DE102004063296A1

DE102004063296A1 - Positioning device, has set of strain gauges, where each of strain gauges is attached in corresponding hinge mechanism measuring its strain, and amplifier receiving output signal of each strain gauge for amplification

Info

Publication number: DE102004063296A1
Application number: DE200410063296
Authority: DE
Inventors: Yi-Ming Chu; Wei-Han Xindian Wang; Chao-Chi Wu
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2004-12-29
Filing date: 2004-12-29
Publication date: 2006-07-27

Abstract

The device has a stage (40) and a block (41), where a set of hinge mechanisms attaches the block in the stage. An actuator is formed in the block, where the actuator bends for moving the block in one direction. A set of strain gauges is provided, where each strain gauge (50) is attached in a corresponding hinge mechanism to measure its strain. An amplifier receives an output signal of each strain gauge for amplification.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Trägerplatte mit Rückkopplungskontrolle zur feinen Einstellung der Positionierung einer positionierbaren Trägerplatte mit Rückkopplung, wobei die Größe der Verformung von einer Verbindungseinrichtung mittels eines Dehnungsmessers erfaßt ist, das erfaßte Signal zu einer Kontrolleinrichtung rückgeführt und durch Operation in der Kontrolleinrichtung verarbeitet ist, sowie ein Ausgang zur Korrektur der Betätigung des Aktuators geliefert ist. Dadurch sind die Kosten reduziert und die genaue Positionierung ist durch die Verlagerung der Trägerplatte erreichbar.The The present invention relates to a carrier plate with feedback control for fine adjustment of the positioning of a positionable support plate with feedback, the size of the deformation is detected by a connecting device by means of a strain gauge, that seized Signal returned to a control device and by operation in the control device is processed, and an output for correction the operation of the Actuator is delivered. As a result, the costs are reduced and the accurate positioning is due to the displacement of the support plate reachable.

Bei einem konventionellen mechanischen Vorschubsystem sind meistens mechanische Bauteile, wie Gewindespindel, Zahnrad, Riemen, Lager und Gleitschiene verwendet. Bei solchen Bauteilen ist die Positionierungsgenauigkeit wegen der Herstellungstoleranz und des Zusammenbaufehlers begrenzt. Ferner ist die Stabilität der Trägerplatte wegen des Reibungskontaktes zwischen den Bauteilflächen unbefriedigend. Daher kann die Forderung in nm-Größenordnung durch das konventionelle mechanische Vorschubsystem nicht gedeckt werden, da die Genauigkeit des Zusammenbaus und der Herstellung in dieser Größenordnung sehr wichtig ist, und es zusätzlich erforderlich ist, die Reibung mit Schmierung zu reduzieren. Um dieses technische Problem zu lösen, ist für die Verwirklichung des Ultrapräzisionspositionierungssystems ein großer Aufwand erforderlich.at a conventional mechanical feed system are mostly mechanical components, such as threaded spindle, gear, belts, bearings and slide rail used. In such components, the positioning accuracy limited due to manufacturing tolerance and assembly error. Further is the stability the carrier plate unsatisfactory because of the frictional contact between the component surfaces. Therefore, the requirement in nm order by the conventional mechanical feed system can not be covered, as the accuracy of assembly and manufacture on this scale is very important, and in addition it is necessary to reduce friction with lubrication. To this solve technical problem is for the realization of the ultraprecision positioning system a large Effort required.

Um die Probleme bei den bekannten Systemen zu lösen, wird in der Regel eine Flexionseinrichtung gegenwärtig verwendet, wobei eine Trägerplatte mittels einer Flexionseinrichtung mit einem Sockel verbunden und ein piezoelektrischer Aktuator als Antrieb für die Trägerplatte verwendet ist. Durch die Verformung des Körpers von dem Aktuator ist die Genauigkeit der Positionierung erreicht. Ein Paar von Drehelementen, ein Paar von Gleitelementen und ein Paar von Sphärelementen der bekannten Systeme sind dabei durch die Flexionseinrichtung ersetzt worden. Dadurch sind die Nachteile, wie der Zusammenbaufehler der mechanischen Bauteile, die Reibung zwischen den Kontaktflächen der Bauteile, der Haftungsverlust und der Temperaturanstieg und die unbefriedigende Steifigkeit vermieden, und bei der Entwickelung der Miniaturisierung der Trägerplatte können dadurch auch die Schwierigkeiten bei der Herstellung der Miniaturbauteile beseitigt werden.Around to solve the problems in the known systems is usually a Flexion device present used, wherein a carrier plate means a flexion device connected to a socket and a piezoelectric Actuator as drive for the carrier plate is used. By the deformation of the body of the actuator is achieved the accuracy of positioning. A pair of rotary elements, a pair of sliders and a pair of spheres of the known systems thereby replaced by the inflection device. Thereby are the disadvantages, such as the assembly error of the mechanical components, the friction between the contact surfaces of the components, the loss of adhesion and the temperature rise and unsatisfactory stiffness avoided, and in the development of miniaturization of the carrier plate can thereby also the difficulties in the production of miniature components be eliminated.

Obwohl eine solche piezoelektrische Trägerplatte bei der Prüfung und Herstellung von Bauteilen in nm-Größenordnung in einem relativ breiten Umfang ihre Anwendung findet, ist das Verhalten der Positionierung der piezoelektrischen Trägerplatte noch negativ beeinflußt, da der piezoelektrische Aktuator ein entsprechendes nichtlineralen Effekt aufweist, wie das eigentliche Kriechen und die Hysterese (wie durch Betriebskennlinie des piezoelektrischen Aktuators in 1 kenntlich gemacht ist). Dieses nichtlinerale Phänomen muß durch eine entsprechende Rückkopplungskontrolle beseitigt werden. Obwohl eine solche Flexionspositionierungsträgerplatte ein spielfreies Verhalten keinen Zusammenbaufehler aufweist, ist dennoch eine Kreuzstörung in verschiedenen Achsrichtungen vorhanden. Diese Kreuzstörung sollte auch mittels der Rückkopplungskontrolle beseitigt werden.Although such a piezoelectric support plate is used in the examination and manufacture of components in nm order in a relatively wide extent, the behavior of the positioning of the piezoelectric support plate is still adversely affected since the piezoelectric actuator has a corresponding nonlinear effect, as the actual Creep and hysteresis (as indicated by operating characteristic of the piezoelectric actuator in FIG 1 indicated). This nonlinear phenomenon must be eliminated by a suitable feedback control. Although such flexion positioning carrier plate play-free behavior has no assembly error, yet a cross interference in different axial directions is present. This cross-interference should also be eliminated by means of the feedback control.

Aus der US 6,555,829 ist eine positionierbare Trägerplatte mit einer Rückkopplungskontrolle bekannt, bei der eine Flexionsträgerplatte in zwei zueinander verlaufenden Achsrichtungen angetrieben ist. Der verwendete Antrieb ist als zwei piezoelektrische Aktuatoren gestaltet. Die Trägerplatte ist durch Flexionsplattenfeder geführt. Wie in 2 dargestellt, sind die oben genannten zwei piezoelektrischen Aktuatoren mit 10 und 20 bezeichnet. Die Flexionsplattenfedern sind mit 11–14 und 21–24 bezeichnet. Wenn der Aktuator betätigt ist und dadurch die Trägerplatte verlagert ist, wird die Position durch die Positionssensoren 15, 25 gemessen. Das erfaßte Signal wird zu einer Kontrolleinrichtung 30 rückgeführt. Unter der Kontrolle der Kontrolleinrichtung 30 ist der Aktuator 10, 20 betätigt, um die genaue Positionierung zu erreichen. Die Rückkopplungskontrolle nach der US 6,555,829 ist mit Hilfe von einem Positionssensor erreicht. Es ist offensichtlich, daß die Positionierungsgenauigkeit der Trägerplatte direkt durch die Genauigkeit des Positionssensors beeinflußt ist. Gegenwärtig sind normalerweise kapazitive Positionssensor und Laserinterferometer als Positionssensor verwendet. Der Abstand zwischen dem Sensor und dem zu erfassenden Gegenstand beträgt einige Mikrometer bis einige hundert Mikrometer. Ihre Parallelität muß in einem bestimmten Bereich aufrechterhalten sein. Der Zusammenbau muß nach Erfahrungen und mittels Meßgeräte justiert sein. Die Gestaltung der Schaltung ist kompliziert und aufwendig, so daß es schwierig ist, das geschlossene Kontrollsystem der Trägerplatte zu gestalten, und es unmöglich ist, die Kosten wirkungsvoll zu reduzieren.From the US 6,555,829 a positionable carrier plate with a feedback control is known, in which a flexion support plate is driven in two mutually extending axial directions. The drive used is designed as two piezoelectric actuators. The carrier plate is guided by Flexionsplattenfeder. As in 2 are shown, the above two piezoelectric actuators with 10 and 20 designated. The flexion plate springs are with 11 - 14 and 21 - 24 designated. When the actuator is actuated and thereby the carrier plate is displaced, the position is determined by the position sensors 15 . 25 measured. The detected signal becomes a controller 30 recycled. Under the control of the control device 30 is the actuator 10 . 20 pressed to achieve the exact positioning. The feedback control after the US 6,555,829 is achieved with the help of a position sensor. It is obvious that the positioning accuracy of the carrier plate is directly affected by the accuracy of the position sensor. Currently, capacitive position sensors and laser interferometers are normally used as position sensors. The distance between the sensor and the object to be detected is a few micrometers to a few hundred micrometers. Their parallelism must be maintained in a particular area. The assembly must be adjusted according to experience and by means of measuring instruments. The design of the circuit is complicated and expensive, so that it is difficult to design the closed control system of the support plate, and it is impossible to reduce the cost effectively.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Trägerplatte mit Rückkopplungskontrolle zur feinen Einstellung der Positionierung zu schaffen, wobei eine Trägerplatte, die mittels einer Mehrzahl von Verbindungseinrichtungen in Form von Scharnier, die aus Plattenfedern bestehen, verbunden ist. In jeder Achsrichtung der Trägerplatte ist jeweils ein Aktuator, wie ein piezoelektrischer Aktuator angeordnet. An der Verbindungseinrichtung ist ein Dehnungsmesser angeordnet. Wenn der piezoelektrische Aktuator betätigt ist, so daß die Trägerplatte verlagert ist, wird die Trägerplatte gegen die Verbindungseinrichtungen gedrückt, so daß die Verbindungseinrichtung verformt ist. Mittels des Dehnungsmesser ist die Größe der Verformung der Verbindungseinrichtung erfaßbar. Und das erfaßte Signal ist zu einer Kontrolleinrichtung rückgeführt und durch Operation in der Kontrolleinrichtung verarbeitet, wobei die Kontrolle der Betätigung des Aktuators korrigiert ist, so daß die genaue Positionierung der Trägerplatte erreichbar ist. Bei der vorliegenden Erfindung wird das Ausgangssignal des Dehnungsmessers zu einem Bewegungssignal umgewandelt. Dadurch sind die Herstellungskosten wirkungsvoll reduziert und es ist eine entsprechende Rückkopplungskontrolle bei der Durchführung der genauen Positionierung erreichbar.The present invention has for its object to provide a support plate with feedback control for fine adjustment of the positioning, wherein a support plate which is connected by means of a plurality of connecting means in the form of hinge, which consist of plate springs. In each axial direction of the support plate, an actuator, such as a piezoelectric actuator is arranged in each case. At the connecting device is a Strain gauge arranged. When the piezoelectric actuator is actuated so that the carrier plate is displaced, the carrier plate is pressed against the connecting means, so that the connecting means is deformed. By means of the strain gauge, the size of the deformation of the connecting device can be detected. And the detected signal is returned to a control device and processed by operation in the control device, wherein the control of the operation of the actuator is corrected so that the accurate positioning of the carrier plate can be achieved. In the present invention, the output signal of the strain gauge is converted to a motion signal. As a result, the manufacturing costs are effectively reduced and it is a corresponding feedback control in the implementation of accurate positioning achievable.

Der vorliegenden Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Trägerplatte mit Rückkopplungskontrolle zur feinen Einstellung der Positionierung zu schaffen, wobei eine Hauptträgerplatte, die mittels einer Mehrzahl von Verbindungseinrichtungen in Form von Scharnier, die aus Plattenfedern bestehen, verbunden ist. Zwischen der Hauptträgerplatte und einer Nebenträgerplatte ist ein Aktuator in verschiedenen Achsrichtungen angeordnet. Dabei ist das von dem in verschiedenen Achsrichtungen angeordneten Aktuator erfaßte Signal zu einer Kontrolleinrichtung rückgeführt und durch Vergleichoperation in der Kontrolleinrichtung verarbeitet und dann zur Korrektur der Betätigung der einzelnen Aktuatoren verwendet. Da der Aktuator für einzelne Trägerplatten in verschiedenen Achsrichtungen angeordnet ist, ist die Kreuzstörung bei der Bewegung der Trägerplatten in verschiedenen Achsrichtungen reduziert und dadurch wird eine entsprechende Rückkopplungskontrolle bei der genauen Positionierung erreichbar und somit kann auch eine entsprechende Wirkung der Positionierung in verschiedenen Achsrichtungen erreicht werden.Of the The present invention is further based on the object, a carrier plate with feedback control to create fine adjustment of positioning, with a Main stage, by means of a plurality of connecting means in the form of hinge, which consists of plate springs connected. Between the main vehicle plate and a secondary support plate an actuator is arranged in different axial directions. there this is the one of the actuator arranged in different axial directions detected Signal returned to a control device and by comparison operation processed in the control device and then to correct the activity used the individual actuators. As the actuator for individual carrier plates is arranged in different axial directions, the cross-fault is at the movement of the carrier plates is reduced in different axial directions and thereby becomes a appropriate feedback control attainable with the exact positioning and thus can also one corresponding effect of the positioning in different axial directions be achieved.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung, in der Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind, näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt:The Invention will be described below with reference to the drawing, in the embodiments The invention are described in more detail. In the drawing shows:

1 die Betriebskennlinie des piezoelektrischen Aktuators; 1 the operating characteristic of the piezoelectric actuator;

2 Gestaltung nach US 6,555,829 schematisch dargestellt; 2 Design after US 6,555,829 shown schematically;

3 Gestaltung der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt; 3 Design of the present invention shown schematically;

4 Teil A in 3 in Vergrößerungsmaßstab dargestellt; 4 Part A in 3 shown on a magnification scale;

5 Teil B in 3 in Vergrößerungsmaßstab dargestellt; 5 Part B in 3 shown on a magnification scale;

6 Teil C in 3 in Vergrößerungsmaßstab dargestellt; 6 Part C in 3 shown on a magnification scale;

7 Verhältnis zwischen der Verlagerung der Trägerplatte in der ersten Achsrichtung und der Dehnungsgröße dargestellt; 7 Relationship between the displacement of the carrier plate in the first axial direction and the strain size shown;

8 Verhältnis zwischen der Verlagerung der Trägerplatte in der zweiten Achsrichtung und der Dehnungsgröße dargestellt; 8th Relationship between the displacement of the carrier plate in the second axial direction and the strain size shown;

9 Erfindungsgemäße Rückkopplungskontrolle schematisch dargestellt; 9 Inventive feedback control shown schematically;

10 Verlagerung des erfindungsgemäßen Aktuators nach der Rückkopplungskontrolle in Diagramm dargestellt; 10 Displacement of the actuator according to the invention after the feedback control shown in diagram;

11 eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt; 11 another embodiment of the present invention shown schematically;

12 Teil D in 11 in Vergrößerungsmaßstab dargestellt, und 12 Part D in 11 shown on a magnification scale, and

13 Teil E in 11 in Vergrößerungsmaßstab dargestellt. 13 Part E in 11 shown on a magnification scale.

Wie in 3 dargestellt, sind ein Sockel 40 und eine Trägerplatte 41 durch die Bildung einer durchgehenden Nut 42 mittels lineraren mechanischen Schneidens oder Lichtbogenschneidens auf einer Basisplatte geformt, wobei die Trägerplatte 41 in einer freien Öffnung des Sockels 40 angeordnet und an jeder Ecke jeweils durch eine Verbindungseinrichtung 43 mit dem Sockel 40 verbunden ist. Die Verbindungseinrichtung 43 ist als Flexionsscharnier, Paar von Drehelementen, Paar von Gleitelementen oder Paar von Sphärelementen gestaltet. Ein Aktuator 44, 45, mit dem ein Paar von Flexionsscharnieren 441, 451 verbunden ist, ist zwischen dem Sockel 40 und der Trägerplatte 41 in einer ersten Achsrichtung angeordnet. Die Aktuatoren 44, 45 sind als Piezoelement, linerarer Motor oder drehbarer Motor gestaltet. Und in der gegenüberliegenden Seite von den Aktuatoren 44, 45 ist eine andere Verbindungseinrichtung 46 in Form von Scharnier in geeigneter Stelle angeordnet. Die Aktuatoren 47, 48, mit denen die Paare von Scharnieren 471, 481 verbunden sind, sind zwischen dem Sockel 40 und der Trägerplatte 41 in einer zweiten Achsrichtung (beispielsweise in Y Achsrichtung) angeordnet. Die Aktuatoren 47, 48 sind als Piezoelement, linerarer Motor oder drehbarer Motor gestaltet. Und in der gegenüberliegenden Seite von den Aktuatoren 47, 48 ist eine andere Verbindungseinrichtung 49 in Form von Scharnier in geeigneter Stelle angeordnet. Wie in 4 dargestellt, ist die Verbindungseinrichtung 43 in Form von Scharnier als Scharnier gestaltet, der aus doppel-L-förmige Plattenfeder gebildet und an jeder Ecke der Trägerplatte 41 angeordnet ist. Wie in 3 und 5 dargestellt, ist die in der gegenüberliegenden Seite von den Aktuatoren 44, 45 angeordnete Verbindungseinrichtung 46 als Flexionsscharnier gestaltet, der durch eine weitere Gestaltung aus doppel-L-förmiger Plattenfeder 461 gebildet ist. Wenn der Aktuator 44, 45 betätigt ist, ist die Trägerplatte 41 innerhalb des Sockels in einer ersten Achsrichtung verlagert und drückt gegen die Verbindungseinrichtung 46, so daß die Plattenfeder 461 verformt ist. Bei der vorliegenden Erfindung ist ein Dehnungsmesser 50, beispielsweise ein von der Dehnung abhängiger Widerstand, auf einer Seite der Plattenfeder 461 angeordnet, um die Größe der Verformung der Plattenfeder 461 zu erfassen. Wie in 3 und 6 dargestellt, ist ebenfalls die in der gegenüberliegenden Seite von den Aktuatoren 47, 48 angeordnete Verbindungseinrichtung 49 auch als Flexionsscharnier gestaltet, der durch eine weitere Gestaltung aus doppel-L-förmiger Plattenfeder 491 gebildet ist. Wenn der Aktuator 47, 48 betätigt ist, ist die Trägerplatte 41 innerhalb des Sockels in einer zweiten Achsrichtung verlagert und drückt gegen die Verbindungseinrichtung 49, so daß die Plattenfeder 491 verformt ist. Bei der vorliegenden Erfindung ist ein Dehnungsmesser 51 auf einer Seite der Plattenfeder 491 angeordnet, um die Größe der Verformung der Plattenfeder 491 zu erfassen.As in 3 shown are a pedestal 40 and a carrier plate 41 through the formation of a continuous groove 42 formed by linear mechanical cutting or arc cutting on a base plate, wherein the support plate 41 in a free opening of the base 40 arranged and at each corner by a connecting device 43 with the pedestal 40 connected is. The connection device 43 is designed as a flexion hinge, a pair of rotary elements, a pair of sliding elements or a pair of spherical elements. An actuator 44 . 45 with which a pair of flexion hinges 441 . 451 is connected between the pedestal 40 and the carrier plate 41 arranged in a first axial direction. The actuators 44 . 45 are designed as a piezo element, linear motor or rotatable motor. And in the opposite side of the actuators 44 . 45 is another connection device 46 arranged in the form of hinge in a suitable location. The actuators 47 . 48 with which the pairs of hinges 471 . 481 are connected between the pedestal 40 and the carrier plate 41 arranged in a second axial direction (for example in the Y axis direction). The actuators 47 . 48 are designed as a piezo element, linear motor or rotatable motor. And in the opposite side of the actuators 47 . 48 is another connection device 49 in the form of hinge in appropriate Place arranged. As in 4 is shown, the connecting device 43 designed in the form of hinge as a hinge, formed from double-L-shaped plate spring and at each corner of the support plate 41 is arranged. As in 3 and 5 is shown in the opposite side of the actuators 44 . 45 arranged connection device 46 designed as a flexion hinge, by another design of double-L-shaped plate spring 461 is formed. If the actuator 44 . 45 is actuated, is the support plate 41 displaced within the socket in a first axial direction and presses against the connecting device 46 so that the plate spring 461 is deformed. In the present invention is a strain gauge 50 , For example, a strain-dependent resistance, on one side of the plate spring 461 arranged to the size of the deformation of the plate spring 461 capture. As in 3 and 6 is also shown in the opposite side of the actuators 47 . 48 arranged connection device 49 Also designed as flexion hinge, by another design of double-L-shaped plate spring 491 is formed. If the actuator 47 . 48 is actuated, is the support plate 41 displaced within the socket in a second axial direction and presses against the connecting device 49 so that the plate spring 491 is deformed. In the present invention is a strain gauge 51 on one side of the plate spring 491 arranged to the size of the deformation of the plate spring 491 capture.

Der Dehnungsmesser findet schon bei vielen Testen und Messungen seine Anwendung, wobei er in der Lage ist, das physikalische Phänomen der Dehnung eines Festkörpers zu messen. Dabei kann ein Dehnungsmesser, der an den zu messenden Gegenstand geklebt ist, die Dehnung erfassen. Wenn eine Dehnung bei dem zu messenden Gegenstand auftritt, ist die Größe der Dehnung von dem Dehnungsmesser erfaßbar, so daß das elektrische Verhalten des Dehnungsmessers verändert ist. In 7 ist entsprechendes Verhältnis zwischen der Verlagerung der Trägerplatte in der ersten Achsrichtung und dem Ausgangssignal des Dehnungsmessers dargestellt, wobei ein Dehnungsmesser auf einer Seite der Plattenfeder in der ersten Achsrichtung angeordnet ist. In 8 ist entsprechendes Verhältnis zwischen der Verlagerung der Trägerplatte in der zweiten Achsrichtung (Y Achsrichtung) und dem Ausgangssignal des Dehnungsmessers dargestellt, wobei ein Dehnungsmesser auf einer Seite der Plattenfeder in der zweiten Achsrichtung angeordnet ist. Daher entspricht das Ausgangssignal des Dehnungsmessers dem Zustand dem Verlagerungszustand der Trägerplatte.The strain gauge is already used in many tests and measurements, being able to measure the physical phenomenon of strain of a solid. In this case, a strain gauge, which is glued to the object to be measured, detect the strain. When an elongation occurs in the object to be measured, the amount of elongation of the strain gauge is detectable, so that the electrical behavior of the strain gauge is changed. In 7 is the corresponding relationship between the displacement of the support plate in the first axial direction and the output signal of the strain gauge, wherein a strain gauge is disposed on one side of the plate spring in the first axial direction. In 8th is the corresponding relationship between the displacement of the support plate in the second axial direction (Y axis direction) and the output signal of the strain gauge, wherein a strain gauge is arranged on one side of the plate spring in the second axial direction. Therefore, the output signal of the strain gauge corresponds to the state of the displacement state of the carrier plate.

Wie in 5, 6 und 9 dargestellt, ist bei der vorliegenden Erfindung die Veränderung des Spannungssignals des Dehnungsmessers 50, 51 mittels einer Wheatstonebrücke verstärkt, ist das Signal dann zu einer Kontrolleinrichtung 52 rückgeführt und durch die Operation in der Kontrolleinrichtung 52 verarbeitet, und ist zum Schluß ein Kontrollsignal zur Kontrolle eines Antriebes erzeugt, um das Betätigungssignal des Aktuators zu korrigieren, so daß die genaue Positionierung bei der Verlagerung der Trägerplatte erreichbar ist. Bei der Anfangsphase zur Justitierung wird zuerst ein Vergleich zwischen dem Ausgangsignal eines hoch präzisen Laserinferometers und dem Ausgangssignal eines Dehnungsmessers durchgeführt. Und nach dem Ergebnis des Vergleiches wird eine Umwandlungsweise berechnet. Beim praktischen Betrieb der Trägerplatte ist es nicht mehr nötig, das kostspielige Laserinferometers als Positionssensor zu verwenden. Dabei ist das Ausgangssignal des Dehnungsmessers zum Bewegungssignal umgewandelt, wobei eine hohe Genauigkeit erreichbar ist und dadurch die technische Wirkung der genauen Rückkopplungskontrolle verwirklicht ist.As in 5 . 6 and 9 is shown in the present invention, the change of the voltage signal of the strain gauge 50 . 51 amplified by means of a Wheatstone bridge, the signal is then to a control device 52 returned and through the operation in the control device 52 processed, and is finally a control signal for controlling a drive generated to correct the actuating signal of the actuator, so that the exact positioning in the displacement of the support plate is reached. In the initial phase for alignment, a comparison is first made between the output of a high precision laser interferometer and the output of a strain gauge. And after the result of the comparison, a conversion method is calculated. In practical operation of the carrier plate, it is no longer necessary to use the expensive laser interferometer as a position sensor. In this case, the output signal of the strain gauge is converted to the motion signal, wherein a high accuracy can be achieved and thereby the technical effect of the accurate feedback control is realized.

Wie in 10 dargestellt, ist bei der vorliegenden Erfindung das Ausgangssignal des Dehnungsmessers als Signal zur Kontrolle der Verlagerung der Trägerplatte verwendet, wobei das Ausgangssignal durch Operation in der Kontrolleinrichtung verarbeitet und ein Signal zur Betätigung des Aktuators durch Korrektur erzeugt ist, um die die Trägerplatte zu verlagern, wobei eine gute Lineralität erreichbar ist, und die Trägerplatte in Position aufrechterhalten ist, nachdem die Trägerplatte bei der Positionierung verlagert worden ist, und die gute Positionierung dadurch erreichbar ist.As in 10 In the present invention, the output signal of the strain gauge is used as a signal for controlling the displacement of the carrier plate, the output signal being processed by operation in the controller, and a signal for actuating the actuator being generated by correction to displace the carrier plate good linearity is achievable, and the carrier plate is maintained in position after the carrier plate has been displaced during positioning, and the good positioning is thereby achievable.

Um die Kreuzstörung in verschiedenen Achsrichtungen zu reduzieren, ist eine Hauptträgerplatte 61 an einem Sockel 60 angeordnet, wie in 11 dargestellt, wobei die Hauptträgerplatte 61 an jeder Ecke jeweils mittels einer Verbindungseinrichtung 62 in Form von Scharnier mit dem Sockel 60 verbunden ist. Dabei muß mindestens eine von den Verbindungseinrichtungen 62 als Flexionsscharnier gestaltet sein, während die übrigen Verbindungseinrichtungen als Paar von Drehelementen, Paar von Gleitelementen oder Paar von Sphärelementen gestaltet sind. Eine Nebenträgerplatte 64 ist innerhalb der Hauptträgerplatte 61 angeordnet, wobei die Nebenträgerplatte 64 an jeder Ecke jeweils mittels einer Verbindungseinrichtung 65 in Form von Scharnier mit der Hauptträgerplatte 61 verbunden ist. Dabei muß mindestens eine von den Verbindungseinrichtungen 65 als Flexionsscharnier gestaltet sein, während die übrigen Verbindungseinrichtung als Paar von Drehelementen, Paar von Gleitelementen oder Paar von Sphärelementen gestaltet sind. Ein Aktuator 66 ist zwischen der Hauptträgerplatte 61 und der Nebenträgerplatte 64 in einer zweiten Achsrichtung angeordnet. Wie in 12 dargestellt, ist die Verbindungseinrichtung 62 in Form von Scharnier mindesten an einer Ecke der Hauptträgerplatte als Flexionsscharnier gestaltet, der aus Z-förmiger Plattenfeder 621 gebildet ist. Auf einer Seite der Plattenfeder 621 ist ein Dehnungsmesser 67 angeordnet, um die Größe der Verformung der Plattenfeder 621 zu erfassen. Wie in 13 dargestellt, ist ebenfalls die Verbindungseinrichtung 65 in Form von Scharnier mindesten an einer Ecke der Nebenträgerplatte 64 als Flexionsscharnier gestaltet, der aus Z-förmiger Plattenfeder 651 gebildet ist. Auf einer Seite der Plattenfeder 651 ist ein Dehnungsmesser 68 angeordnet, um die Größe der Verformung der Plattenfeder 651 zu erfassen.To reduce the cross interference in different axial directions is a main carrier plate 61 on a pedestal 60 arranged as in 11 shown, wherein the main carrier plate 61 at each corner by means of a connecting device 62 in the form of a hinge with the socket 60 connected is. In this case, at least one of the connecting devices 62 be designed as a flexion hinge, while the remaining connection means are designed as a pair of rotary elements, a pair of sliding elements or a pair of Sphärelementen. A secondary support plate 64 is inside the main vehicle plate 61 arranged, wherein the secondary support plate 64 at each corner by means of a connecting device 65 in the form of a hinge with the main support plate 61 connected is. In this case, at least one of the connecting devices 65 be designed as flexion hinge, while the remaining connection means are designed as a pair of rotary elements, a pair of sliding elements or a pair of Sphärelementen. An actuator 66 is between the main carrier plate 61 and the secondary support plate 64 arranged in a second axial direction. As in 12 is shown, the connecting device 62 in the form of a hinge at least to ei ner corner of the main support plate designed as flexion hinge, the Z-shaped plate spring 621 is formed. On one side of the plate spring 621 is a strain gauge 67 arranged to the size of the deformation of the plate spring 621 capture. As in 13 is also the connecting device 65 in the form of a hinge at least at one corner of the secondary support plate 64 designed as flexion hinge, the Z-shaped plate spring 651 is formed. On one side of the plate spring 651 is a strain gauge 68 arranged to the size of the deformation of the plate spring 651 capture.

Wie in 11, 12 und 13 dargestellt, führt die Hauptträgerplatte 61 die Nebenträgerplatte 64 in der ersten Achsrichtung mit und gegen die Verbindungseinrichtung 62 drückt, so daß die Plattenfeder 621 verformt ist, wenn sich der Aktuator 63 in der ersten Achsrichtung betätigt ist. Das Spannungssignal des Dehnungsmessers 67 ist zu einer Kontrolleinrichtung rückgeführt und durch Operation in der Kontrolleinrichtung verarbeitet, wobei ein Kontrollsignal zur Korrektur des Betätigung des Aktuators 63 erzeugt ist, so daß die genaue Positionierung der Hauptträgerplatte 61 bei der Verlagerung in der ersten Achsrichtung erreichbar ist. Gleichfalls, wenn der Aktuator 66 in der zweiten Achsrichtung betätigt ist, ist im wesentlichen die Nebenträgerplatte 64 in der zweiten Achsrichtung verlagert und drückt gegen die Verbindungseinrichtung 65, so daß die Plattenfeder 651 verformt ist. Das Spannungssignal des Dehnungsmessers 68 ist zur Kontrolleinrichtung rückgeführt und durch Operation in der Kontrolleinrichtung verarbeitet, wobei ein Kontrollsignal zur Korrektur des Betätigungssignals des Aktuators 66 erzeugt ist, so daß die genaue Positionierung der Nebenträgerplatte 64 bei der Verlagerung in der zweiten Achsrichtung erreichbar ist. Durch solche Überlagerungsgestaltung von der Hauptträgerplatte und der Nebenträgerplatte ist die Kreuzstörung in verschiedenen Achsrichtungen reduziert. Außerdem ist durch solche Überlagerungsgestaltung nicht nur Gestaltung mit zwei Trägerplatten, als auch Gestaltung mit mehr als zwei Trägerplatten erreichbar. Zusätzlich kann der Aktuator in mehr Achsrichtungen angeordnet werden, um die Trägerplatte in mehr Achsrichtungen. Gleichfalls kann auch die genaue Positionierung durch Rückkopplungskontrolle erreicht werden.As in 11 . 12 and 13 shown, performs the main carrier plate 61 the secondary support plate 64 in the first axial direction with and against the connecting device 62 pushes, so that the plate spring 621 is deformed when the actuator 63 is operated in the first axial direction. The voltage signal of the strain gauge 67 is returned to a control device and processed by operation in the control device, wherein a control signal for correcting the actuation of the actuator 63 is generated, so that the exact positioning of the main carrier plate 61 can be reached during the displacement in the first axial direction. Likewise, if the actuator 66 is operated in the second axial direction, is substantially the secondary support plate 64 displaced in the second axial direction and presses against the connecting device 65 so that the plate spring 651 is deformed. The voltage signal of the strain gauge 68 is returned to the control device and processed by operation in the control device, wherein a control signal for correcting the actuating signal of the actuator 66 is generated, so that the exact positioning of the secondary support plate 64 can be reached during the displacement in the second axis direction. By such overlay design of the main carrier plate and the sub-carrier plate, the cross-interference is reduced in different axial directions. In addition, not only design with two carrier plates, as well as design with more than two carrier plates can be achieved by such overlay design. In addition, the actuator can be arranged in more axial directions to the carrier plate in more axial directions. Likewise, the exact positioning can be achieved by feedback control.

Teil der Stand der Technik

10: piezoelektrischer Aktuator
11: Flexionsplattenfeder
12: Flexionsplattenfeder
13: Flexionsplattenfeder
14: Flexionsplattenfeder
15: Positionssensor
20: piezoelektrischer Aktuator
21: Flexionsplattenfeder
22: Flexionsplattenfeder
23: Flexionsplattenfeder
24: Flexionsplattenfeder
25: Positionssensor
30: Kontrolleinrichtung

Part of the state of the art

10: piezoelectric actuator
11: Flexionsplattenfeder
12: Flexionsplattenfeder
13: Flexionsplattenfeder
14: Flexionsplattenfeder
15: position sensor
20: piezoelectric actuator
21: Flexionsplattenfeder
22: Flexionsplattenfeder
23: Flexionsplattenfeder
24: Flexionsplattenfeder
25: position sensor
30: control device

Teil der vorliegenden Erfindung

40: Sockel
41: Trägerplatte
42: Nut
43: Verbindungseinrichtung
431: Plattenfeder
44: Aktuator
441: Paar von Flexionsscharnieren
45: Aktuator
451: Paar von Flexionsscharnieren
46: Verbindungseinrichtung
461: Pattenfeder
47: Aktuator
471: Paar von Flexionsscharnieren
48: Aktuator
481: Paar von Flexionsscharnieren
49: Verbindungseinrichtung
491: Plattenfeder
50: Dehnungsmesser
51: Dehnungsmesser
52: Kontrolleinrichtung
60: Sockel
61: Hauptträgerplatte
62: Verbindungseinrichtung
621: Plattenfeder
63: Aktuator
64: Nebenträgerplatte
65: Verbindungseinrichtung
651: Plattenfeder
66: Aktuator
67: Dehnungsmesser
68: Dehnungsmesser

Part of the present invention

40: base
41: support plate
42: groove
43: connecting device
431: diaphragm
44: actuator
441: Pair of flexion hinges
45: actuator
451: Pair of flexion hinges
46: connecting device
461: Patt spring
47: actuator
471: Pair of flexion hinges
48: actuator
481: Pair of flexion hinges
49: connecting device
491: diaphragm
50: extensometer
51: extensometer
52: control device
60: base
61: Main stage
62: connecting device
621: diaphragm
63: actuator
64: In addition to the support plate
65: connecting device
651: diaphragm
66: actuator
67: extensometer
68: extensometer

Claims

A carrier plate with feedback control to fine positioning adjustment, with: a pedestal, at least a carrier plate, which is arranged on the base, a plurality of connecting devices, the with the carrier plate are connected, at least one actuator, with the support plate in such a way connected is that the support plate shifted in the axial direction, a strain gauge, the the connecting device is arranged to the size of the deformation to capture the connection device.

A carrier plate with feedback control for fine adjustment of positioning according to claim 1, wherein an output signal of the strain gauge supplied to a controller and processed by the operation in the controller, and an output of the controller is supplied as a control signal to the actuator to correct an actuating signal of the actuator.

support plate with feedback control for fine positioning adjustment according to claim 1, wherein said support plate designed as a movable carrier plate in many directions.

support plate with feedback control for fine positioning adjustment according to claim 1, wherein said support plate a group of overlayable arranged carrier plates is designed, each of which in each case in a single axial direction or is displaceable in many axial directions.

support plate with feedback control for fine positioning adjustment according to claim 1, wherein at least one connecting device as Flexionsverbindungsmechanismus is designed while the remaining Connecting devices as flexion mechanism, pair of rotary elements, Pair of sliding elements or pair of spheres are designed can.

support plate with feedback control for fine positioning adjustment according to claim 5, wherein the flexion connection mechanism as flexion connection mechanism is designed from plate spring.

support plate with feedback control for fine positioning adjustment according to claim 1, wherein the actuator as piezo element, linear motor or rotatable motor is designed.

support plate with feedback control for fine positioning adjustment according to claim 7, wherein the piezoelectric actuator in the form of a pair of flexion hinges for connection to the carrier plate is designed.

support plate with feedback control for fine positioning adjustment according to claim 1, wherein the actuator of the displacement direction of the support plate in a corresponding Axial direction or arranged displaceable in more than one axis directions is.

support plate with feedback control for fine positioning adjustment according to claim 1, wherein the strain gauge on the connecting device on the opposite Side of the actuator is arranged.