm of the first outer web, the first arm of the first outer web with a prestressed transmission element, which communicates with a housing unit , is contacted, the second arm of the first outer web via a Übertragungsstog with the second outer frame fixed ridge in communication, the second arm of the second outer ridge is connected to the second arm of the central ridge, between the first arm of the central ridge and the G estell as well as concentric to the transmission element expansion body are arranged and the connections between the webs and the outer webs and the frame are designed as a cross-sectional decentralized.

Vorteilhafterweise bestehen die Dehnungskörper aus einem Paket elektrisch parallel und mechanisch in Reihe geschalteter piezoelektrischer Dickenschwinger. Dadurch besteht die Möglichkeit einer c/ekten, digitalen Ansteuerung. Durch Variation der Steglängen läßt sich eine definierte Über- bzw. Untersetzung der Feinpositionierung realisieren, so daß damit auch der Einsatz mechanischer Stellelemente möglich wird.Advantageously, the expansion bodies consist of a packet of electrically parallel and mechanically connected in series piezoelectric thickness oscillator. This gives the possibility of c / ekten, digital control. By varying the web lengths, a defined over- or reduction of the fine positioning can be realized, so that thus the use of mechanical control elements is possible.

In vorteilhafter Ausgestaltung können die Stege aus polarisierbarem Kunststoff gefeitigt werden, wobei die Vorzugs, iuhtung der Polarisation senkrecht zu don Stegen des Hebelsystems zu legen ist. Dies ermöglicht je nach Anwendungsfall eine Einsparung der gestellfesten Dehnungskörper sowie eine weitere Unter- bzw. Übersetzung.In an advantageous embodiment, the webs of polarizable plastic can be gefeitigt, with the preference, iuhtung the polarization is to lay perpendicular to don webs of the lever system. This allows depending on the application, a saving of the frame-fixed expansion body and a further under or translation.

Die erfindungsgemäße Stelleinrichtung ermöglicht auf Grund der Steganordnung eine hochgenaue Positionierung über relativ große Stellwege, das heißt, sowohl im Mikrometer- als auch im Millimeterbereich. Der fertigungstechnische Aufwand ist sehr gering, da keine Präzisionsteile eingesetzt werden. Weiterhin ist die Stelleinrichtung mechanisch robust und unempfindlich gegen Verschmutzungen. Sie unterliegt praktisch keinem Verschleiß und zeichnet sich damit durch eine hohe Lebensdauer aus. Infolge der Möglichkeit diskreter Stellbewegungen sind Feinpositionierungen mit verhältnismäßig geringem schaltungstechnischen Aufwand möglich. Bedingt durch die spielfreie Positionierung sowie eine hohe Temperaturbeständigkeit ist die Einsatzmöglichkeit der Stelleinrichtung sehr vielseitig.The adjusting device according to the invention allows due to the web arrangement a highly accurate positioning over relatively large travel ranges, that is, both in the micrometer and in the millimeter range. The manufacturing effort is very low because no precision parts are used. Furthermore, the adjusting device is mechanically robust and insensitive to contamination. It is subject to virtually no wear and is characterized by a long service life. As a result of the possibility of discrete adjusting movements fine positioning with relatively little circuit complexity are possible. Due to the play-free positioning and a high temperature resistance, the possibility of using the adjusting device is very versatile.

embodiment In a following Jen embodiment, the adjusting device according to the invention will be explained in more detail. The associated figure shows the adjusting device with a arranged in a frame-shaped frame 1 lever system,

bestehend aus drei parallel übereinander angeordneten Stegen (a, b, c), die auf Grund ihrer Verbindung zueinander sowie zumconsisting of three parallel superposed webs (a, b, c), due to their connection to each other and to

Frame 1 are each characterized by two arms (2,3,4,5,6,7). On the first arm 2 of the frame fixedly arranged web a is the web b. The arm 2 of the web a is over a

vorgespanntos Übertragungselement 8 mit einem nicht dargestellten Stellelement verbunden. Weiterhin ist über einenbiased transmission element 8 is connected to an actuating element, not shown. Furthermore, over one

Transfer web 9 of the arm 3 of the web a with the arm β of the web c, which is arranged steeper fixed connected. The Arm 7 of the web c stands with the arm 5 of the web b in combination. Between the arm 4 of the web b and the frame

1 sowie konzentrisch zum Übertragungselement 8 sind Dehnungskörper 10 und 11 angeordnet.1 and concentric to the transmission element 8 expansion body 10 and 11 are arranged.

The connections between the webs a, b and c and between the web a and the frame 1 and the web c and the Frame 1 was realized by querschnittdeimimierende cutouts, resulting in a play-free execution as a result

entstandener Federdrehgelenke führt. Die Dehnungskörper 10 und 11 bestehen aus piezoelektrischem Material, wobei derresulting spring pivots leads. The expansion body 10 and 11 are made of piezoelectric material, wherein the

Elongated body 10 is formed as a package. The package consists of not shown thickness oscillators in Disc shape, between which electrically conductive films, which serve the voltage supply lie. The expansion body 11

dient als Klemmung der Stelleinrichtung nach Erreichen der Zielposition beim Auftreten großer Rückstellkräfte.serves as a clamping of the adjusting device after reaching the target position when large restoring forces occur.

^'R, despite a relatively low E .elübersetzungAuntersetzung is determined by the design and connecting of the webs a, b and c

eine für viele Anwendungsfälle geeignete GesamtübersetzungAuntersetzung erreicht.a total translation reduction suitable for many applications.

Claims

1. adjusting device for fine positioning of machine parts, consisting of a lever sprocket, and mechanically and / or electrically controllable, for generating an actuating movement serving expansion bodies, characterized in that the lever system of three with two arms (2,3,4,5,6 , 7) provided webs (a, b, c), which are arranged in parallel one above the other in a frame (1), wherein the two outer webs (a, c) are connected to the frame (1), the middle web ( b) is fixed to the first arm (2) of the first outer web (a), the first arm (2) of the first outer web (a) is in contact with a prestressed transmission element (8) which is in communication with an actuating unit, the second arm (3) of the first outer web (a) communicates with the second outer web fixed to the web (c) via a transfer web (9), the second arm (7) of the second outer web (c) communicates with the second arm ( 5) of the central web (b) connected is, between the first arm (4) of the central web (b) and the Gesiell (1) and concentric with the transmission element (8) expansion body (10,11) are arranged and the connections between the webs (a, b, c) and the outer webs (a, c) and the frame (1) are designed as a cross-sectional decimated pivot joints.

2. adjusting device for fine positioning of machine parts according to claim 1, characterized in that the expansion body (10,11) consist of a packet electrically parallel and mechanically connected in series piezoelectric thickness oscillator.

3. adjusting device for fine positioning of machine parts according to claim 1, characterized in that the webs (a, b, c) consist of polarized plastic with perpendicular to the webs (a, b, c) oriented polarization direction.