DE2413192B2 - Korrektursystem mit piezoelektrischen beilagen und seine verwendung zum positionieren - Google Patents
Korrektursystem mit piezoelektrischen beilagen und seine verwendung zum positionierenInfo
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Description
nierers für ein Korrektursystem nicht sehr geeignet
Aus der US-PS 35 24 196 ist ein als Druckvorrichtung
ausgebildeter Stellantrieb bekannt, der eii.en Stapel von
piezoelektrischen Scheiben enthält, die in ein Gestell eingebaut sind In diesem Gestell wird auf den Stapel S
durch eine Tellerfeder, die zwischen den Stapel und eine Schulter eines den Stapel verlängernden Druckstückes
eingefügt ist, eine mechanische Vorspannung ausgeübt
die durch ein Schraubsystem einstellbar ist. Ebenso wie bei dem bekannten Mikropositionierer würde der
Elastizitätsmodul, hier der der Tellerfeder, die Korrektur von Positionienir,gstoleranzen mit einer Genauigkeit
von besser als ein Mikrometer nicht zulassen und auch Form und Aufbau dieses Stellantriebs wären für
ein K orrektursystem nicht sehr geeignet. ι s
Zweckmäßige Ausgestaltungen und Verwendungsmöglichkeiten der Erfindung bilden den Gegenstand
der Unteransprüche 2 bis 4 bzw. 5 bis 7.
Aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen wird die Erfindung besser verständlich und ergeben *>
sich weitere Merkmale. Es zeigt
F i g. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild eines herkömmlichen Stapels von piezoelektrischen Scheiben,
Fig.2 eine perspektivische Ansicht eines Systems
nach der Erfindung, und
Fig.3—5 schematische Ansichten von drei Anwendungsbeispielen
von Systemen nach der Erfindung.
In F i g. 1 ist ein Stapel dargestellt, der beispielsweise mit Hilfe von Scheiben aus piezoelektrischer Keramik
hergestellt ist, deren Polarisierung durch vorheriges Anlegen eines elektrischen Feldes erreicht worden ist,
welches die Richtung des Pfeiles A oder des Pfeiles B
hat. der ebenfalls zu den ebenen Stirnflächen der Scheiben senkrecht und in der umgekehrten Richtung
des Pfeils A gerichtet ist Die ungerade bezeichneten Scheiben 1, 3 usw., die in der Richtung des Pfeiles A
polarisiert sind, sind mit den gerade bezeichneten Scheiben 2,4, usw. verschachtelt, die in der Richtung des
Pfeiles B polarisiert sind. Jede Scheibe ist auf ihren zwei Stirnflächen versilbert und zwei angrenzende Stirnflächen
in dem Stapel sind mit ein und derselben Elektrode in Kontakt, wie es bei der Elektrode p,
zwischen den Scheiben 1 und 2 und der Elektrode m2
zwischen den Scheiben 2 und 3 der Fall ist. Die in gleicher Weise mit Bezug auf die Pfeile angeordneten
Stirnflächen sind durch ihre Elektroden entweder mit der gemeinsamen Masse M (Elektroden mu m2, usw.)
oder mit einem Pol HT (Elektroden pu P2, usw.)
verbunden, der seinerseits an eine positive oder negative Gleichspannungsquelle angeschlossen ist.
Die Arbeitsweise des Stapels in der Eigenschaft als piezoelektrische Beilage ist folgende: Wenn man
zwischen den Pol HT(±) und die Masse M eine Gleichspannung anlegt, ruft man entweder eine
Ausdehnung oder eine Zusammenziehung aller Scheiben des Stapels hervor. Die Größenordnung der
Änderung der Dicke ist beispielsweise ein Mikrometer für einige zehn Volt Es ist verständlich, daß der
Verband der Scheiben mit der größtmöglichen Sorgfalt eingehalten werden muß, damit die Vorrichtung
wirksam und vor allem genau ist.
F i g. 2 zeigt ein System nach der Erfindung, welches ein quaderförmiges Teil 20 aus Stahl oder aus einem
Material aufweist, welches eine hohe aber dennoch nicht zu hohe Elastizität unter Berücksichtigung der in Frage
kommenden Parameter hat, um unter der Einwirkung von durch einen Stapel von piezoelektrischen Scheiben
ausgeübten Spannungen merkliche Abmessungsänderungen aufzuweisen. Dieses Teil ist weitgehend hohl, um
das Unterbringen des Stapels zu ermöglichen und um den wirksamen Querschnitt des elastischen Teils zu
verringern. Auf einer großen Stirnfläche erkennt man, daß das Profil der Aussparung MNPQ zwei Streckenabschnitte
MN und PQ und zwei Bögen NP und MQ aufweist, deren Mittelteil einen Uinfangsbogen beschreibt,
der so regelmäßig wie möglich ist. Die Aussparung begrenzt in dem Teil 20:
— zwei Endblöcke 201 und 202, deren innere
Stirnfläche zylindrisch ist; und
— zwei ebene und elastische Wangen 203 und 204, in die im Augenblick der Einstellung der Vorrichtung
Löcher gebohrt werden und die den verformbaren Teil des Teils 20 bilden.
Für den Zweck der Beschreibung wird ein Bezugstrieder IX, IY, IZ, betrachtet, der drei parallele Ebenen mit
drei angrenzenden Stirnflächen des Parallelflachs festlegt. Wenn man mit 205 und 206 zwei kleine,
gegenüberliegende Stirnflächen des Teils 20 bezeichnet, kann der Ursprung / des Trieders in dem Mittelpunkt
der Stirnfläche 205 gewählt werden, wobei die Achse IX mit einer Symmetrieachse XX des Parallelflachs
zusammenfällt. Die Ebene XlY ist zu der Ebene der Kurve MNPQ parallel, während die Achse /Z zu dieser
letztgenannten Ebene senkrecht ist (F i g. 2).
Im Inneren der Aussparung des Teils 20 sind auf der Achse XX, von der Stirnfläche 205 zu der Stirnfläche
206 gehend, ein Ansatzstück 21, ein Stapel 22 analog dem von Fig. 1. ein Ansatzstück 23 und ein Satz von
Zwischenstücken 24 und 25 angeordnet. Das Ansatzstück 21 und die Zwischenstücke 24 und 25 haben
zylindrische Stirnflächen, die sich der Form der Aussparung MNPQ anpassen. Die gegenüberliegende
Stirnfläche des Ansatzstücks 21 ist eben, ebenso wie die Stirnfläche des Ansatzstücks 23, die mit dem Stapel 22 in
Berührung ist. Das Ansatzstück 23 weist zwei ebene, geneigte und mit Bezug auf die Ebene XlY symmetrische
Teile auf, die an koplanaren und komplementären Teilen anliegen, den Zwischenstücken 24 und 25 derart
gebildet sind, daß das Ansatzstück 23 das Bestreben hat, die Zwischenstücke auseinanderzutreiben, wenn der
Verband zusammengedrückt wird. Eine Schraube 26, die diese Zwischenstücke parallel zu der Achse IZ
durchquert, ist im Gegensatz dazu bestrebt, sie einander zu nähern und dient dazu, die Vorrichtung durch Zug
des Teils 20 und durch Zusammendrücken des Stapels 22 in einen vorgespannten Zustand zu bringen. Wenn die
Vorrichtung richtig eingestellt ist, bleibt der Stapel 22 selbst bei der stärksten Zusammenziehung, die man für
die piezoelektrischen Scheiben vorsieht, zusammengedrückt.
Zur Erleichterung dieses Einstellens werden in die Wangen 203 und 204 Löcher gebohrt, wodurch der
nutzbare Querschnitt, auf den die Zugvorspannung ausgeübt wird, verringert und die elastische Verformung
dieser Wangen bei ein und derselben angelegten Kraft vergrößert wird.
Beispielsweise ist mit einem Teil 20 mit einer Länge von 100 mm (Abmessung längs XX) eine Längenänderung
von 10 Mikrometer beiderseits des Vorspannungszustands
erreicht worden. Die angelegte Maximalspannung betrug 800 Volt. In diesem Änderungsbereich war
der Vorgang praktisch linear und man beobachtete einen Proportionalitätsfaktor in der Größenordnung
von 80 Volt pro Mikrometer zwischen der Spannung und der Längenänderung. Man hat folglich eine
piezoelektrische Beilage erhalten, die ein bemerkens-
wert untersetztes System bildet. Es ist klar, daß die in Fig.2 dargestellte Vorrichtung, um wirksam zu sein,
mit den gegenseitig bewegten Teilen fest verbunden werden können muß.
Zu diesem Zweck können in den Stirnflächen 205 und 206 Gewindebohrungen 28 zum Aufnehmen von
Befestigungsschrauben vorgesehen sein.
Fig.3 zeigt ein erstes Anwendungsbeispiel des Systems nach der Erfindung. Eine Platte 32 ist parallel
zu einem Sockel 31 mittels einer an dem Sockel 31 angebrachten Lagerfläche 33 verschiebbar. Die Verschiebebewegung
wird durch ein Schraube-Mutter-System 34 erzeugt, dessen Schraube aus dem mit Gewinde
versehenen Teil einer Welle 341 besteht. Diese durch eine Handkurbel 35 angetriebene Welle dreht sich in
einem Wellenlager 331 und einem doppeltwirkenden Axiallager 332, d. h. ohne Seitenspiel. Die Platte 32 trägt
ihrerseits über ein Lagersystem 361 eine Platte 36. Ein System 37 ähnlich dem von F i g. 2 ist zwischen einen
Rand 321 der Platte 3.2 und einen Rand 362 der Platte 36 eingesetzt. Die Positionskontrolle erfolgt beispielsweise
mit Hilfe einer interferometrischen Vorrichtung, die außer nicht dargestellten Teilen einen Spiegel 363
aufweist, der an dem Rand der Platte 36 unabhängig von der Platte 32 befestigt ist, deren Position mit Hilfe des
Schraube-Mutter-Systems 34 mit einer geringeren Genauigkeit kontrolliert wird.
Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung ergibt sich in dem Fall von F i g. 3 aus der Tatsache, daß das Einsetzen
des Systems 37 zwischen die Platten 32 und 36 nicht den Einbau irgendeines Vorspannungsbeilageteils verlangt,
wie es bei einer piezoelektrischen Beilage erforderlich wäre, die aus einem einfachen Stapel besteht.
Fig.4 zeigt ein zweites Anwendungsbeispiel der
Erfindung. Eine Platte 42 verschiebt sich parallel zu einem Sockel 41 mittels einer auf dem Sockel 41
angebrachten Lagerfläche 43. Ein System 37 ist zwischen das Schraube-Mutter-System 44 und den Rand
422 eines Sockels 421 der Platte 42 eingesetzt. Wenn man diesen Anwendungsfall mit dem vorhergehenden
vergleicht, so sieht man, daß die Erfindung benutzt wird, um eine der Platten von F i g. 3 zu beseitigen.
F i g. 5 zeigt eine Abwandlung des zweiten Anwendungsbeispiels. Eine Platte 52 rollt auf einem Kasten 53,
ίο der auf einem Sockel 511 befestigt ist Hier ist die Platte
52 ohne ein Zwischenteil mit dem Schraube-Mutter-System 54 formschlüssig verbunden, durch welches die
Schraubenspindel 541 hindurchgeführt ist Die komplementäre Verschiebung durch eine piezoelektrische
is Beilage erhält man in diesem Fall durch Einwirken auf
das doppeltwirkende Axiallager, welches hier die Bezugszahl 531 trägt. Dasselbe ist in ein Gehäuse 55
eingesetzt. Die Wand 531 des Kastens 52 ist durch ein
mit einer Vertiefung versehenes Teil 532 verstärkt, in
to welches das System 37 der vorhergehenden Figuren eingepaßt ist Letzteres ist mit dem Kasten 53 durch
Schweißen, Löten oder durch jedes andere Befestigungsmittel formschlüssig verbunden.
Das Korrektursystern liegt auch im Rahmen der Erfindung, wenn die Beilagen nicht kreisförmig sind
oder wenn die Scheiben aus einer Substanz bestehen, bei welcher es sich nicht um piezoelektrische Keramik
handelt.
Die Erfindung ist bei 'Geräten anwendbar, in welchen
eine sehr genaue Positionierung (Mikrometer oder Mikrometerbruchteil) schnell ausgeführt werden
können muß. Das ist insbesondere der Fall der Maschinen zur elektronischen Maskierung und der
Fotoübertrager von bei der Herstellung von integrierten
Schaltungen verwendeten Masken.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Korrektursystem mit einem Stapel von auf einer gemeinsamen Achse aufeinanderfolgenden piezoelektrischen
Beilagen und mit Einrichtungen zum Anlegen einer einstellbaren elektrischen Gleichspannung
an die Beilagen, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Stapel (22) umschließendes
und zusammendrückendes Teil (20) vorgesehen ist, ι ο
welches seitlich zwei ebene Wangen (203, 204) aufweist, die elastisch verformbar und parallel zu der
gemeinsamen Achse (XX) sind, daß die Wangen zwei starre Blöcke (201,202) miteinander verbinden,
die jeweils eine zu der gemeinsamen Achse senkrechle äußere Stirnfläche (205, 206) aufweisen,
daß zum Einstellen der Druckkraft zwischen den Stapel und mindestens einen der starren Blöcke
Einstelleinrichtungen eingefügt sind, die aus einem Schraube-Mutter-System (26, 24), welches zwei 2c
Zwischenstücke (24,25) enthält, die abgeschrägt und so mit Gewinde versehen sind, daß sie als Muttern
wirken, und aus emem Ansatzstück (23) bestehen, welches mit zwei schrägen Stirnflächen versehen ist,
und daß die Stirnflächen und die abgeschrägten Flächen der Zwischenstücke derart angeordnet sind,
daß das Ansatzstück bestrebt ist, die Zwischenstücke auseinanderzutreiben, wenn die Zwischenstücke mit
Hilfe des Schraube-Mutter-Systems (26, 24) einander genähert werden.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stapel Scheiben aus piezoelektrischer
Keramik enthält.
3. System nach Anspruch ! oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil (20) ein rechtwinkliges
Parallelflach aus Stahl ist, welches derart ausgehöhlt ist, daß nur noch zwei äußere Blöcke (201, 202)
vorhanden sind, die durch die beiden Seitenwangen (203,204) miteinander verbunden sind, in die Löcher
(27) gebohrt sind, deren Anzahl in Abhängigkeit von der auf den Stapel (22) auszuübenden Zusammendrückkraf\
variabel ist.
4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blöcke (201, 202)
und die Zwischenstücke (24, 25) Stirnflächen aufweisen, die miteinander in Berührung und konkav
bzw. konvex sind, um das Ausrichten der Symmetrieachsen des Stapels (22) und des Teils (20) zu
erleichtern.
5. Verwendung eines Korrektursystems nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in einer Vorrichtung
zum Positionieren eines Objektträgers, wobei das Korrektursystem zwischen den Objektträger und
eine lösbare Platte eingefügt ist (F i g. 3).
6. Verwendung eines Korrektursystems nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in einer Vorrichtung zur
Positionierung einer Objektträgerplatte, wobei das Korrektursystem /wischen die Platte und ein
Schraube-Mutter-System eingefügt ist (F i g. 4).
7. Verwendung eines Korrektursystems nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in einer Vorrichtung zur
Positionierung einer Objektträgerplatte, wobei das Korrektursystem in ein Schraube-Mutter-System
eingefügt ist (F i g. 5).
6s Die Erfindung betrifft ein Korrektursystem mit einem
Stapel von auf einer gemeinsamen Achse aufeinanderfolgenden piezoelektrischen Beilagen und mit Einrichtungen
zum Anlegen einer einstellbaren elektrischen Gleichspannung an die Beilagen.
Mit einem solchen System lassen sich Positionierungstoleranzen genau korrigieren, sofern ihr mechanischer
Aufbau äußerst genaue Bedingungen erfüllt.
Wenn ein Stapel von piezoelektrischen Beilagen zwischen ein feststehendes Teil und ein verschiebbares
Teil einer Positioniervorrichtung eingefügt wird, stellt man folgende Erscheinungen fest:
1) Wenn der Stapel nicht unter mechanischer Vorspannung steht, ist Einbauspiel in einer Größenordnung
vorhanden, die die Genauigkeit der piezoelektrischen Beilagen nutzlos macht, und das System hat keine
beständige Genauigkeit
2) Wenn eine mechanische Vorspannung vorhanden ist, beobachtet man infolge der Unzulänglichkeit der
Oberflächen der verschiedenen Teile noch kleine Schrägverschiebungen, die den nutzbaren Weg reduzieren,
was ebenfalls von Nachteil ist.
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, ein Korrektursystem der eingangs genannten Art so
auszubilden, daß Positionierungstoleranzen mit einer Genauigkeit von besser als ein Mikrometer korrigiert
werden können.
Diese Aufgabe wird bei dem Korrektursystem dadurch gelöst, daß gemäß der Erfindung ein den Stapel
umschließendes und zusammendrückendes Teil vorgesehen ist, welches seitlich zwei ebene Wangen aufweist,
die elastisch verformbar und parallel zu der gemeinsamen Achse sind, daß die Wangen zwei starre Blöcke
miteinander verbinden, die jeweils eine zu der gemeirsamen Achse senkrechte äußere Stirnfläche
aufweisen, daß zum Einstellen der Druckkraft zwischen den Stapel und mindestens einen der starren Blöcke
Einstulleinrichtungen eingefügt sind, die aus einem Schraube-Mutter-System, welches zwei Zwischenstücke
enthält, die abgeschrägt und so mit Gewinde versehen sind, daß sie als Muttern wirken, und aus einem
Ansatzstück bestehen, welches mit zwei schrägen Stirnflächen versehen ist, und daß die Stirnflächen und
die abgeschrägten Flächen der Zwischenstücke derart angeordnet sind, daß das Ansatzstück bestrebt ist, die
Zwischenstücke auseinanderzutreiben, wenn die Zwischensiücke mit Hilfe des Schraube-Mutter-Systems
einander genähert werden.
Die Erfindung schafft also ein voreingestelltes mechanisches Bauteil, welches ein elastisches Teil
darstellt, dessen eine Abmessung eine sehr genaue und dauprbeständige Funktion der elektrischen Steuerspannung
der piezoelektrischen Beilagen ist, die seine Verformung hervorrufen.
Aus der US-PS 36 08 409 ist ein Mikropositionierer bekannt, der einen Stapel von piezoelektrischen
Scheiben aufweist, welcher einer mechanischen Vorspannung ausgesetzt wird, die durch ein Schraubsystem
einstellbar ist und durch einen Gummiring erzeugt wird, der einen hohen Elastizitätsmodul hat und den Stapel
umschließt, aber in das Innere von Blöcken eingeführt ist, von denen einer als Werkzeugträger dient. Ein
solcher Mikropositionierer könnte theoretisch zwar als Korrektursystem dienen, mit ihm ließen sich jedoch
nicht Positionierungstoleranzen mit einer Genauigkeit von besser als ein Mikrometer korrigieren, da der
Elastizitätsmodul des Gummis das nicht zuließe. Außerdem wären Form und Aufbau des MikroDositio-
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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FR7310943A FR2223865B1 (de) | 1973-03-27 | 1973-03-27 | |
FR7310943 | 1973-03-27 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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DE2413192A1 DE2413192A1 (de) | 1974-10-10 |
DE2413192B2 true DE2413192B2 (de) | 1977-04-07 |
DE2413192C3 DE2413192C3 (de) | 1977-11-24 |
Family
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3218576A1 (de) * | 1982-05-17 | 1983-11-24 | Honeywell Gmbh, 6050 Offenbach | Piezoelektrisches stellglied |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3218576A1 (de) * | 1982-05-17 | 1983-11-24 | Honeywell Gmbh, 6050 Offenbach | Piezoelektrisches stellglied |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5910155B2 (ja) | 1984-03-07 |
US3903435A (en) | 1975-09-02 |
GB1463195A (en) | 1977-02-02 |
FR2223865A1 (de) | 1974-10-25 |
JPS49129578A (de) | 1974-12-11 |
DE2413192A1 (de) | 1974-10-10 |
FR2223865B1 (de) | 1978-10-20 |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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