DE60110107T2 - Trägheits-Rotations-Vorrichtung - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Rotation eines Objektes um eine Achse, insbesondere Rotationsvorrichtungen, die nach dem Prinzip der Rutsch-Haft-Bewegung arbeiten.
  • Die Verwendung von Rotations-Positionier-Vorrichtungen in verschiedenen industriellen und wissenschaftlichen Anwendungen ist weitverbreitet. Anwendungen, welche Rotations-Positionierer verwenden, umfassen: verschiedene Formen der Mikroskopie einschließlich Rastersondenmikroskopie, optischer Mikroskopie und Elektronen-Mikroskopie; Probenhandhabung während der Halbleiter-Prozessierung; eine Vielfalt von Vakuumanwendungen einschließlich Ultrahochvakuum-(UHV)-Anwendungen; Rotation von Gegenständen in einem magnetischen Feld, welches durch einen konventionellen oder supraleitenden Magneten erzeugt wird; und eine Vielfalt von Anwendungen, welche die Rotation von Proben oder anderen Komponenten innerhalb von Kryostaten einschließlich Magnet-Kryostaten betreffen.
  • Rotations-Positionier-Vorrichtungen können auf einer Anzahl verschiedener Bauarten basieren. Die Vorrichtungen können beispielsweise auf Schrittmotoren basieren. Eine andere Bauart, welche für Autofokusanwendungen für Kameras verwendet wird, basiert auf Ultraschallmotoren. Eine weitere Bauart, zu welcher die vorliegende Erfindung gehört, basiert auf Trägheitsmotoren. Ein bekannter Rotations-Positionierer, welcher auf einem Trägheitsmotor basiert, wird nun beschrieben.
  • 1A und 1B der begleitenden Zeichnungen zeigen einen Trägheits-Rotations-Positionierer, wie er in der Referenz [1] beschrieben ist. Eine polierte Stahlkugel S liegt auf drei piezo-elektrischen Stellgliedern A, B und C, welche an einer gemeinsamen Basisplatte X befestigt sind. Die Kugel bildet den beweglichen, d.h. rotierbaren, Teil des Positionierers. Um einen kleinen und wohldefinierten Kontaktbereich zwischen den Stellgliedern und der Stahlkugel zu erhalten, wird am Ende jedes Stellgliedes ein Glas- oder Rubin-Ball R befestigt. An der Basisplatte X ist ein Magnet M befestigt und so angeordnet, dass die Stahlkugel durch eine magnetische Kraft des fünf- bis zehnfachen des Gewichtes der Kugel S auf die Stellglieder heruntergezogen wird. Diese Klemmkraft ermöglicht es dem Motor große Drehmomente zu erzeugen, was anhand der allgemeinen Prinzipien der Rutsch-Haft-Bewegung verständlich ist. Die Vorrichtung kann drei Rotationsachsen 1, 2 und 3 zur Verfügung stellen.
  • Um eine kleine Rotation um die Achsen 1, 2 oder 3 zu erhalten, muss jedes Stellglied eine entsprechende Tangentialkomponente beitragen. Die Richtungen dieser Komponenten sind in den Figuren als Pfeile gezeichnet und als a1, b1 und c1 für die jeweiligen Stellglieder A, B und C bezeichnet. Um die Kugel S zu rotieren, werden die piezo-elektrischen Stellglieder im Biegemodus betrieben, mit der zu der gewünschten Rotationsrichtung gehörigen Biegerichtung. Der Umfang der Verrückung, d.h. die Größe der Biegung, muss ebenfalls korrekt gewählt werden. Jeder Positionierschritt besteht aus zwei Ereignissen. Zuerst ein simultanes, langsames Biegen aller Stellglieder in die Richtungen der Pfeile a1, b1, c1 und dann ein abrupter Rücksprung der Stellglieder in ihre ursprüngliche, geradlinige Ausrichtung. Während der langsamen Biegung folgt die Kugel den Stellgliedern aufgrund von Reibung, wohingegen die Kugel während des abrupten Rücksprungs den Stellgliedern aufgrund ihrer Trägheit nicht folgen kann. Die Stellglieder kehren daher in ihre ursprüngliche, geradlinige Ausrichtung unter Gleiten zwischen den Stellgliedern und der Kugel zurück. Diese beiden Ereignisse sind die "Haft-" und "Rutsch"-Phasen, welche jeden Trägheits- oder "Rutsch-Haft"-Motor typisieren. Eine Folge solcher Haft- und Rutsch- Schritte kann daher verwendet werden, um die Kugel um die Achsen 1, 2 oder 3 um einen gewünschten Winkel zu rotieren.
  • Dieser Aufbau wurde verwendet, um in einem galvanometrischen System einen auf der Kugel befestigten Spiegel zu steuern, um die Träger-Auslenkung in einem Raster-Kraft-("atomic force")-Mikroskop zu detektieren. Das Design ist UHV-kompatibel.
  • Der bekannte Aufbau weist jedoch einige Einschränkungen auf.
  • Wie in allen Trägheits-Positionierern, ist die Schrittgröße nicht gut reproduzierbar und belastungsabhängig. In einem linearen Trägheits-Positionierer gemäß dem Stand der Technik, wie er in der Referenz [2] beschrieben wird, beeinträchtigen Variationen der Schrittgröße nicht die Geometrie, d.h. die Richtung der Bewegung, sondern nur die Größe der Bewegung. Auch wenn dies nicht erwünscht ist, kann dieser Variation der Größe der Bewegung in dem Aufbau aus Referenz [2] durch eine Rückkopplung begegnet werden. In dem Aufbau aus Referenz [1] resultieren die in allen Trägheits-Positionierern unvermeidbaren Schrittgrößen-Fluktuationen jedoch in einem Wandern der Rotationsachse. Mit anderen Worten resultiert die Schrittgrößen-Fluktuation nicht nur in einer Winkelverrückung, welche von der gewünschten Größe abweicht, sondern auch in einer unpräzisen Geometrie der Rotationsbewegung. Dies ist schwieriger zu kompensieren als eine Variation der Größe der Bewegung. Das Problem kann als eine Folge der Tatsache angesehen werden, dass in dem Aufbau aus Referenz [1] keine Eins-zu-Eins-Entsprechung zwischen den drei Stellgliedern und den drei Rotationsachsen besteht. Diese Einschränkung wohnt dem Aufbau inne, da es aus der Geometrie der Kugel folgt.
  • Die zur Umsetzung des Aufbaus aus Referenz [1] benötigte Steuerelektronik ist ebenfalls relativ kompliziert, da die drei Stellglieder mit verschiedenen, sorgfältig koordinierten Steuersignalen versorgt werden müssen. Auch diese Einschrän kung folgt aus dem Fehlen einer Eins-zu-Eins-Entsprechung zwischen den Stellgliedern und den Rotationsachsen.
  • Andere Aufbauten von Trägheitsmotoren sind in den Referenzen [3 – 8] beschrieben.
  • V. N. Yakimov, "Scaning tunnelling microscope with a rotary piezoelectric stepping motor", Ref. Sci. Instrum. 67 (2), Seiten 384 – 386, beschreibt einen piezo-elektrischen Rotations-Schrittmotor mit einem Paar piezo-elektrischer Elemente. Die piezo-elektrischen Elemente werden in reibschlüssiger Klemmverbindung mit einem Rotor gehalten, welcher durch ein Paar Kugellager fixiert ist.
  • L. M. Eng et al., "Inexpensive, reliable control electronics for stick-slip motion in air and ultrahigh vacuum", Ref. Sci. Instrum. 67 (2), Seiten 401 – 405, beschreibt eine Vielzahl von Rutsch-Haft-Anwendungen, umfassend einen x-y-Translations-Tisch, eine z-Annäherungs-Vorrichtung, eine φ-Rotations-Vorrichtung oder eine δ-φ-Rotations-Spiegel-Vorrichtung. Die Translations-Bewegung wird durch ein oder mehrere Paare piezo-elektrischer Stellglieder bereitgestellt.
  • WO 00/54004 offenbart ein elektro-mechanisches Stellglied umfassend einen Lagerblock mit einer Vertiefung, in welcher ein Lagerring eingesetzt ist. Der Lagerring stellt einen Sitz für. einen Rotor bereit, welcher eine Bohrung des Lagerringes durchdringt. Der Lagerring kann in einem begrenzten Umfang relativ zu dem Lagerblock durch ein piezo-elektrisches Element rotiert werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung sieht eine Trägheits-Positionier-Vorrichtung vor, umfassend: eine Basisplatte; eine Deckplatte zur Befestigung eines zu rotierenden Elements; ein Rotations-Element mit einer Säule, auf welcher die Deckplatte in reibschlüssi ger Verbindung für eine Rutsch-Haft-Rotationsbewegung befestigt ist; und ein Paar piezo-elektrischer Stellglieder mit jeweils ersten und zweiten Enden, wobei die ersten Enden an der Basisplatte befestigt sind und die zweiten Enden an dem Rotations-Element befestigt sind, sodass eine simultane Betätigung der piezo-elektrischen Stellglieder die Säule des Rotations-Elements um eine Achse derselben rotiert.
  • Während der Verwendung ist es die Rate, genauer die Beschleunigung, der piezo-elektrischen Deformation der Stellglieder, welche bestimmt, ob die reibschlüssige Verbindung zwischen der Deckplatte und der Säule haftet oder rutscht. Rutsch-Haft-Rotationsbewegung der Deckplatte kann daher durch Anwenden eines geeigneten asymmetrischen Steuersignals auf die piezo-elektrischen Stellglieder erzeugt werden. Die piezoelektrischen Stellglieder werden mit demselben Steuersignal versorgt. In der Praxis wird dies in geeigneter Weise durch eine parallele Schaltung der beiden piezo-elektrischen Stellglieder erreicht. Die funktionale Form, welche für das Steuersignal benötigt wird, wird in der Referenz [2] im Zusammenhang mit linearen Trägheits-Positionieren detailliert diskutiert, ist aber auch auf die vorliegenden Rotations-Trägheits-Positionierer anwendbar.
  • Die piezo-elektrischen Stellglieder hängen vorzugsweise das Rotations-Element über der Basisplatte auf. Dieses Merkmal ist sehr vorteilhaft für Niedertemperatur-Anwendungen, da Kontraktion, insbesondere differentielle Kontraktion, welche während Temperaturzyklen stattfindet, nicht zu Spannungs-Brüchen der piezo-elektrischen Stellglieder oder zu Störungen der reibschlüssigen Verbindung führt. In einem alternativen Aufbau muss das Rotations-Element nicht aufgehängt werden, sondern könnte auch auf der Basisplatte mit Lagern oder Buchsen befestigt werden.
  • In einem Ausführungsbeispiel wird die Aufhängung des Rotations-Elementes über piezo-elektrische Stellglieder erreicht, welche von ihren ersten Enden aus freitragend sind, um das Rotations-Element mit ihren zweiten Enden aufzuhängen, wobei die simultane Betätigung der piezo-elektrischen Stellglieder eine Ausdehnung oder Kontraktion derselben in Längsrichtung verursacht. In diesem Ausführungsbeispiel können sich die piezo-elektrischen Stellglieder im Wesentlichen parallel zueinander auf gegenüberliegenden Seiten der Säule erstrecken. Andere Anordnungen, in welchen die Stellglieder sich tangential zu der Säulen- Peripherie erstrecken, können ebenfalls verwendet werden.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel wird die Aufhängung des Rotations-Elementes durch piezo-elektrische Stellglieder erreicht, welche unter dem Rotations-Element angebracht sind, wobei simultane Betätigung der piezo-elektrischen Stellglieder eine Scher-Verformung derselben verursacht.
  • Die piezo-elektrischen Stellglieder sind vorzugsweise piezoelektrische Stapel. Stapel werden wegen ihres hohen Elastizitätsmoduls ("Young's modulus") bevorzugt. Jedoch können auch piezo-elektrische Röhrchen oder andere piezo-elektrische Elemente verwendet werden.
  • In Ausführungsbeispielen der Erfindung hat die Säule einen zumindest teilweise zirkularen Querschnitt, sodass die Deckplatte zumindest in einem begrenzten Winkelbereich frei rotieren kann. Mit anderen Worten, der Querschnitt ist zirkular oder umfasst auf einem Kreis liegende, bogenförmige Abschnitte. Wenn der Querschnitt zirkular ist, kann die Deckplatte eine oder mehrere volle Rotationen ausführen.
  • Die Säule kann zylindrisch oder Kegelstumpf-förmig sein oder eine Vielzahl anderer Formen mit kreisförmigen Querschnitten aufweisen.
  • Die Deckplatte und die Säule sind vorzugsweise so strukturiert und/oder angebracht, dass sie eine Bewegung der Deck platte entlang der Rotationsachse verhindern. Dies kann auf viele Arten erreicht werden. Beispielsweise kann die Säule eine einfache Kegelstumpf-förmige Form aufweisen, welche sich nach oben verjüngt. Alternativ kann die Säule Kegelstumpfförmige Abschnitte mit entgegengesetzter Verjüngungsrichtung haben. Eine andere Alternative besteht darin, die Säule oder die Deckplatte mit einem Anschlag auszustatten, welcher so angeordnet ist, dass er eine Bewegung der Deckplatte entlang der Rotationsachse verhindert.
  • Die Deckplatte kann erste und zweite Teile umfassen, welche miteinander über einen federnden Spannmechanismus verbunden sind, welcher eine Klemmkraft für die reibschlüssige Verbindung zwischen der Deckplatte und der Säule definiert. Der federnde Spannmechanismus ist zur Variation der Klemmkraft einstellbar. Dies ist in der Praxis sehr nützlich, da der Betrieb der Vorrichtung nach dem Zusammenbau durch Einstellen der Klemmkraft optimiert werden kann. Eine einfach einstückige Deckplatte könnte verwendet werden, hat aber den Nachteil, dass Abnutzung die Klemmkraft-Charakteristik der reibschlüssigen Verbindung reduzieren würde. Eine einstücke Deckplatte kann dieses Problem jedoch bei Einbeziehung eines geeigneten Spannmechanismus vermeiden.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGSFIGUREN
  • Zum besseren Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie dieselbe verwirklicht werden kann, wird im Folgenden als Beispiel auf die begleitenden Zeichnungsfiguren verwiesen, in welchen:
  • 1A und 1B Seitenansichten und Draufsichten einer Trägheits-Rotation-Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik zeigen;
  • 2 eine schematische, perspektivische Ansicht einer Trägheits-Rotations-Vorrichtung mit ab genommener Deckplatte gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist;
  • 3 eine schematische, perspektivische Ansicht der Deckplatte für das erste Ausführungsbeispiel ist;
  • 4 eine schematische Draufsicht ist, welche die Funktionsprinzipien des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;
  • 5 ein Teilschnitt durch die Deckplatte des ersten Ausführungsbeispiels ist, welcher ihren Spannmechanismus darstellt;
  • 6A bis 6G verschiedene Möglichkeiten zur Anbringung der Deckplatte zeigen;
  • 7 eine schematische Draufsicht einer Trägheits-Rotations-Vorrichtung mit entfernter Deckplatte gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel ist;
  • 8 eine schematische, perspektivische Ansicht einer Trägheits-Rotations-Vorrichtung mit entfernter Deckplatte gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist; und
  • 9A und 9B schematische, perspektivische Ansichten eines Rotations-Elementes und einer Deckplatte gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Eine Trägheits-Rotations-Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 2 bis 5 beschrieben.
  • 2 ist eine schematische, perspektivische Ansicht der Trägheits-Rotations-Vorrichtung, deren Deckplatte entfernt ist, um die darunter liegenden Bauteile offen zu legen. Die Deckplatte ist, ebenfalls in perspektivischer Ansicht, in 3 dargestellt. 4 ist ein schematisches Diagramm, welches die Funktionsweise der Vorrichtung illustriert. 5 zeigt die Deckplatte im Querschnitt, um ihren Spannmechanismus offen zu legen.
  • Die grundlegenden Bauteile der Vorrichtung sind: Eine Basisplatte 10, welche in einem Bezugssystem befestigt wird; eine Deckplatte 20, welche beweglich, insbesondere rotierbar ist; ein Rotations-Element 16, mit einer aufrechten Säule 18; und ein Paar piezo-elektrischer Stellglieder 12, welche das Rotations-Element 16 mit der Basisplatte 10 verbinden. Das Rotations-Element 16 kann als Übertragungs- oder Steuerungs-Mechanismus zur Konvertierung linearer Impulse von den piezoelektrischen Stellgliedern 12 in eine Rotation der Deckplatte 20 betrachtet werden.
  • Die Deckplatte 20 besteht aus zwei Teilen 30 und 40, welche miteinander über einen federnden Spannmechanismus verbunden sind, welcher aus 3 nicht ersichtlich ist, aber in 5 gezeigt wird. Mit Bezugnahme auf die 2 und 3 kann die Endmontage der Vorrichtung, durch Einpassen der Deckplatte 20 auf die Säule 18 und Heruntergleiten dieser, sodass diese an eine Lippe anstößt, welche zwischen der äußeren Zylinderoberfläche der Säule und einem Stutzen 27 mit größerem Durchmesser ausgebildet wird, welcher eine untere Fortsetzung der Säule bildet, stattfinden. Die Lippe wirkt daher als Anschlag, welcher verhindert, dass die Deckplatte 20 während des Betriebs an der Säule 18 hinuntergleitet. Die beiden Deckplattenteile 30 und 40 haben einander gegenüberliegende V-Kerben 14, welche zusammen einen Raum bilden, in welchen die Säule 18 aufgenommen wird. Die beiden Teile 30 und 40 klemmen über ihre V-Kerben 14 auf der Säule 18 durch eine Klemmkraft, welche von dem federnden Spannmechanismus erzeugt wird. Diese Klemmwirkung schafft eine definierte, reibschlüssige Verbindung zwischen der Deckplatte 20 und der Säule 18.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel liegen die piezo-elektrischen Stellglieder 12 in Form von piezo-elektrischen Stapeln ("stacks") vor. Die Vorzüge der Verwendung von Stapeln in einem Trägheitsmotor werden in Referenz [2] detailliert besprochen. Kurz gesagt sind die Stapel steifer, d.h. sie haben ein größerer Elastizitätsmodul, als Röhrchen, was für ein gutes Funktionsverhalten wichtig ist. Jeder Stapel hat ein Paar elektrischer Anschlüsse 26 zum Empfangen eines Stellsignals. Die beiden Anschlusspaare 26 sind parallel verdrahtet (nicht dargestellt) und empfangen ein gemeinsames Steuersignal von einem externen Pulsgenerator (nicht dargestellt). Die benötigten Parameter des Steuersignals für einen Trägheitsmotor sind in Referenz [2] detailliert beschrieben. Die Beschreibungen in Referenz [2] sind auf den vorliegenden Fall anwendbar, ungeachtet der Tatsache, dass Referenz [2] sich ausschließlich mit linearen statt mit Rotations-Trägheits-Positionierern befasst.
  • Jedes piezo-elektrische Stellglied 12 ist an einem Ende an der Basisplatte 10 und an dem anderen Ende an dem Rotations-Element 16 befestigt. Dies wird durch adhesives Kleben mit einem Epoxydharz erreicht. Zu diesem Zweck sind auf der Basisplatte Flansche 24 vorgesehen, welche aufrechtstehende Erweiterungen des Hauptteils der Basisplatte bilden. Die Flansche 24 haben innere Oberflächen, an welche die piezo-elektrischen Stellglieder 12 jeweils an einem Ende geklebt werden. Die piezo-elektrischen Stellglieder sind mit ihren anderen Enden an die jeweils gegenüberliegenden, flachen Oberflächen des Rotations-Elementes 16 geklebt. Ebenso sind weitere Flansche 22 in der Basisplatte 10 vorgesehen. Die weiteren Flansche 22 haben Gewinde-Durchgangslöcher (sichtbar in einem der Flansche 22 in 2), welche es gestatten Schrauben (nicht dargestellt) einzusetzen, um die piezo-elektrischen Stellglieder während des adhesiven Klebeprozesses auf ihren Platz zu drücken. Nach dem Kleben werden die Schrauben entfernt. In der zusammengebauten Vorrichtung erstrecken sich die piezo-elektrischen Stellglieder horizontal und sind in einer freitragenden Anordnung knapp über einer oberen Oberfläche 28 der Basisplatte 10 aufgehängt.
  • Das Rotations-Element 16 umfasst die aufrechte zylindrische Säule 18 und zwei seitliche Erweiterungen 17, welche dazu dienen, die jeweiligen Klebeflächen für die piezo-elektrischen Stellglieder 12 bereitzustellen. Die beiden Klebeflächen liegen in der selben Ebene. Überdies ist die zylindrische Säule so angeordnet, dass die Achse des Zylinders in der Ebene der Klebeflächen liegt. Die Achse des Zylinders der Säule 18 bildet auch die Rotationsachse des Positionierers. Die oben beschriebene geometrische Anordnung der Klebeflächen in Bezug auf die Säule 18 stellt sicher, dass simultane Ausdehnungen und Kontraktionen der piezo-elektrischen Stellglieder 12 nicht in einer Netto-Verschiebung der Säule 18, sondern in einer reinen Rotation resultieren.
  • 4 zeigt die Situation schematisch. Die beiden Stellglieder 12 erzeugen die jeweiligen Kräfte F1 und F2 von jeweils gleicher Größe und entgegengesetzter Richtung, und haben Wirkungsrichtungen, welche von der Mittenachse O der Säule 18 gleiche Abstände haben. Die Kräfte F1 und F2 entstehen in der gemeinsamen Ebene der Klebeflächen. Diese Ebene wird in der Figur durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Überdies sind die Kräfte F1 und F2 beide tangential zu der Umfangsrichtung der zylindrischen Säule 18 gerichtet. Im Grenzfall kleiner Ausdehnungen oder Kontraktionen der piezo-elektrischen Stellglieder 12 sind die beiden simultan angewendeten Kräfte F1 und F2 daher äquivalent zu einer Rotationskraft, d.h. zu einem Drehmoment um die Mittenachse O der Säule 18. Obwohl die vorliegende Anordnung als eine einfache und effektive Art und Weise diese Notwendigkeiten zu erfüllen angesehen wird, wird darauf hingewiesen, dass andere mechani sche Anordnungen von zwei oder mehr linearen piezo-elektrischen Stellgliedern eine reine Rotation der Säule 18 bereitstellen können.
  • 5 zeigt die Deckplatte 20 im Querschnitt, um ihren Spannmechanismus offen zu legen. Das erste Teil 30 hat zwei innere Gewinde-Durchgangs-Löcher 44, welche koaxial mit zwei abgesenkten Bohrungen 38 in dem zweiten Teil 40 angeordnet sind, um Bolzen 40 aufzunehmen. Die Bolzen 40 werden in die Gewindelöcher 44 des ersten Teils geschraubt. Die Federspannung wird durch Schraubenfedern 42 bereitgestellt, welche unter Druckspannung zwischen den Köpfen der Bolzen 40 und dem Boden der abgesenkten Bohrungen 38 angeordnet sind. Die Klemmkraft, welche durch die Federn bereitgestellt wird, hängt von dem Grad ihrer Kompression ab und kann daher erhöht oder erniedrigt werden, indem die Bolzen 40 in die Gewindelöcher 44 hinein oder aus diesen herausgedreht werden. In der Figur wird die Säule 18 des Rotations-Elementes mit einer gestrichelten Linie dargestellt. Wie ersichtlich, klemmen die beiden Teile 30 und 40 der Deckplatte 20 auf der Säule 18, sodass die reibschlüssige Verbindung durch vier Kontaktlinien (welche sich senkrecht zu der Zeichenebene der Figur erstrecken) gebildet wird, zwei für jede V-Kerbe 14.
  • Beispiel: Im Folgenden werden spezifische Parameter für eine beispielhafte Vorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel angegeben. Abmessungen: Basisplatte 20 × 24 × 4 mm. Basisplatten-Flansche: 7 × 3,5 × 4,5 mm, wobei 4,5 mm die Höhe ist, d.h. die Höhe der Ausdehnung über die obere Oberfläche der Basisplatte. Die Säulenhöhe beträgt 6 mm. Der Säulendurchmesser ist 5 mm in dem oberen Abschnitt und 6 mm unterhalb der Anschlagslippe. Die seitlichen Erweiterungen erstrecken sich 10 mm von der Rotationsachse der Säule und sind 3 mm dick und 6 mm hoch. Die piezo-elektrischen Stellglieder sind 9 mm lang mit einer Fläche von 5 × 5 mm. Die Deckplattenteile 30 und 40 haben jeweils äußere Abmessungen von 24 × 12 × 6 mm. Die Tiefen der V-Kerben sind 3,5 mm und der Winkel der V-Kerben beträgt 90 Grad. Die Gewinde und Bohrungen sind für M2-Bolzen. Die Oberflächen der reibschlüssigen Verbindung sind mit Molybdän-Disulfid, einem festen Gleitmittel, beschichtet. Die Basisplatte, die Deckplattenteile und das Rotations-Element sind jeweils einstückige Teile aus Titan. Titan wird wegen seiner mechanischen Eigenschaften verwendet und da es nicht magnetisch ist. Diese beispielhafte Vorrichtung kann zwischen der Temperatur von flüssigem Helium und Raumtemperatur, in hohen magnetischen Feldern und im Hochvakuum betrieben werden. Die Vorrichtung ist so dimensioniert, dass sie bequem in ein 1 1/2 Zoll (38 mm) Bohrungsrohr, wie das eines Kryostaten-Einsatzes, passt. Die Vorrichtung arbeitet mit einem Steuersignal mit Spitze-zu-Spitze-Spannungen zwischen 5 und 70 V. Die Größe der Spannung bestimmt die Winkel-Schrittgröße. Zusätzlich ist die Winkel-Schrittgröße temperaturabhängig wegen der Temperaturabhängigkeit des piezoelektrischen Effektes.
  • Das obige Beispiel dient lediglich der Illustration. Beispielsweise können eine Vielzahl von Materialien anstelle von Titan verwendet werden. Ein anderes geeignetes Material ist rostfreier Stahl. In Referenz [2] findet sich eine Besprechung des Einflusses von Materialeigenschaften auf das Arbeitsverhalten von Trägheitsmotoren und eine Klassifizierung verschiedener Materialien bezüglich dieser Eigenschaften.
  • 6A bis 6G zeigen eine Anzahl verschiedener Ausführungen für die Befestigung zwischen der Deckplatte und der Säule. 6A zeigt die bereits in Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel beschriebene Ausführung. 6B zeigt eine Anordnung, in welcher ein Deckel auf der Deckplatte befestigt ist und mit dem oberen Ende der Säule in Kontakt steht, vorzugsweise in einem kleinen Oberflächenbereich, um Reibung, welche die Trägheitsrotation beeinflussen würde, zu reduzieren. 6C zeigt eine Deckplatte, in welcher jedes Teil eine Lippe aufweist, welche sich über einen kleinen Teil der oberen Oberfläche der Säule radial nach innen erstreckt. 6D zeigt eine Kegelstumpf-förmige Verjüngung eines Teils der Säule mit entsprechend geformten Deckplatten-Oberflächen. In diesem Fall können V-Kerben, wie im ersten Ausführungsbeispiel, verwendet werden. Alternativ könnten bogenförmige Vertiefungen in den Deckplattenteilen, welche sich über etwas weniger als 180 Grad erstrecken, verwendet werden. 6E und 6F zeigen Anordnungen, in welchen die Säule zwei Kegelstumpf-förmige Abschnitte von entgegengesetzter Verjüngungsrichtung aufweist. 6G zeigt eine Anordnung mit multiplen Kegelstumpf-förmigen Abschnitten, wobei zwei jeweils benachbart liegende Abschnitte entgegengesetzte Verjüngungsrichtungen aufweisen. Die Säulenausführungen der 6E, 6F und 6G sind zur Verwendung mit bogenförmigen Vertiefungen in den Deckplattenteilen vorgesehen.
  • 7 zeigt eine Trägheits-Rotations-Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel in Draufsicht. Die Figur zeigt die Vorrichtung mit entfernter Deckplatte. Die Deckplatte ist wie die oben in Bezug auf die 3 und 5 beschrieben aufgebaut. Der Gesamtaufbau entspricht in weiten Teilen dem des ersten Ausführungsbeispieles. Vorgesehen ist demnach: eine Basisplatte 10; ein Rotations-Element 16 mit einer aufrechten Säule 18 und seitlichen Erweiterungen 17; und ein Paar piezo-elektrischer Stellglieder 12, welche das Rotations-Element 16 mit der Basisplatte 10 verbinden. Jedes piezoelektrische Stellglied 12 ist an einem Ende an einer inneren Oberfläche eines Flansches 24 befestigt, welcher sich von der Basisplatte 10 nach oben erstreckt. Dies wird durch adhesives Kleben mit einem Epoxydharz erreicht. Im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel sind die anderen Enden der piezoelektrischen Stellglieder 12 jedoch nicht an die inneren Oberflächen der seitlichen Erweiterungen 17 des Rotations-Elements 16 geklebt. Stattdessen ist am dem Rotations-Element 16 benachbarten Ende jedes piezo-elektrischen Stellgliedes 12 eine Kugel 21 angeordnet. Piezo-elektrische Stellglieder mit einer derart am Ende angebrachten Kugel sind kommerziell erhältlich, da sie für kardanische Aufhängungen optischer Stan dardkomponenten verwendet werden. Jede Kugel 21 steht in tangentialem Kontakt mit der Oberfläche einer Lagebestimmungsvertiefung 23 für die zugeordnete Kugel, z.B. eine wie dargestellt konische Vertiefung. Jedes piezo-elektrische Stellglied 12 wird an seinem Kugelende durch Vorspannen mit einer Feder 29 sicher fixiert. Die Feder ist unter Druckspannung zwischen einer inneren Oberfläche eines weiteren Flansches 22, welcher sich von der Basisplatte 10 nach oben erstreckt, und einer Rückseite der seitlichen Erweiterung 17 angeordnet.
  • Die Anordnung gemäß diesem Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, dass es einen präziseren Wirkungspunkt der piezo-elektrischen Stellglieder auf das Rotations-Element gibt. Insbesondere wirkt jedes piezo-elektrische Stellglied in einem wohldefinierten Abstand von der Rotationsachse, welcher gleich dem Abstand zwischen dem Kontaktpunkt der Kugel mit der zugeordneten seitlichen Erweiterung (siehe 4) ist. Jegliche Tendenz einer Biegeverformung der piezo-elektrischen Stellglieder, welche in dem ersten Ausführungsbeispiel wegen des relativen großen Kontaktbereiches zwischen den piezoelektrischen Stellgliedern und ihren zugeordneten seitlichen Erweiterungen auftreten kann, ist dadurch grundsätzlich beseitigt. Da es weiterhin keine Verklebung der piezo-elektrischen Stellglieder mit dem Rotations-Element gibt, kann das Rotations-Element zusätzlich leicht entfernt und ersetzt werden.
  • 8 zeigt perspektivisch eine Trägheits-Rotations-Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit entfernter Deckplatte. Die Deckplatte ist wie oben in Bezug auf die 3 und 5 ausgeführt. Vorgesehen ist: eine Basisplatte 10; ein Rotations-Element 16 mit einer aufrechten Säule 18 und seitlichen Erweiterungen 17; und ein Paar piezo-elektrischer Stellglieder 13, welche das Rotations-Element 16 mit der Basisplatte 10 verbinden. Die piezoelektrischen Stellglieder 13 arbeiten im Scher-Verformungs-Modus, wie dies durch die Pfeile in der Figur angegeben wird.
  • Die piezo-elektrischen Stellglieder sind unter den jeweiligen unteren Oberflächen der seitlichen Erweiterungen 17 angeordnet. Das Rotations-Element 16 ruht daher auf den piezo-elektrischen Stellgliedern 13 anstatt in einer freitragenden Anordnung, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, aufgehängt zu sein. Jedes piezo-elektrische Stellglied ist mit einer unteren Oberfläche mit der Basisplatte 10 verbunden und mit einer oberen Oberfläche mit der unteren Oberfläche der zugeordneten seitlichen Erweiterung 17 verbunden. Der Betrieb der Vorrichtung wird aus der Beschreibung des Betriebs des ersten Ausführungsbeispieles verständlich. Wie in dem ersten Ausführungsbeispiel wird die simultane Betätigung der piezo-elektrischen Stellglieder 13 die Säule des Rotations-Elements um ihre eigene Achse rotieren.
  • 9A und 9B zeigen ein Rotations-Element und eine Deckplatte gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Trägheits-Rotations-Vorrichtung. Die Basisplatte und die piezoelektrischen Stellglieder sind dieselben wie die in dem Ausführungsbeispiel aus 7.
  • In 9A hat das Rotations-Element 16 einen unteren Teil umfassend seitliche Erweiterungen 17 und konische Vertiefungen 23, welche identisch zu der des Ausführungsbeispiels aus 7 sind. Das Rotations-Element hat jedoch eine Säule 18, welche sich von den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen unterscheidet. Die Säule hatte die Form eines hohlen Schaftes mit zwei vertikalen Schlitzen 19, welche sich von dem oberen Rand der Säule durch die Wände der hohlen Säule 18 nach unten erstrecken und auf dem oberen Rand umlaufend einander gegenüberliegend angeordnet sind. Diese Anordnung bildet eine Feder, sodass ein weiteren Schaft, welcher genau in den hohlen Schaft eingepasst ist, mit einer Klemmkraft erfasst wird.
  • In 9B umfasst die Deckplatte 20 eine obere Plattform 58, auf welcher ein zu rotierender Gegenstand befestigt werden kann, von welcher sich ein nach unten gerichteter Schaft er streckt, mit einem dickeren oberen Abschnitt 56, einem zentralen Abschnitt 50 zur reibschlüssigen Verbindung in der hohlen Säule 18 und einer dünneren unteren Erweiterung 52, welche mit vertikalen Streifenmarkierungen 54 zur Encoder-Rückkopplung versehen ist. Der dickere obere Abschnitt 56 dient dazu eine Anschlagslippe bereitzustellen, um das Nach-Unten-Gleiten der Deckplatte entlang der Rotationsachse während des Betriebs zu vermeiden. Der zentrale Abschnitt 50 hat einen äußeren Durchmesser, welcher in Verbindung mit dem inneren Durchmesser der hohlen Säule 18 derart dimensioniert ist, dass eine gewünschte Klemmkraft für die reibschlüssige Rutsch-Haft-Verbindung bereitgestellt wird. Die reibschlüssige Verbindung wird somit zwischen einer inneren Oberfläche der Säule und einer äußeren Oberfläche der Deckplatte gebildet, was im Gegensatz zu den vorherigen Ausführungsbeispielen steht, in welchen die reibschlüssige Verbindung zwischen einer äußeren Oberfläche der Säule und einer inneren Oberfläche der Deckplatte ausgebildet wird. Überdies wird die Klemmwirkung durch das Rotations-Element gebildet anstatt durch die Deckplatte, wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen.
  • Die Materialien für die Verbindungs-Oberflächen der Teile 50 und 18 können derart gewählt werden, sodass jegliche Abnützung vornehmlich an dem Deckplattenteil 50 auftritt. Dies ist vorteilhaft da die Deckplatte einfach ersetzt und wenn nötig als Verbrauchsgut behandelt werden kann.
  • Ein Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass der angetriebene Teil, d.h. das Rotations-Element, leichtgewichtig aufgebaut werden kann ohne die Stabilität zu beeinträchtigen. Überdies werden jegliche mechanische Verluste, welche aus der Relativbewegung zwischen den Deckplattenteilen in den vorherigen Ausführungsbeispielen resultieren, beseitigt.
  • Ein weiterer Vorteil ist, dass der Aufbau mit der hohlen Säule anpassungsfähig ist und an einen Encoder zum Messen der absoluten Winkelposition der Deckplatte angepasst werden kann. Die zum Encodieren in den 9A und 9B gezeigten optionalen Merkmale sind die untere Erweiterung 52 der Deckplatte 20, welche mit vertikalen Streifenmarkierungen 52 mit kontrastgebender Reflektivität versehen ist, und ein Fenster 25, welches in der Wand der hohlen Säule 18 vorgesehen ist, wobei das Fenster 25 in der zusammengebauten Vorrichtung den vertikalen Streifenmarkierungen 52 benachbart angeordnet ist. Das Fenster 25 dient zum Bereitstellen eines optischen Zuganges für eine konventionelle, opto-elektronische Sende- und Empfangseinheit (nicht dargestellt). Die opto-elektronische Sende- und Empfangseinheit kann direkt auf der Außenseite der Säule 18 angebracht werden. Die opto-elektronische Sende- und Empfangseinheit arbeitet als Signalgeber in einem konventionellen Encoder-Rückkopplungs-System (nicht dargestellt), um die Anzahl der vertikalen Strichmarken 52, welche überstrichen werden, wenn die Deckplatte rotiert wird, zu zählen. Auf diese Art und Weise kann eine absolute Rotations-Positionierung erreicht werden.
  • Es versteht sich, dass ein Encoder-System, wenn gewünscht, auch zu der Vorrichtung der vorherigen Ausführungsbeispiele hinzugefügt werden kann.
  • REFERENZEN
    • 1. Howald et al., "Piezo-electric inertial stepping motor with spherical rotator", Rev. Sci. Instrum., Band 63, Seiten 3909–3912 (1992)
    • 2. GB 2 316 222 A (Karrai)
    • 3. EP 0 747 977 A (Minolta)
    • 4. EP 0 675 589 A (Minolta)
    • 5. EP 464 764 A1 (Canon)
    • 6. US 5,410,206 (New Focus)
    • 7. WO 98/19347 A (Zrenner)
    • 8. Renner et al., Rev. Sci. Instrum., Band 61, Seiten 965–967 (1990)

Claims (10)

  1. Trägheits-Positionier-Vorrichtung umfassend: (a) eine Basisplatte (10); (b) eine Deckplatte (20) zur Befestigung eines zu rotierenden Elements; (c) ein Rotations-Element (16) mit einer Säule (18), auf welcher die Deckplatte (10) in reibschlüssiger Verbindung für eine Rutsch-Haft-Rotationsbewegung befestigt ist; und (d) ein Paar piezo-elektrischer Stellglieder (12) mit jeweils ersten und zweiten Enden, wobei die ersten Enden an der Basisplatte (10) befestigt sind und die zweiten Enden an dem Rotations-Element (16) befestigt sind, so dass eine simultane Betätigung der piezo-elektrischen Stellglieder (12) die Säule (18) des Rotations-Elements (16) um eine Achse derselben rotiert.
  2. Trägheits-Positionier-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die piezo-elektrischen Stellglieder (12) das Rotations-Element (16) über der Basisplatte (10) aufhängen.
  3. Trägheits-Positionier-Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die piezo-elektrischen Stellglieder (12) von ihren ersten Enden aus freitragend sind und das Rotations-Element (16) mit ihren zweiten Enden aufhängen, und dass die simultane Betätigung der piezo-elektrischen Stellglieder (12) eine Ausdehnung oder Kontraktion derselben in Längsrichtung verursacht.
  4. Trägheits-Positionier-Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die piezo-elektrischen Stellglieder (12) unter dem Rotations-Element (16) angebracht sind, und dass die simultane Betätigung der piezo-elektrischen Stellglieder (12) eine Scherverformung derselben verursacht.
  5. Trägheits-Positionier-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die piezo-elektrischen Stellglieder (12) so angebracht sind, dass diese mit ihren zweiten Enden bei im Wesentlichen gleichen Abständen von der Rotationsachse und auf gegenüberliegenden Seiten der Säule (18) mit dem Rotations-Element (16) in Kontakt stehen.
  6. Trägheits-Positionier-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckplatte (10) und die Säule (18) so strukturiert und angebracht sind, dass sie eine Bewegung der Deckplatte entlang der Rotationsachse verhindern.
  7. Trägheits-Positionier-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckplatte (10) erste und zweite Teile (30, 40) umfasst, welche miteinander über einen federnden Spannmechanismus verbunden sind, welcher eine Klemmkraft für die reibschlüssige Verbindung zwischen der Deckplatte (10) und der Säule (18) definiert.
  8. Trägheits-Positionier-Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der federnde Spannmechanismus zur Variation der Klemmkraft einstellbar ist.
  9. Trägheits-Positionier-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die reibschlüssige Verbindung zwischen einer äuße ren Oberfläche der Säule (18) und einer inneren Oberfläche der Deckplatte (10) ausgebildet ist.
  10. Trägheits-Positionier-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die reibschlüssige Verbindung zwischen einer inneren Oberfläche der Säule (18) und einer äußeren Oberfläche der Deckplatte (10) ausgebildet ist.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009057746A1 (de) * 2009-12-10 2011-06-16 Forschungszentrum Jülich GmbH Nanopositionierer
DE102011109590A1 (de) * 2011-08-05 2013-02-07 Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg Piezoelektrischer Drehantrieb für eine Welle
DE102021113751A1 (de) 2021-05-27 2022-12-01 Physik Instrumente (PI) GmbH & Co KG Antriebsvorrichtung, Antriebsmotor und Verfahren zum Antreiben einer Spindel
DE102022112809A1 (de) 2022-05-20 2023-11-23 Physik Instrumente (PI) GmbH & Co KG Antriebsvorrichtung, Antriebssystem, Stellsystem und Antriebsmotor

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7035056B2 (en) * 2001-11-07 2006-04-25 Asml Netherlands B.V. Piezoelectric actuator and a lithographic apparatus and a device manufacturing method
US6849989B2 (en) * 2002-10-31 2005-02-01 Andreas Schmid Translation and rotation positioning motor
FR2877090B1 (fr) * 2004-10-22 2007-05-11 Commissariat Energie Atomique Cryostat pour l'etude d'echantillons sous vide
DE102005026708B4 (de) * 2005-06-09 2007-05-03 Attocube Systems Ag Positionierer mit Festkörpergelenk
US7459834B2 (en) * 2005-06-22 2008-12-02 Qortek, Inc. Solid state gimbal system
WO2007022764A1 (de) 2005-08-24 2007-03-01 Smaract Gmbh Rotatorische trägheitsantriebsvorrichtung
JP2007158276A (ja) * 2005-12-08 2007-06-21 Ngk Insulators Ltd 圧電/電歪デバイス及び圧電/電歪デバイスの駆動方法
DE102006027406A1 (de) * 2006-06-13 2007-12-27 Siemens Ag Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung
DE102006052175B4 (de) 2006-11-02 2013-03-07 SmarAct Holding GmbH Trägheitsantriebsvorrichtung
US7884326B2 (en) * 2007-01-22 2011-02-08 Fei Company Manipulator for rotating and translating a sample holder
FR2913829B1 (fr) * 2007-03-14 2014-09-05 Cedrat Technologies Systeme de positionnement fin par moteur inertiel a base d'amplificateur mecanique
US8059346B2 (en) 2007-03-19 2011-11-15 New Scale Technologies Linear drive systems and methods thereof
US7884920B2 (en) * 2007-06-15 2011-02-08 Asml Netherlands B.V. Lithographic apparatus and pivotable structure assembly
JP2009097453A (ja) * 2007-10-18 2009-05-07 Denso Corp 内燃機関の制御装置
EP2051280A1 (de) 2007-10-18 2009-04-22 The Regents of the University of California Motorisierter Manipulator zur Positionierung einer TEM-Probe
US8674586B2 (en) * 2008-12-26 2014-03-18 Nikon Corporation Motor device, apparatus and driving method for rotor
US20100308690A1 (en) * 2009-06-08 2010-12-09 Luke Currano Mems piezoelectric actuators
US8593033B2 (en) * 2009-06-11 2013-11-26 Micronix Usa Multi-element, stick-slip piezo motor
WO2010149199A1 (en) * 2009-06-22 2010-12-29 Piezomotor Uppsala Ab Electromechanical motor
JP5269009B2 (ja) * 2010-07-30 2013-08-21 株式会社東芝 駆動装置
CN102005964B (zh) * 2010-12-29 2012-10-24 南昌工程学院 一种磁致伸缩式惯性冲击微型直线电机
US8754571B2 (en) * 2011-11-02 2014-06-17 Sergiy Pryadkin Two-axis inertial positioner
CN103391023A (zh) * 2013-07-25 2013-11-13 苏州大学 一种粘滑驱动跨尺度精密运动平台
CN103487556B (zh) * 2013-10-07 2015-10-28 复旦大学 一种超导相显微系统
CN103618473B (zh) * 2013-11-27 2016-08-17 苏州大学 一种上下预紧式粘滑驱动跨尺度精密运动平台
DE102014014997B4 (de) * 2014-10-09 2018-05-17 Attocube Systems Ag Haft-Gleit-Antrieb, insbesondere piezo-aktuierter Trägheitsantrieb
DE102015208591B4 (de) * 2015-05-08 2016-12-08 Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg Piezoelektrischer Drehantrieb mit einem als Blattfeder ausgebildeten Spannmittel
CN105084309B (zh) * 2015-07-30 2017-03-01 苏州大学张家港工业技术研究院 基于柔性铰链的可调预紧式粘滑驱动定位平台
CN105490581B (zh) * 2015-11-24 2017-08-25 西安交通大学 含有h型结构的高精度大扭矩压电旋转作动装置及方法
CN105553329B (zh) * 2016-02-03 2018-06-22 浙江师范大学 一种具有偏置压电振子的惯性压电旋转驱动器
JP2017184297A (ja) * 2016-03-28 2017-10-05 セイコーエプソン株式会社 圧電アクチュエーター、圧電モーター、ロボット、ハンドおよびポンプ
DE102018217709A1 (de) 2018-10-16 2020-04-16 Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg Linearantrieb

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4195243A (en) * 1978-11-06 1980-03-25 Sperry Corporation Piezoelectric wafer mover
US4455501A (en) * 1982-02-09 1984-06-19 Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha Precision rotation mechanism
JPS60118072A (ja) * 1983-11-30 1985-06-25 Toshiba Corp 回転微動機構
JPH0614789B2 (ja) * 1984-06-25 1994-02-23 株式会社東芝 テーブル微動方法およびこの方法を用いた微動装置
US4686440A (en) * 1985-03-11 1987-08-11 Yotaro Hatamura Fine positioning device
US5079471A (en) * 1990-06-04 1992-01-07 Martin Marietta Corporation High torque harmonic traction motor
US5225941A (en) 1990-07-03 1993-07-06 Canon Kabushiki Kaisha Driving device
DE4023311A1 (de) * 1990-07-21 1992-01-23 Omicron Vakuumphysik Verstellvorrichtung fuer mikrobewegungen
JPH06261559A (ja) 1993-03-09 1994-09-16 Minolta Camera Co Ltd ロ−タリ−アクチユエ−タ
US5410206A (en) * 1993-04-06 1995-04-25 New Focus, Inc. Piezoelectric actuator for optical alignment screws
US5589723A (en) 1994-03-29 1996-12-31 Minolta Co., Ltd. Driving apparatus using transducer
US5932110A (en) * 1995-02-13 1999-08-03 Aksys, Ltd. Dialysate conductivity adjustment in a batch dialysate preparation system
US6359370B1 (en) * 1995-02-28 2002-03-19 New Jersey Institute Of Technology Piezoelectric multiple degree of freedom actuator
US5786654A (en) 1995-06-08 1998-07-28 Minolta Co., Ltd. Movable stage utilizing electromechanical transducer
US5705878A (en) * 1995-11-29 1998-01-06 Lewis; Aaron Flat scanning stage for scanned probe microscopy
GB2316222B (en) 1996-08-05 1998-07-01 Karrai Haines Gbr Inertial positioner
DE19644550C1 (de) 1996-10-26 1998-06-10 Artur Dr Zrenner Piezoelektrischer oder elektrostriktiver Trägheitsantrieb zum Verschieben oder Positionieren von insbesondere schweren Objekten
DE19909913B4 (de) 1999-03-06 2004-01-15 NMI Naturwissenschaftliches und Medizinisches Institut an der Universität Tübingen Elektromechanische Antriebsvorrichtung

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009057746A1 (de) * 2009-12-10 2011-06-16 Forschungszentrum Jülich GmbH Nanopositionierer
DE102011109590A1 (de) * 2011-08-05 2013-02-07 Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg Piezoelektrischer Drehantrieb für eine Welle
US9106158B2 (en) 2011-08-05 2015-08-11 Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg Piezoelectric rotary drive for a shaft
DE102021113751A1 (de) 2021-05-27 2022-12-01 Physik Instrumente (PI) GmbH & Co KG Antriebsvorrichtung, Antriebsmotor und Verfahren zum Antreiben einer Spindel
DE102022112809A1 (de) 2022-05-20 2023-11-23 Physik Instrumente (PI) GmbH & Co KG Antriebsvorrichtung, Antriebssystem, Stellsystem und Antriebsmotor
WO2023222925A1 (de) 2022-05-20 2023-11-23 Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg Antriebsvorrichtung, antriebssystem, stellsystem und antriebsmotor

Also Published As

Publication number Publication date
DE60110107D1 (de) 2005-05-19
ATE293285T1 (de) 2005-04-15
GB0028511D0 (en) 2001-01-10
EP1336205A1 (de) 2003-08-20
JP3763059B2 (ja) 2006-04-05
GB2369489B (en) 2004-03-10
EP1336205B8 (de) 2005-06-08
JP2004523192A (ja) 2004-07-29
WO2002043162A1 (en) 2002-05-30
EP1336205B1 (de) 2005-04-13
US20040074300A1 (en) 2004-04-22
AU2002216052A1 (en) 2002-06-03
US6940210B2 (en) 2005-09-06
GB2369489A (en) 2002-05-29

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