DE3814830A1

DE3814830A1 - Bearing and drive arrangement

Info

Publication number: DE3814830A1
Application number: DE3814830A
Authority: DE
Inventors: Eckart Dipl Ing Hettlage; Michael Dipl Ing Schwebler
Original assignee: Teldix GmbH
Current assignee: Rockwell Collins Deutschland GmbH
Priority date: 1988-05-02
Filing date: 1988-05-02
Publication date: 1989-11-16

Abstract

A bearing and drive arrangement for a body (7, 8) is described, which has a bearing (2, 3) which permits a rotation of the body with respect to a chassis (1) over a large angular range. Between the chassis (1) and the body (7, 8) an adjustment circuit consisting of pick-off (12/13), control amplifier (16) and drive (9, 11), which adjusts the body (7, 8) corresponding to a desired signal, is active. To increase the accuracy of adjustment, a second bearing consisting of flexural pivots (5, 6) is connected in series with the bearing (e.g. ball-bearings 2, 3), the two bearings having a common axis of rotation. <IMAGE>

Description

State of the art

Lager- und Antriebsanordnung der im Oberbegriff des Anspruch 1 angegebenen Art sind bekannt (DE-AS 12 65 270).Bearing and drive arrangement specified in the preamble of claim 1 Type are known (DE-AS 12 65 270).

Durch die Verwendung eines Regelkreises wird bei solchen Lager- und Antriebs anordnungen eine Erhöhung der Genauigkeit erreicht.The use of a control loop in such bearings and drives arrangements achieved an increase in accuracy.

Eine solche Anordnung kann zur Verstellung bzw. Einstellung des Körpers in eine bestimmte durch das Sollsignal vorgegebene Stellung benutzt werden. Es ist jedoch auch möglich, die Anordnung zur Erzielung einer dem Antriebs signal proportionalen Drehungsgeschwindigkeit zu benutzen.Such an arrangement can be used to adjust or adjust the body a certain position specified by the target signal can be used. It However, it is also possible to use the arrangement to achieve the drive to use signal proportional rotation speed.

Der zu verstellende Körper kann z. B. ein Spiegel sein, wie er in Scan- Einrichtungen benutzt werden kann. Er kann aber z. B. auch ein Reaktionsrad sein, wie es zur Verdrehung von Satelliten benutzt wird. Dieses arbeitet im Mittel bei der Drehzahl 0, oft in der Nähe der Drehzahl 0 und muß auch den 0-Punkt durchfahren. The body to be adjusted z. B. be a mirror, Facilities can be used. But it can, for. B. also a reaction wheel be how it is used to twist satellites. This works in Medium at speed 0, often close to speed 0 and must also be Drive through 0 point.

Advantages of the invention

Der Kern der Erfindung besteht darin, die beiden Lager in Reihe zu schalten und nur einen Regelkreis für die Verstellung und Einstellung zu benutzen. Das erste Lager läßt dabei eine Verstellung in einem großen Winkelbereich zu, erlaubt jedoch aus Reibungsgründen, insbesondere bei sehr kleinen Ge schwindigkeiten bzw. bei Verstellen aus einer Stellung in eine andere Stel lung keine exakt zum Regelsignal proportionale Verstellung bzw. Einstel lung. Das andere Lager dagegen (Drehfedergelenk) läßt sich nur in einem kleinen Winkelbereich verdrehen, arbeitet jedoch nahe zu reibungsfrei und kann die geforderte Genauigkeit bringen. Bei Scan-Einrichtungen wird z. B. eine Winkelauflösung von 0,2′′ gefordert.The essence of the invention is to connect the two bearings in series and to use only one control loop for the adjustment and adjustment. The first bearing can be adjusted over a wide angular range to, but allowed for friction reasons, especially with very small Ge speed or when moving from one position to another position no adjustment or setting exactly proportional to the control signal lung. The other bearing, however, (torsion spring joint) can only be in one twist small angular range, but works close to frictionless and can bring the required accuracy. In scanning devices such. B. an angular resolution of 0.2 '' required.

Durch die Verwendung der beiden hintereinandergeschalteten Lager, bei einem zwischen dem Körpern und dem Chassis wirkenden Regelkreis mit Antrieb, wird einerseits die gewünschte Drehfreiheit für den Körper, aber auch die gefor derte Einstellgenauigkeit bzw. Auflösung erreicht, vorausgesetzt Abgriff und Regelkreis sind für diese Genauigkeit bzw. Auflösung ausgelegt, was jedoch keine Probleme macht. Die Begrenzung der Genauigkeit bzw. Auflösung liegt aber im Abgriff und im Regelkreisverhalten. Die beiden Lager können in einzelnen Zeitpunkten so verdreht sein, daß sich die Verdrehungen beider Lager addieren. Dies ist der Fall, wenn bei einer gewünschten Verdrehung in eine Drehrichtung das erste Lager z. B. Kugellager aus Reibungsgründen der gewünschten Verstellung nachhinkt. Hier übernimmt das Kreuzfedergelenk die zum Soll noch fehlende Verdrehung (Addition der Verdrehrichtungen). Über windet dagegen z. B. das erste Lager die Verdrehung hemmende Reibung, so eilt möglicherweise im Anschluß daran die Verdrehung des Körpers der Sollverdrehung voraus. Hier wird durch den Regelkreis das Kreuzfedergelenk in die Gegeneinrichtung verdreht, um den Überschuß zu korrigieren (Kompen sation des Überschusses). Das Zusammenwirken beider Lager bei Verwendung eines Verstell- und Regelkreises bringt die gewünschte Genauigkeit bzw. Auflösung bei großem (unbeschränktem) Verstellungsbereich. Die genutzten Eigenschaften der Kreuzfedergelenke sind an sich bekannt (US-A-31 81 918). By using the two series-connected bearings, at one between the body and the chassis acting control loop with drive on the one hand the desired freedom of rotation for the body, but also the gefor reached setting accuracy or resolution, provided tap and Control loops are designed for this accuracy or resolution, but what makes no problems. The limitation of accuracy or resolution lies but in the tap and in the control loop behavior. The two camps can be twisted at individual times so that the twists of both Add bearings. This is the case when in at a desired twist a direction of rotation the first bearing z. B. ball bearings for friction reasons lagging desired adjustment. Here the cross spring joint takes over for the missing twist (addition of the twisting directions). About on the other hand, z. B. the first bearing the torsional friction, the torsion of the body of the Target rotation ahead. Here, the control system turns the cross spring joint twisted into the counter device to correct the excess (comp sation of the excess). The interaction of both bearings when in use of an adjustment and control circuit brings the desired accuracy or Resolution with a large (unlimited) adjustment range. The used ones Properties of the cross spring joints are known per se (US-A-31 81 918).

Die erfindungsgemäße Lösung ist auch bei Scan-Einrichtungen anwendbar, bei denen die Auslenkmöglichkeit der Kreuzfedergelenke (einige Grad) an sich ausreicht. Oft wird aber verlangt, daß der Spiegel der Scan-Einrichtung zu Kalibrierzwecken z. B. in eine zur 0-Stellung um 90° verdrehte Stellung ver dreht wird. Die naheliegende Lösung dieser Aufgabe könnte in der Verwendung eines Lagers liegen, das - wie oben beschriebenen - aufgebaut ist. Jedoch wird der Fachmann hierfür einen zwischen Chassis und dem im Kugellager ge lagerten Zwischenteil wirksamen Regelkreis mit Antrieb oder zumindest einen Antrieb (Steuerung) für die 90°-Verstellung und einen zwischen Zwischen teil und dem Körper wirksamen Regelkreis mit Antrieb für den Scan-Vorgang versehen.The solution according to the invention can also be used with scanning devices which the possibility of deflecting the cross spring joints (a few degrees) per se is sufficient. However, it is often required that the mirror of the scanning device be closed Calibration purposes e.g. B. ver in a position rotated by 90 ° to the 0 position is turning. The obvious solution to this problem could be in use of a warehouse, which - as described above - is constructed. However the specialist will do this between the chassis and the one in the ball bearing stored intermediate part effective control loop with drive or at least one Drive (control) for the 90 ° adjustment and one between intermediate part and the body effective control circuit with drive for the scanning process Mistake.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird auch für solche an sich trenn baren Einstellvorgänge die erfindungsgemäße Lager- und Antriebsanordnung benutzt. Dieser Schritt bedeutet eine wesentliche Gewichtsreduzierung, Ver billigung und eine Erhöhung der Zuverlässigkeit.According to a further development of the invention, there is also a separation for such ble setting operations, the bearing and drive assembly according to the invention used. This step means a significant weight reduction, Ver approval and an increase in reliability.

Figure description

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel die Erfindung näher erläutert. Es zeigenOn the basis of the drawing, an embodiment of the invention is closer explained. Show it

Fig. 1 einen teilweisen Schritt durch eine einen Spiegel tragenden Lager- und Antriebsanordnung, Fig. 1 is a partial step by a mirror supporting bearing and drive assembly,

Fig. 2 einen dabei verwendbaren Regelkreis. Fig. 2 shows a control loop that can be used.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Chassis, also ein die gesamte Anordnung tragendes Teil bezeichnet. Dieses ist ohne sein Mittelteil dargestellt. In diesem Chassis 1 ist mittels eines Duplex-Kugellagers 2 (unten) und eines ein fachen Kugellagers 3 (oben), die leicht gegeneinander vorgespannt sind, ein zweiteiliges Zwischenteil 4 drehbar gelagert. An diesem Zwischenteil 4 sind zwei Kreuzfedergelenke 5 und 6 einseitig und derart befestigt, daß sie eine mit der Drehachse der Kugellager 2/3 identische Drehachse aufweisen. An den zweiten Hälften der Kreuzfedergelenke 5/6 ist ein Spiegelträger 7 be festigt, der dann den eigentlichen Scan-Spiegel 8 trägt. In Fig. 1, 1 denotes a chassis, that is, a part carrying the entire arrangement. This is shown without its middle part. In this chassis 1 , a two-part intermediate part 4 is rotatably supported by means of a duplex ball bearing 2 (below) and a simple ball bearing 3 (above), which are slightly preloaded against one another. At this intermediate part 4 , two cross spring joints 5 and 6 are fixed on one side and in such a way that they have an axis of rotation identical to the axis of rotation of the ball bearings 2/3 . On the second halves of the cross spring joints 5/6 , a mirror support 7 is fastened, which then carries the actual scan mirror 8 .

Am Chassis 1 ist auch der Stator eines Antriebs befestigt. In Fig. 1 sind es die Wicklungen 9 eines Torquers. Mit dem Spiegelträger 7 ist ein Teil 10 verbunden, das den Wicklungen 9 gegenüberliegende Torquermagnete 11 auf weist.The stator of a drive is also attached to the chassis 1 . In Fig. 1 it is the windings 9 of a gate cross. With the mirror support 7 a part 10 is connected, which has 9 opposite Torquermagnete 11 to the windings.

Mit dem Chassis 1 ist auch der Stator 12 eines Abgriffs verbunden, dessen Rotorteil 13 ebenfalls mit dem Spiegelträger 7 verbunden ist. Der Abgriff ist z. B. ein Encoder.The stator 12 of a tap, the rotor part 13 of which is also connected to the mirror support 7 , is also connected to the chassis 1 . The tap is e.g. B. an encoder.

Fig. 2 zeigt den zugehörigen Regelkreis. Der Spiegelträger 7 samt Spiegel 8, also der zu verstellende Körper ist in Anlehnung an die Bezeichnung der Fig. 1 mit 7′/8′, der Abgriff mit 12′/13′ und der Antrieb (Torquer) mit 9′/11′ bezeichnet. Aus dem vorgegebenen Sollsignal an einer Klemme 14 und dem Istsignal des Abgriffs 12′/13′ wird in einem Subtrahierer 15 ein Regel signal erzeugt, das einem Regelverstärker 16 zugeführt wird, der dann den Torquer 9′/11′ zur Verstellung beaufschlagt. Fig. 2 shows the associated control loop. The mirror support 7 together with mirror 8 , so the body to be adjusted is based on the designation of Fig. 1 with 7 '/ 8' , the tap with 12 '/ 13' and the drive (Torquer) with 9 '/ 11' . From the predetermined target signal at a terminal 14 and the actual signal of the tap 12 '/ 13 ' a control signal is generated in a subtractor 15 , which is fed to a control amplifier 16 , which then acts on the Torquer 9 '/ 11 ' for adjustment.

Claims

Bearing and drive arrangement for a body to be rotated, which can be adjusted with relatively low rotational speed but with high accuracy into a position, in particular proportional to the instantaneous drive signal, relative to a chassis, containing a first bearing (e.g. ball bearing), which ver position of the body allows in a wide angular range, a tap that continuously determines the position of the body relative to the chassis, a control amplifier to which the difference between a drive setpoint and the actual value coming from the tap is supplied and an effective between the chassis and the body to drive , to which the output signal of the control amplifier is fed, characterized in that a second bearing formed by cross spring joints with the same axis of rotation as the first bearing is connected between an intermediate part mounted in the first bearing and the body.