DE19916277A1 - Teleskopartiger Mikromanipulator mit Piezomaterialien - Google Patents
Teleskopartiger Mikromanipulator mit PiezomaterialienInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bewegung eines Objektes mit wenigstens zwei getrennt elektrisch ansteuerbaren piezoelektrischen Bewegungselementen und einer Wirkverbindung zwischen den piezoelektrischen Bewegungselementen derart, daß sich die resultierenden Längenänderungen der piezoelektrischen Bewegungsmittel zu einer Gesamtlänge so addieren können, daß die maximal mögliche Länge der Bewegung in einer Dimension größer ist als die maximal mögliche Längenveränderung eines einzelnen piezoelektrischen Bewegungsmittels. Insbesondere wirken die piezoelektrischen Bewegungselemente teleskopartig. DOLLAR A Es kann so der nachteilhafte Einsatz von langen Piezokristallen vermieden werden, um relativ große Bewegungen auszuführen. Das teleskopartige Zusammenwirken ermöglicht sehr kompakte Bauweisen.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Mikrobewe
gung eines Objektes.
Es ist aus der Druckschrift DE 38 22 504 A1 bekannt,
mit Hilfe von piezoelektrischem Material und einer an
das Material anlegbaren elektrischen Spannung, im fol
genden auch piezoelektrisches Bewegungsmittel genannt,
sehr kleine Verschiebungen sehr genau durchzuführen. An
das piezoelektrische Material wird ein elektrisches
Feld angelegt. In Abhängigkeit von der Größe des elek
trischen Feldes verändern sich äußere Abmessungen des
Materials. Die Veränderungen werden genutzt, um ent
sprechende Bewegungen von zum Beispiel einem Objekt
durchzuführen.
Mit Hilfe eines piezoelektrischen Bewegungsmittels, al
so zum Beispiel mit Hilfe eines Quarzkristalls oder mit
Hilfe einer PZT-Elektrokeramik sowie mit Mitteln zur
Anlegung einer Spannung an den Kristall oder die Kera
mik können Bewegungen ausgeführt werden, die 10-4 bis
10-6 Δl/l (Δl/l: relative Längenänderung des piezoelek
trischen Bewegungsmittels) betragen. Die maximale Länge
einer solchen Mikrobewegung ist also sehr klein. Es
müssen piezoelektrische Elemente mit großen Ausdehnun
gen in wenigstens einer Dimension eingesetzt werden, um
zu relativ großen Bewegungen gelangen zu können. Hier
aus ergeben sich Herstellungs- und Polarisationsproble
me. Aufgrund der großen Dimensionen sind solche Elemen
te für praktische Anwendungen unattraktiv.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrich
tung, mit der sehr genau eine verhältnismäßig große Be
wegung durchgeführt werden kann.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den
Merkmalen des Anspruchs 1. Eine vorteilhafte Ausgestal
tungen ergibt sich aus dem Unteranspruch.
Die anspruchsgemäße Vorrichtung weist wenigstens zwei
getrennt ansteuerbare piezoelektrische Bewegungselemen
te auf. Die Vorrichtung weist also Mittel auf, mit de
nen an jedes piezoelektrische Material gesondert eine
steuerbare Spannung angelegt werden kann. Zwischen den
piezoelektrischen Bewegungselementen besteht eine Wirk
verbindung derart, daß sich die resultierenden Längen
änderungen der piezoelektrischen Bewegungsmittel so ad
dieren, daß die maximal mögliche Länge einer Bewegung
in einer Dimension größer ist als die maximal mögliche
Längenänderung eines einzelnen piezoelektrischen Bewe
gungsmittels. Wenigstens zwei piezoelektrische Bewe
gungsmittel sind also insbesondere parallel zur vorge
sehenen Bewegungsrichtung angeordnet.
Bei der anspruchsgemäßen Vorrichtung können relativ
kurze piezoelektrische Bewegungsmittel eingesetzt wer
den. Es entfallen damit die mit langen piezoelektri
schen Bewegungsmitteln einhergehenden Schwierigkeiten
und Nachteile.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind
die piezoelektrischen Bewegungselemente nebeneinander
angeordnet. Die Bewegungsrichtung durch Anlegen von
Spannungen erfolgt dann senkrecht zur Anordnung. Insbe
sondere sind wenigstens drei piezoelektrische Bewe
gungselemente im vorgenannten Sinne nebeneinander ange
ordnet. Die piezoelektrischen Bewegungselemente wirken
dann in der von einem Teleskop her bekannten Weise zu
sammen. Insbesondere sind die verschiebbaren Enden der
piezoelektrischen Bewegungselemente miteinander mecha
nisch verbunden. Es ergibt sich so eine besonders kom
pakte Bauform.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figur näher
erläutert.
Piezoelektrische Bewegungsmittel 1, 2 und 3 sind paral
lel zu ihrer Bewegungsrichtung und zueinander benach
bart angeordnet. Die Bewegungsrichtung der Bewegungs
mittel wird durch den Doppelpfeil angedeutet. Die ent
lang der Bewegungsrichtung verschiebbaren, benachbarten
Enden zweier benachbarter Bewegungsmittel 1 und 2 bzw.
2 und 3 sind mechanisch miteinander verbunden (Verbin
dung 4). Insgesamt ergibt sich so eine Wirkverbindung,
die eine teleskopartige Bewegung zur Folge haben kann.
Eine solche teleskopartige Ausdehnung der Vorrichtung
tritt beispielsweise dann ein, wenn sich die piezoelek
trischen Bewegungselemente 1 und 3 ausdehnen und das
dazwischen befindliche piezoelektrische Bewegungsele
ment 2 schrumpft (Kontraktion).
Durch die piezoelektrischen Bewegungsmittel 1, 2 und 3
kann ein Objekt 5 relativ zur Basis 6 angehoben oder
gesenkt werden.
Die als piezoelektrische Bewegungsmittel 1, 2 und 3
fungierenden Bewegungsmittel können mehrfach (in der
Figur zweifach) vorgesehen werden, um die mechanische
Stabilität des Aufbaus zu verbessern. Natürlich kann
der Aufbau variiert werden. So sind mehr als drei pie
zoelektrische Bewegungsmittel denkbar, die teleskopar
tig miteinander zusammenwirken. Anstelle des mittleren
piezoelektrischen Bewegungsmittels kann auch in einer
etwas schlechteren Ausführungsform eine einfache Stange
als Verbindungsmittel vorgesehen sein.
Claims (2)
1. Vorrichtung zur Bewegung eines Objektes mit wenig
stens zwei getrennt elektrisch ansteuerbaren piezo
elektrischen Bewegungselementen und einer Wirkverbin
dung zwischen den piezoelektrischen Bewegungselemen
ten derart, daß sich die resultierenden Längenände
rungen der piezoelektrischen Bewegungsmittel zu einer
Gesamtlänge so addieren können, daß die maximal mög
liche Länge der Bewegung in einer Dimension größer
ist als die maximal mögliche Längenänderung eines
einzelnen piezoelektrischen Bewegungsmittels.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der piezoelektri
sche Bewegungselemente so nebeneinander angeordnet
sind, daß diese mittels der Wirkverbindung in der
Art eines Teleskops miteinander wirken.
Priority Applications (2)
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Also Published As
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