DE1254422B

DE1254422B - Vorrichtung zur Feineinstellung eines senkrecht beweglichen Koerpers

Info

Publication number: DE1254422B
Application number: DES90895A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Frindel
Original assignee: Alcatel SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1963-05-04
Filing date: 1964-04-30
Publication date: 1967-11-16
Also published as: LU45952A1; GB1030264A; BE646914A; NL6404870A; US3281945A; CH423277A

Description

Vorrichtung zur Feineinstellung eines senkrecht beweglichen Körpers Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Feineinstellung eines senkrecht beweglichen Körpers mit einer waagerechten Richt- oder Bezugsplatte, auf der ein bewegliches Element verschiebbar angeordnet ist, das während seiner waagerechten geradlinigen Verschiebungen ein Anheben oder Senken des auf ihm ruhenden, feineinzustellenden Körpers hervorruft und diese Verschiebungen von einem Steuerorgan aus erfährt, das auf das Element entgegen einer es mit dem Steuerorgan in ständiger Berührung haltenden Feder einwirkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Vorrichtung bisher bekannter Bauweise hinsichtlich ihrer Genauigkeit noch weiter zu verbessern. Dies gelingt bei der hier vorgeschlagenen Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch, daß erfindungsgemäß das bewegliche Element in seinem oberen Bereich eine Kugelfläche oder zumindest eine mit ihren Mantellinien senkrecht zu seiner Verschiebungsrichtung verlaufende Zylinderfläche aufweist, mit der eine dem feineinzustellenden Körper zugeordnete kugelige oder wenigstens zylindrische Fläche mit horizontaler, zur Verschiebungsrichtung des beweglichen Elements lotrechter Achse in Berührung steht, und der feineinzustellende Körper so geführt ist, daß er sich nur senkrecht zur Verschiebungsrichtung des beweglichen Elements bewegen kann.
Das Steuerorgan kann eine feingängige Schraube, eine Differentialschraube oder ein Kurvenstück mit geringer Steigung sein. Die Spannung der das beispielsweise in Form eines Schlittens gehaltene bewegliche Element belastenden Feder ist zweckmäßig einstellbar.
In der Zeichnung ist eine Vorrichtung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Art in einer beispielsweise gewählten Ausführungsform schematisch veranschaulicht.
F i g. 1 ist lediglich eine Skizze, die das der mit der Erfindung vorgeschlagenen Vorrichtung zugrunde liegende Prinzip erkennen lassen soll, F i g. 2 stellt schematisch in einer teilweise im Längsschnitt gehaltenen Seitenansicht die Vorrichtung gemäß der Erfindung dar.
Die mit der Erfindung vorgeschlagene Vorrichtung basiert auf folgender Überlegung: Es seien zwei Kugeln S, und S, mit den Radien R bzw. r betrachtet, die in F i g. 1 jeweils in durch ihre gemeinsame Symmetrieebene oxy geführtem Schnitt dargestellt sind. In dem System der Achsen ox und o), sind die Koordinaten der Mittelpunkte dieser beiden Kugeln S, und S" 0 und 0 einerseits und 0 und (R + r) andererseits. Wenn die Kugel S, fest stehenbleibt, dagegen die Kugel S2 um den Betrag x> 0 verschoben wird (für x< 0 hat man die gleichen Eigenschaften), wobei die beiden Kugeln tangential aneinandergehalten werden, so sieht man, daß der Mittelpunkt A der Kugel S, in einen Punkt A, mit den Koordinaten x und (R + r - y) wandet. Aus dem rechtwinkligen Dreieck A A, B ergibt sich: x2 = [2(R + r) - y]y. In dieser Gleichung stellt Y die zu bewerkstelligende kleine Verschiebung dar. Nimmt man stets an, daß (R - r) > y ist, so wird die Gleichung (1) zu dem Ausdruck x 2 -- 2 y (R -, r), (2) hieraus ergibt sich ferner Die Gleichung (3) zeigt, daß y gegenüber x von zweiter Größenordnung ist; außerdem kann der Wert (R + r) beliebig groß gewählt werden. In Nähe von x = 0 verf ügt man mithin über eine Regelung sehr großer Genauigkeit. Diese Überlegung hat Gültigkeit für die Relativverschiebungen einer Kugel und eines kreisförmigen geraden Zylinders oder zweier kreisförmiger gerader Zylinder. Das Auftreten eines Fehlers -1 r auf dem Radius r und eines Fehlers A R auf dem Radius R um den Wert y läßt sich feststellen, indem man die Gleichung (3) differenziert: Das Maximum des Fehlers Jy ist durch den nachstehenden Ausdruck (5) gegeben: Der Ausdruck (5) zeigte daß Fehler der Form J R und A r an y einen maximalen Fehler ergeben, der dem Wert entspricht: Dieser Fehler läßt sich in einem Zahlenbeispiel wie folgt bewerten: Es sei R + r = 50 mm und J R = J r # 1 #L. Der Maximalfehler A y an Y wird dann sein-. Der begangene Fehler ist demzufolge 4 - 10-1 kleiner als y, er ist also gegenüber y völlig vernachlässigbar.
Die in F i g. 2 schematisch gezeigte Vorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt im wesentlichen eine Fundamentplatte, die einer Richtplatte2 zur Ab- stützung dient, auf der sich geradlinig ein Schlitten3 mit zylindrischem Profil verschieben kann. Die Verschiebung gemäß der Achse ox des Schlittens 3 wird durch ein Steuersystem 6 vorgenommen, das in dem dargestellten Fall eine Differentialschraube ist. Eine Feder 7, deren Spannung durch die Stellung des Winkels 8 regelbar ist, unterhält die Berührung zwischen dem Schlitten 3 und seinem Steuerorgan 6. Auf der zylindiischen Oberfläche des Schlittens 3 ruht eine Kugel 4, die - geführt in der Bohrung der Büchse 5 - nur eine einzige geradlinige Bewegung vollführen kann, nämlich diejenige parallel zur Achse oy. Eine Verschiebung des Schlittens 3 gemäß der Achse ox ruft eine Bewegung der Kugel 4 längs der Achse oy hervor.
Bei der hier dargestellten und beschriebenen besonderen Ausführungsform ist das Steuerorgan 6 eine Differentialschraube mit Steigungen von 1,00 und 0,99, so daß für eine Umdrehung der in Grade eingeteilten Scheibe der Differentialschraube der Schlitten 3 sich um 0,01 mm verschiebt, die entsprechende Verschiebung der höchsten Erhebung der Kugel 4 beträgt gemäß der obigen Gleichung (3) bei R -,' r = 50 Für zehn Umläufe der Schraube erhält man ausgehend von der höchsten Lage der Kugel 4 ein Ab- sinken derselben um Wie die Gleichung (3) zeigt, sind die Änderungen nichtlinear, jedoch ist dies für ein Regelsystem bedeutungslos.
Wenn das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip auf ein Meßgerät Anwendung finden soll, genügt es, die Scheibe des Steuerorgans 6 in Abhängigkeit der tatsächlichen Verschiebungen der Kugel 4 einzuteilen. Es sind zahlreiche weitere Ausführungsformen dieser Vorrichtung möglich. Der Schlitten 3 kann insbesondere durch eine Kugel ersetzt werden, die in einer Bohrung gleitend angeordnet ist, deren Achse senkrecht zu der Achse der Führungsbohrung der Kugel 4 verlaufen würde, wobei diese beiden Bohrungsachsen in ein und derselben Ebene liegen.
Unter Bezugnahme auf die zuvor mit den Gleichungen (3) bis (5) angestellte Fehlerrechnung ist zu bemerken, daß im Hinblick darauf, daß die Vorrichtung gemäß voiliegender Erfindung nicht allein dazu dienen soll, die Größe y fein zu regeln, sondern auch sie durch die Verschiebung x zu messen, der Fehler Ax berücksichtigt *werden muß, welcher der Verschiebung und der Messung von x anhattet.
Wenn x sehr klein ist und zwischen 0 und 100 liegt, lassen sich Ax in der Größenordnung eines zehntel Mikrons ausführen.
Wenn x größer als 100 #t ist, lassen sich -, 1 x der Größenordnung des Mikrons ausführen.
Es sei beispielsweise x = 10 ',L, R + r = 50mm, AR -i- A r = 2 #t, . 1 x = 10-1 #t Aus der Gleichung (3) ergibt sich, daß 10-3 ti ist.
Hieraus ergibt sich gemäß der Gleichung (5): Da der zweite Ausdruck der Klammer dieser Gleichung gegenüber dem ersteren Ausdruck vernachlässigbar ist, ergibt sich: A y z# 10- 3 - 2 -10-2 = 2 .10- 5 Der Fehler 1 y an y bleibt vernachlässigbar. Wenn man jetzt für x x 100 #t und einen Fehler J X 1#t gemäß der Gleichung (3) nimmt, so erhält man y = 10- 1 #L, und man findet für Ay nach der Gleichung (5): A y = 2 - 10- 3 p- - Dies stellt noch einen relativen Fehler von zwei Hundertsteln an dem Wert von Y dar.

Claims

Patentanspruch -. Vorrichtung zur Feineinstellung eines senkrecht beweglichen Körpers mit einer waagerechten Richt-oder Bezugsplatte, auf der ein bewegliches Element verschiebbar angeordnet ist, das während seiner waagerechten geradlinigen Verschiebungen ein Anheben oder Senken des auf ihm ruhenden, feineinzustellenden Körpers hervorruft und diese Verschiebungen, von einem Steuerorgan aus erfährt, das auf das Element entgegen einer es mit dem Steuerorgan in ständiger Berührung haltenden Feder einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Element (3) in seinem oberen Bereich eine Kugelfläche oder zumindest eine mit ihren Mantellinien senkrecht zu seiner Verschiebungsrichtung verlaufende Zylinderfläche aufweist, mit dem eine dem feineinzustellenden Körper (4) zugeordnete kugelige oder wenigstens zylindrische Fläche mit horizontaler, zur Verschiebungsrichtung des beweglichen Elements (3) lotrechter Achse in Berührung steht, und der feineinzustellende Körper (4) so geführt ist, daß er sich nur senkrecht zur Verschiebungsrichtung des beweglichen Elements (3) bewegen kann.