Vorrichtung zur mehrachsig feinjustierbaren Lagerung eines Bauteils.Device for the multi-axis, finely adjustable mounting of a component.
Beschreibungdescription
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur mehrachsig feinjustierbaren Lagerung eines Bauteils für kleine Auslenkungen durch dessen mehrgliedrige Verbindung mit einem mehrgelenkigen Gestell mit zumindest vier, eine hohe axiale Steife aufweisenden Zweigelenkgliedern, deren Mittelachse durch zwei, mit Abstand zueinander angeordnete und zumindest einachsig drehbare Gelenke verläuft und die in einem statischen Wirkzusammenhang zueinander so angeordnet sind, dass a) drei Zweigelenkglieder (2Jι, 2J2, 2J3) einen virtuellen gemeinsamen Schnittpunkt (P) haben, b) dieser Schnittpunkt (P) der Ursprung eines kartesischen Koordinatensystems (x, y, z) ist, c) zwei (2Jι, 2J2) der drei Zweigelenkglieder (2J-ι, 2J2, 2J3) gemäß Punkt a) mit ihren Mittelachsen (MA) in einer ersten Ebene (YZ) des Koordinatensystems (x, y, z) liegen, d) das dritte (2J3) der drei Zweigelenkglieder (2Jι, 2J2, 2J3) gemäß Punkt a) mit seiner Mittelachse (MA) in einer zu der ersten Ebene (YZ) senkrechten zweiten Ebene (XY) des kartesischen Koordinatensystems liegt.The invention relates to a device for multi-axis, finely adjustable mounting of a component for small deflections by virtue of its multi-link connection to a multi-link frame with at least four two-joint members with high axial stiffness, the central axis of which runs through two spaced-apart and at least uniaxially rotatable joints and which are arranged in a static operative relationship to one another such that a) three two-bar links (2Jι, 2J 2 , 2J 3 ) have a virtual common intersection (P), b) this intersection (P) is the origin of a Cartesian coordinate system (x, y , z) is, c) two (2Jι, 2J 2 ) of the three two-joint members (2J-ι, 2J 2 , 2J 3 ) according to point a) with their central axes (MA) in a first plane (YZ) of the coordinate system (x, y, z) lie, d) the third (2J 3 ) of the three two-joint links (2Jι, 2J 2 , 2J 3 ) according to point a) with its central axis (MA) in one to the first plane (YZ) vertical second plane (XY) of the Cartesian coordinate system.
Ein Gestell mit einer derartigen Lagerung ist aus der EP0665389 bekannt und kann der Lagerung von optischen Bauteilen, wie beispielsweise Linsen oder vornehmlich auch Spiegeln, mit einer Feinjustierbarkeit der Auslenkungen des Gestells bis zu 2° mit einer Einstellgenauigkeit von 1" dienen. Das mit der bekannten Vorrichtung zu lagernde Bauteil kann maximal um zwei Achsen gedreht werden. Für die Drehung jeweils um eine Achse weist die Vorrichtung zwei schräg zueinander liegende Zweigelenkglieder auf, deren gedachte Verlängerung den Drehpol als virtuellen Schnittpunkt ergibt. Dieser
Schnittpunkt liegt bei der bekannten Lagerung in der oberen Oberfläche des zu lagernden Bauteils. Die beiden Zweigelenkglieder liegen in einer ersten Ebene, auf der die Drehachse entsprechend senkrecht steht. Wenn auch in der Beschreibung die Möglichkeit einer Lagerung über insgesamt drei Zweigelenk- glieder zur Lagerung in zwei Drehachsen erwähnt wird, wird hierfür doch grundsätzlich eine Lagerung über vier Zweigelenkglieder bevorzugt, da diese leichter und exakter anzusteuern sei. Die beiden zweiten Zweigelenkglieder (respektive das dritte Zweigelenkglied) sind ebenfalls auf den Schnittpunkt ausgerichtet und liegen in einer zweiten Ebene, die senkrecht auf der ersten Ebene steht. Damit ist die zweite Drehachse in einem statisch bestimmten System festgelegt bzw. ein kartesisches Koordinatensystem mit seinem Ursprung im Drehpol. Bei der bekannten Lagerung bleibt jedoch dessen dritte Achse unbeachtet, da maximal nur eine zweiachsig drehbare Lagerung realisiert werden soll.A frame with such a bearing is known from EP0665389 and can be used to support optical components, such as lenses or primarily mirrors, with a fine adjustment of the deflections of the frame up to 2 ° with an adjustment accuracy of 1 " The component to be mounted on the device can be rotated about a maximum of two axes, for rotation about one axis the device has two oblique articulated members, the imaginary extension of which gives the pivot as a virtual intersection The intersection lies in the known storage in the upper surface of the component to be stored. The two two-joint links lie in a first plane on which the axis of rotation is correspondingly perpendicular. Even though the description mentions the possibility of storage over a total of three two-bar links for mounting in two axes of rotation, storage over four two-bar links is generally preferred for this, since this is easier and more precisely to control. The two second two-joint links (or the third two-joint link) are also aligned with the intersection and lie in a second plane that is perpendicular to the first plane. The second axis of rotation is thus fixed in a statically determined system or a Cartesian coordinate system with its origin in the center of rotation. In the known storage, however, its third axis is ignored, since at most only a two-axis rotatable bearing is to be realized.
Die in der EP0665389 offenbarten Gelenke, die immer paarweise ein Zweigelenkglied bilden und an dessen gegenüberliegenden Enden angeordnet sind, sind einachsig gestaltet, sodass die für die hohe Einstellgenauigkeit erforderliche axiale Steif igkeit erreicht werden kann. Das führt jedoch dazu, das die jeweils in einer Ebene angeordneten Zweigelenkglieder auch nur eine einachsige Auslenkung zulassen. Um nun eine zweiachsig drehbare Lagerung zu realisieren, sind bei der bekannten Vorrichtung deshalb die beiden ersten Zweigelenkglieder für die erste Drehrichtung mit den beiden zweiten Zweigelenkgliedern für die zweite Drehrichtung in einem statisch seriellen Wirkzusammenhang zueinander angeordnet. Die Hintereinanderschaltung der entsprechenden Zweigelenkglieder wird dabei über einen relativ kompliziert aufgebauten Verbindungskörper als weiterem Konstruktionselement in dem bekannten Gestell erreicht, der zudem durch einen sphärisch geführten Linearmotor automatisch angesteuert werden muss. Dabei soll eine hohe Kippdynamik in einem Bereich bis 400 Hz erreicht werden. Grundsätzlich sind Reihenschaltungen von Zweigelenkgliedern aber als nachteilig anzusehen, da sich dadurch eine Addition der an jedem Zweigelenkglied auftretenden
Justagefehler und eine Verminderung der für die hohe Einstellgenauigkeit erforderlichen axialen Steifigkeit des Gestells ergeben. Deshalb ist bei der bekannten Vorrichtung zumindest ein weiteres Zweigelenkglied vorgesehen, das in deren Längsachsenrichtung angeordnet ist und nur der axialen Versteifung dient.The joints disclosed in EP0665389, which always form a two-joint link in pairs and are arranged at its opposite ends, are of uniaxial design, so that the axial rigidity required for the high setting accuracy can be achieved. However, this leads to the fact that the two-joint members arranged in each case in one plane only permit uniaxial deflection. In order to realize a two-axis rotatable mounting, the two first two-joint members for the first direction of rotation with the two second two-joint members for the second direction of rotation in the known device are therefore arranged in a statically serial operative relationship to one another. The series connection of the corresponding two-joint links is achieved via a relatively complicated connecting body as a further construction element in the known frame, which must also be controlled automatically by a spherical linear motor. The aim is to achieve high tilting dynamics in a range up to 400 Hz. In principle, however, series connections of two-link elements are to be regarded as disadvantageous, since this results in an addition of those occurring at each two-link element Adjustment errors and a reduction in the axial rigidity of the frame required for the high setting accuracy. For this reason, at least one further two-joint member is provided in the known device, which is arranged in its longitudinal axis direction and only serves for the axial stiffening.
Reihenschaltungen der einzelnen Gelenkglieder sind auch noch aus verschiedenen anderen Druckschriften zum Stand der Technik bekannt. Hierbei handelt es ich in der Regel um Führungen in reihengeschalteten Stapelanordnungen. Beispielsweise ist aus der FR2761486 eine Vorrichtung zur Feinjustierung im μm-Bereich um maximal sechs Freiheitsgrade bekannt, die drei einzelne Türme mit jeweils drei einstellbaren Mikrometerschrauben aufweist. Mit den drei Türmen ist ein Support für das zu lagernde Bauteil verbunden, der relativ zu einem Rahmen sechsachsig feinjustierbar ist. Weiterhin sind Vorrichtungen bekannt, die durch eine geeignete Anordnung von Kugellagern eine kardanische Lösung realisieren und durch eine Kombination mit Hubtischen und Goniometern mit sphärische Laufbahnen die Lagerung realisieren.Series connections of the individual joint members are also known from various other prior art publications. I usually use guides in stacked arrangements. For example, from FR2761486 a device for fine adjustment in the μm range by a maximum of six degrees of freedom is known, which has three individual towers, each with three adjustable micrometer screws. A support for the component to be stored is connected to the three towers and can be finely adjusted in six axes relative to a frame. Furthermore, devices are known which implement a cardanic solution by means of a suitable arrangement of ball bearings and which implement the bearing by means of a combination with lifting tables and goniometers with spherical raceways.
Als Vorrichtung für eine sechsachsige, axial steife Lagerung mit einem statisch parallelen Wirkzusammenhang zwischen den einzelnen Zweigelenken ist der sogenannte „Hexapode" als klassische Ausführungsform beispielsweise aus der FR2757440 bekannt. Hierbei handelt es sich um eine sechsbeinige Justieranordnung mit sechs längenverstellbaren Stäben, die in einem Kreis zickzack- förmig angeordnet sind. Die Stäbe sind als Zweigelenkglieder mit jeweils einem Kugellager an jedem Ende ausgeführt. Kugellager bergen jedoch eine Reihe von nicht immer tolerierbaren Nachteilen, wie beispielsweise stochastische Bewegungsfehler durch die herstellungsbedingten Formtoleranzen der aufeinander abwälzenden Kugeloberflächen und Laufbahnen, die eine hochpräzise Reproduzierbarkeit der Einstellungen verhindern. Wird diese Unebenheit durch Schmierstoffe oder Beschichtungen ausgeglichen, sind solche Kugellager nur noch bedingt einsatzfähig, insbesondere für einen
Betrieb unter Vakuumbedingungen sind sie dann nicht mehr geeignet. Der größere Nachteil bei Verwendung von Hexapoden ist jedoch in dem komplizierten Zusammenwirken der einzelnen Zweigelenkglieder zur Erzielung der mehrachsigen Verstellungen zu sehen. Selbst für einachsige Verstellungen sind in der Regel alle sechs Zweigelenkglieder zu bewegen oder in ihrer Länge zu verstellen, wobei die sich bedingenden Abhängigkeiten nicht ohne Weiteres erkennbar sind. Eine manuelle Verstellung ist deshalb nur schwer möglich und wenn, nur unter Zuhilfenahme zuvor aufwändig erstellter Tabellenwerke. Als Abhilfe ist hier nur eine computerunterstützte automatische Steuerung anzusehen, für die jedoch umfangreiche und zeitaufwändige Computerprogramme erstellt werden müssen. Durch die automatische Steuerung, die insbesondere kostenintensiv ist, werden darüber hinaus zur Erzielung der Längenänderungen elektrisch betriebene Stellmotoren erforderlich, deren Wärmeeintrag in das Gesamtsystem sich aber empfindlich störend auswirken kann und damit unerwünscht ist.The so-called "hexapode" is known as a classic embodiment, for example from FR2757440, as a device for a six-axis, axially rigid bearing with a statically parallel operative connection between the individual two joints. This is a six-legged adjustment arrangement with six length-adjustable rods arranged in a circle The rods are designed as two-joint links, each with a ball bearing at each end. However, ball bearings have a number of disadvantages that are not always tolerable, such as stochastic movement errors due to the manufacturing-related shape tolerances of the rolling surface of the balls and raceways, which ensure highly precise reproducibility If this unevenness is compensated by lubricants or coatings, such ball bearings are only of limited use, especially for one Operation under vacuum conditions is then no longer suitable. The greater disadvantage when using hexapods is, however, to be seen in the complicated interaction of the individual two-joint elements in order to achieve the multi-axis adjustments. Even for uniaxial adjustments, as a rule, all six two-joint links have to be moved or their length adjusted, the dependent dependencies not being readily recognizable. Manual adjustment is therefore difficult and if only with the help of previously complex tables. The only remedy here is a computer-assisted automatic control system, for which extensive and time-consuming computer programs have to be created. Due to the automatic control, which is particularly cost-intensive, electrically operated servomotors are also required to achieve the length changes, but their heat input into the overall system can have a sensitive disruptive effect and is therefore undesirable.
Ausgehend von der zuerst genannten Druckschrift EP0665389, die den der Erfindung am nächsten liegenden Stand der Technik offenbart, ist es die Aufgabe für die vorliegende Erfindung, eine Vorrichtung zur feinjustierbaren mehrachsigen Lagerung eines Bauteils der oben genannten Art so weiterzubilden, dass das zu lagernde Bauteil in maximal sechs Freiheitsgraden um den Ursprung des kartesischen Koordinatensystems bewegbar ist. Dabei sollen die Auslenkungen ohne großen Aufwand an rechnerischen Vorgaben und anzusteuernden Antrieben realisierbar und möglichst weitgehend unabhängig voneinander einfach ausführbar sein. Die Anzahl der erforderlichen Stellbewegungen soll möglichst gering gehalten werden. Die axiale Steifigkeit der Lagerung soll erhalten bleiben. Mit einem möglichst geringen Kostenaufwand soll eine besonders feinfühlig verstellbare, hochgenaue und schwingungsbeständige mechanische Lagerung realisiert werden.Starting from the first-mentioned document EP0665389, which discloses the prior art closest to the invention, the object of the present invention is to develop a device for the finely adjustable multi-axis mounting of a component of the above-mentioned type in such a way that the component to be stored in a maximum of six degrees of freedom can be moved around the origin of the Cartesian coordinate system. The deflections should be able to be implemented without great effort on the basis of arithmetic specifications and the drives to be controlled and should be simple and largely independent of one another as far as possible. The number of required positioning movements should be kept as low as possible. The axial rigidity of the bearing should be retained. A particularly sensitively adjustable, highly precise and vibration-resistant mechanical bearing should be realized with the lowest possible cost.
Als Lösung für diese Aufgabe ist bei der Erfindung vorgesehen, dass das Gestell für eine dreiachsige, in maximal sechs möglichen kartesischen Achsen
feinjustierbare Lagerung des Bauteils sechsgelenkig mit sechs, dreiachsige Gelenke aufweisenden Zweigelenkgliedern ausgeführt ist und alle Zweigelenkglieder in einem statisch parallelen Wirkzusammenhang zueinander angeordnet sind, wobei e) das vierte Zweigelenkglied mit seiner Mittelachse ebenfalls in der zweiten Ebene liegt, f) ein fünftes Zweigelenkglied vorgesehen ist, das mit seiner Mittelachse ebenfalls in der ersten Ebene liegt, und g) ein sechstes Zweigelenkglied vorgesehen ist, das mit seiner Mittelachse in der von dem kartesischen Koordinatensystem aufgespannten dritten Ebene liegt.As a solution to this problem, the invention provides that the frame for a three-axis, in a maximum of six possible Cartesian axes Precisely adjustable mounting of the component is designed with six joints with six, three-axis joints, two-joint members and all two-joint members are arranged in a statically parallel working relationship, e) the fourth two-joint member with its central axis also lies in the second plane, f) a fifth two-joint member is provided, which also lies in the first plane with its central axis, and g) a sixth two-joint link is provided which lies with its central axis in the third plane spanned by the Cartesian coordinate system.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird in ihrer prinzipiell allgemeinen Form charakteristisch beschrieben durch eine Anordnung von sechs Zweigelenkglie- dem zu Erzeugung einer dreiachsigen Auslenkung in einem kartesischen Koordinatensystem, das heißt um insgesamt maximal sechs kartesische Achsen (drei rotatorische, drei translatorische). Die grundlegende Annahme zur Realisierung geht davon aus, dass für kleine Rotationen eines strebenbasierten Systems die Rotationsachsen durch den theoretischen Schnittpunkt der Streben definiert werden. Dadurch ist die Wirkweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung äußerst einfach, die einzelnen Auslenkungen, die sich gegenseitig nur äußerst gering beeinflussen, können durch manuelle Verstellung von einem bis höchstens drei Zweigelenkgliedern erreicht werden, wobei bestimmte Auslenkrichtungen entsprechend bevorzugt werden können. Die Lagerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist statisch eindeutig bestimmt und in einem besonderen Maße axial stabil und schwingungsfest. Dadurch können höchste Einstellgenauigkeiten erreicht werden. Zu einer weiteren Verbesserung dieser Genauigkeiten trägt auch der statisch parallele Wirkzusammenhang zwischen den sechs Zweigelenkgliedern bei. Durch deren Parallelschaltung werden auftretende Fehler stochastischer und auch systematischer Natur nicht aufaddiert, sodass der Gesamtfehler relativ gering
bleibt. Vorbestimmte Einstellungen können spielfrei und mit höchster Genauigkeit reproduziert werden.The device in accordance with the invention is characterized in its principle general form by an arrangement of six two-bar links for generating a three-axis deflection in a Cartesian coordinate system, that is to say a total of a maximum of six Cartesian axes (three rotatory, three translational). The basic assumption for the realization assumes that for small rotations of a strut-based system, the axes of rotation are defined by the theoretical intersection of the struts. As a result, the mode of operation of the device according to the invention is extremely simple; the individual deflections, which influence one another only extremely little, can be achieved by manual adjustment of one to a maximum of three two-articulated members, with certain deflection directions being able to be preferred accordingly. The storage of the device according to the invention is statically clearly determined and axially stable and vibration-proof to a particular degree. This enables the highest setting accuracy to be achieved. The statically parallel interrelation between the six two-bar links also contributes to a further improvement in these accuracies. By connecting them in parallel, occurring errors of a stochastic and systematic nature are not added up, so that the overall error is relatively low remains. Predefined settings can be reproduced with no play and with the greatest accuracy.
Das erste, zweite und dritte Zweigelenkglied bilden eine erste Gruppe aus Zweigelenkgliedern, die den Ursprung eines kartesischen Koordinatensystem und die Ausrichtung der drei kartesischen Ebenen festlegen. Dabei werden zwei Ebenen durch die Lage der Zweigelenkglieder bestimmt, die dritte Ebene ergibt sich automatisch aus der Orthogonalitätsbedingung im Ursprung, sodass in dieser Ebene kein Zweigelenkglied aus der ersten Gruppe liegt. Das vierte, fünfte und sechste Zweigelenkglied bilden eine zweite Gruppe aus Zweigelenkgliedern, die jeweils in einer der drei Ebenen liegen. Ihre Anordnung ist relevant für die zu erzielenden Auslenkungen. Liegen die Zweigelenkglieder mit beliebiger, aber natürlich technisch sinnvoller Orientierung in den Ebenen, ergeben sich kombinierte Auslenkungen, die unter Umständen gar nicht erforderlich sind.The first, second and third two-joint members form a first group of two-joint members which define the origin of a Cartesian coordinate system and the alignment of the three Cartesian planes. Two levels are determined by the position of the two-joint links, the third level automatically results from the orthogonality condition in the origin, so that there is no two-link link from the first group in this level. The fourth, fifth and sixth two-bar link form a second group of two-bar links, each lying in one of the three levels. Their arrangement is relevant for the deflections to be achieved. If the two-joint links lie in the planes with any, but of course technically sensible, orientation, there are combined deflections that may not be necessary.
Deshalb ist es nach Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung besonders sinnvoll und vorteilhaft, wenn zur Erzeugung von rotatorischen Auslenkungen zumindest ein Zweigelenkglied aus der von dem vierten, fünften und sechsten Zweigelenkglied gebildeten zweiten Gruppe mit einem definierten Abstand zum Ursprung des kartesischen Koordinatensystems angeordnet ist oder wenn zur Erzeugung von translatorischen Auslenkungen zumindest ein Zweigelenkglied aus der von dem vierten, fünften und sechsten Zweigelenkglied gebildeten zweiten Gruppe parallel zu jeweils einem Zweigelenkglied aus der von dem ersten, zweiten und dritten Zweigelenkglied gebildeten ersten Gruppe angeordnet ist. Für rotatorische Auslenkungen wird auf diese Weise ein Hebelarm erzeugt, der direkt manuell genutzt wird oder auch der Befestigung eines Antriebs dienen kann. Bei der translatorischen Beweglichkeit werden durch die vorgesehene Anordnung der weiteren Zweigelenkglieder Parallelogramme erzeugt, die eine Parallelverschiebung der entsprechenden Körperkanten ermöglichen. Auf die weitere Wirkungsweise von solchermaßen angeordneten Zweigelenkgliedern soll an dieser Stelle nicht
weiter eingegangen werden, zu Vermeidung von Wiederholungen wird statt dessen auf die Ausführungsbeispiele im speziellen Beschreibungsteil verwiesen.Therefore, according to embodiments of the device according to the invention, it is particularly expedient and advantageous if at least one two-joint member from the second group formed by the fourth, fifth and sixth two-joint member is arranged at a defined distance from the origin of the Cartesian coordinate system in order to generate rotary deflections, or if it is used for generation of translational deflections, at least one two-joint member from the second group formed by the fourth, fifth and sixth two-joint member is arranged parallel to one two-joint member from the first group formed by the first, second and third two-joint member. For rotary deflections, a lever arm is generated in this way, which can be used directly manually or can also be used to fasten a drive. In the case of translational mobility, parallelograms are generated by the arrangement of the further two-articulated elements, which enable a parallel displacement of the corresponding body edges. The further mode of action of two-jointed members arranged in this way should not be discussed here to avoid repetition, reference is instead made to the exemplary embodiments in the special description part.
Für die erfindungsgemäße Vorrichtung können die unterschiedlichsten Anwendungen vorgesehen sein. Eine häufige Anwendung wird die Lagerung eines Kippspiegels sein, um einen auf dessen Oberfläche auftreffenden Lichtstrahl so genau reflektieren zu können, dass selbst in einer Entfernung von 20 m bis 30 m noch eine punktgenaue Justage mit höchster Genauigkeit möglich ist. Gerade aber bei Anwendungen mit optischen Bauteilen, die in Interaktion mit Lichtstrahlen stehen, ist es wichtig, dass diese nicht durch weitere Konstruktionselemente, insbesondere eben auch der Lagerung des Bauelements, behindert werden. Deshalb ist bei einer nächsten Erfindungsausgestaltung vorteilhaft vorgesehen, dass die Zweigelenkglieder geringfügig aus den drei Ebenen des kartesischen Koordinatensystems versetzt angeordnet sind. Eine Änderung im Wirkprinzip der Lagerung der erfindungsgemäße Vorrichtung wird dadurch nicht hervorgerufen. Der Anwender ist jedoch in der Lage, die Anordnung der einzelnen Zweigelenkglieder in einem gewissen Umfang zu modifizieren. Dies soll mit dem Begriff „geringfügig" ausgedrückt werden, da eine Angabe in mm hier wegen der Abhängigkeit von anderen Konstruktionsparametern nicht sinnvoll erscheint. Wichtig ist, dass das jeweilige Zweigelenkglied nur so weit aus der entsprechenden Ebene herausgenommen wird, dass der Lichtstrahl nicht abgeschattet wird. Weiterhin kann dadurch die Montierbarkeit der einzelnen Zweigelenkglieder erleichtert werden. Aus dem Stand der Technik bekannte Maßnahmen wie die Schaffung einer freien Zugänglichkeit von der Bauteilunterseite oder konstruktive Ausnehmungen in „störenden" Bauteilen sind bei der Erfindung nicht erforderlich.A wide variety of applications can be provided for the device according to the invention. A frequent application will be the mounting of a tilting mirror in order to be able to reflect a light beam striking its surface so precisely that even at a distance of 20 m to 30 m, precise adjustment is still possible with the greatest accuracy. However, especially in applications with optical components that interact with light beams, it is important that these are not hindered by other construction elements, in particular the storage of the component. Therefore, in a next embodiment of the invention, it is advantageously provided that the two-joint members are arranged slightly offset from the three levels of the Cartesian coordinate system. A change in the operating principle of the mounting of the device according to the invention is not brought about by this. However, the user is able to modify the arrangement of the individual two-joint links to a certain extent. This is to be expressed with the term "slightly", since an indication in mm does not seem to make sense here due to the dependency on other construction parameters. It is important that the respective two-articulated link is only removed from the corresponding plane to such an extent that the light beam is not shadowed Measures known from the prior art, such as providing free access from the underside of the component or constructive recesses in “disruptive” components, are not required in the invention.
Eine weitere Modifikation der Anordnung der einzelnen Zweigelenkglieder bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist möglich, wenn nach einer nächsten Erfindungsausgestaltung die Anordnung der sechs Zweigelenkglieder in dem
sechsgelenkigen Gestell zusätzlich an die Abmessungen des zu lagernden Bauteils angepasst ist. Auch hier wird das Wirkprinzip der Anordnung nicht verändert. Da aber bei dem Verteilungsschema der einzelnen Zweigelenkglieder eine Ebene auftreten kann, in der nur ein Zweigelenkglied angeordnet ist, ist es beispielsweise bei flachen, rechteckigen Bauteilen (Spiegel) möglich, diese Ebene auf die schmale Stirnseite des Bauteils zu legen. Probleme der Lagerung der Zweigelenkglieder sind damit vermieden. Dabei wird gemäß einer nächsten Erfindungsausgestaltung vorausgesetzt, dass die Bauteilachsen koaxial zu den kartesischen Achsen ausgerichtet sind. Eine solche Zuordnung, zu der die parallele Zuordnung zählt, zu den einzelnen Ebenen und Achsen des kartesischen Koordinatensystem verschafft eine größere Übersichtlichkeit bei der Zuordnung der Elemente und der zu erzielenden Auslenkungen. Sie ist aber durchaus nicht immer erforderlich oder möglich. Beispielsweise können auch Quader über eine Spitze oder Kugeln gelagert werden.A further modification of the arrangement of the individual two-joint elements in the device according to the invention is possible if, according to the next embodiment of the invention, the arrangement of the six two-joint elements in the six-articulated frame is also adapted to the dimensions of the component to be stored. Here too, the principle of operation of the arrangement is not changed. However, since in the distribution scheme of the individual two-joint members a plane can occur in which only one two-joint member is arranged, it is possible, for example in the case of flat, rectangular components (mirrors), to place this plane on the narrow end face of the component. Problems with the storage of the two-joint links are thus avoided. According to a next embodiment of the invention, it is assumed that the component axes are aligned coaxially with the Cartesian axes. Such an assignment, to which the parallel assignment belongs, to the individual levels and axes of the Cartesian coordinate system provides greater clarity in the assignment of the elements and the deflections to be achieved. However, it is not always necessary or possible. For example, cuboids can also be stored over a tip or balls.
Die aus dem der Erfindung zunächst liegenden Stand der Technik bekannten Zweigelenkglieder sind konstruktiv nicht veränderlich und einachsig aufgebaut, das heißt, sie erlauben eine Kippung nur entlang einer Achse, um die hohe geforderte axiale Steifigkeit zu gewährleisten. Die Kippwinkel werden durch Verschiebung der gesamten Zweigelenkglieder über einen zentralen Antrieb, der auf einer Kugelschale geführt wird, erreicht. Wichtig für diese Anwendung ist jedoch vor allem auch die hohe zu erreichende Dynamik der Kippbewegung mit bis zu 400 Verstellungen pro Sekunde. Bei Anwendungen, die jedoch darauf ausgelegt sind, möglichst wenige Verstellungen vornehmen zu müssen, um den gesamten Aufbau möglichst wenig zu stören, kann es dagegen vorteilhaft wenn, wenn nach einer weiteren Fortführung der Erfindung die Zweigelenkglieder entlang ihrer Mittelachse längenveränderlich aufgebaut sind. Dies kann beispielsweise durch eine Spindelkonstruktion realisiert werden, die den Vorteil einer hohen axialen Steifigkeit aufweist. Bei einer solchen Konstruktion ist es dann möglich, dass gemäß einer nächsten Erfindungsausgestaltung für jede Auslenkung bezüglich einer der sechs kartesischen
Achsen eine eigene Einrichtung zur Längenänderung oder Verschiebung der Gelenke oder Zweigelenkglieder vorgesehen ist. Hierbei kann es sich dann um die erwähnten Spindeln handeln. Die einzelnen Zweigelenkglieder können aber auch in dem Gestell verschieblich gelagert sein, beispielsweise über Mikrometerschrauben.The two-articulated members known from the prior art, which are initially based on the invention, are structurally not changeable and uniaxially constructed, that is, they allow tilting only along one axis in order to ensure the high required axial rigidity. The tilt angles are achieved by moving the entire two-joint links via a central drive that is guided on a spherical shell. However, what is important for this application is above all the high dynamic of the tilting movement that can be achieved with up to 400 adjustments per second. In applications which, however, are designed to have to make as few adjustments as possible in order to disturb the entire structure as little as possible, it can be advantageous, however, if, after a further development of the invention, the two-joint members are constructed to vary in length along their central axis. This can be achieved, for example, by a spindle construction that has the advantage of high axial rigidity. With such a construction it is then possible that according to a next embodiment of the invention for each deflection with respect to one of the six Cartesian Axes a separate device for changing the length or shifting the joints or two-joint links is provided. This can then involve the spindles mentioned. However, the individual two-articulated links can also be displaceably mounted in the frame, for example using micrometer screws.
Die dreichachsig drehbare Auslegung der Gelenke ermöglicht die einfachen Auslenkmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einer Parallelanordnung aller Zweigelenkglieder in der Lagerung. Dabei ist jedoch darauf zu achten, dass die Gelenke auch die an sie gestellten Anforderungen erfüllen. Eine Verwendung von Kugellagern als klassische dreiachsige Gelenke birgt die bereits eingangs erwähnten Nachteile, insbesondere den hohen stochasti- schen topographischen Fehler durch die unebenen Abwälzflächen und die häufige Untauglichkeit für einen Betrieb im Vakuum. Gleiches gilt für kardanische Anordnungen aus rotatorischen Kugel- oder Gleitlagern sowie kugelförmigen Einsätzen, die in umhüllenden Gehäusen gelagert werden. Deshalb können nach einer anderen Erfindungsausgestaltung die dreiachsigen Gelenke als flexible Gelenke ausgebildet sein. Dabei muss die axiale Steifigkeit der Lagerung gewährleistet sein. Flexible Gelenke sind an sich bekannt und erfüllen die an sie gestellten Bedingungen. Ausführungsformen solcher Gelenke umfassen Blattfedergelenke, die auch über Kreuz angeordnet sein können, Kreuzfedergelenke und Festkörpergelenke. Hierbei handelt es sich um monolithische Lösungen mit entsprechenden Materialeinschnürungen.The three-axis rotating design of the joints enables the simple deflection possibilities of the device according to the invention with a parallel arrangement of all two-joint members in the storage. However, it must be ensured that the joints also meet the requirements placed on them. The use of ball bearings as classic three-axis joints harbors the disadvantages already mentioned at the outset, in particular the high stochastic topographical errors due to the uneven rolling surfaces and the frequent unsuitability for operation in a vacuum. The same applies to cardanic arrangements made of rotary ball or slide bearings as well as spherical inserts that are stored in enveloping housings. Therefore, according to another embodiment of the invention, the three-axis joints can be designed as flexible joints. The axial rigidity of the bearing must be guaranteed. Flexible joints are known per se and meet the conditions imposed on them. Embodiments of such joints include leaf spring joints, which can also be arranged crosswise, cross spring joints and solid-state joints. These are monolithic solutions with corresponding material constrictions.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn nach einer nächsten Erfindungsausgestaltung das flexible Gelenk als elastisches Fasergelenk mit zwei starren, als Fassungen ausgebildeten Gelenkenden und einem kurzen Stück Fasermaterial als dazwischen liegendem Verformungsbereich ausgebildet ist. Insbesondere kann nach einer weiteren Ausgestaltung das Fasermaterial als Stahlseil ausgebildet sein. Ein derartiges elastisches Fasergelenk ist einfach in seinem Aufbau und in seiner Fertigung. Durch die Existenz von geeigneten Halbzeugen werden konstruktive Vorgaben, die nur über eine
Materialbearbeitung zu erreichen sind (Einschnürungen) vermieden. Es verbindet die Vorteile der Biegegelenke (Spielfreiheit, Reproduzierbarkeit, Vakuumtauglichkeit) mit der dreiachsigen Beweglichkeit von klassischen Kugelgelenken. Die axiale Steifigkeit ist sehr hoch gegenüber monolithischen, biegsamen Bauelementen. Mit dem Verhältnis der freiliegender Länge des Fasermaterials zwischen den Gelenkenden zu seinem Durchmesser werden die möglichen Biegewinkel bestimmt. Mit dem Querschnitt des Fasermaterials werden die Belastbarkeit sowie die axiale Zug- und Drucksteifigkeit festgelegt. Durch den gefaserten Aufbau des Verformungsbereichs zerbricht das Fasergelenk bei einer Überbeanspruchung nicht plötzlich, sondern zeigt Ermüdungserscheinungen in Form eines allmählichen Ausfaserns des Fasermaterials. Das Fasergelenk kann somit immer rechtzeitig vor einem Schaden ausgewechselt werden. Bei einer großen Überbelastung kann das Fasergelenk zwar ausknicken oder ausquetschen, es hält aber die Gelenk- enden zusammen, sodass die Verbindung an sich erhalten bleibt. Auch hierdurch kann großer Schaden vermieden werden. Eine weitere Erhöhung der axialen Steifigkeit erhält man, wenn das Fasermaterial aus einer Vielzahl von dünnen Einzelfasern besteht, die miteinander verdrillt oder verflochten sind. Insbesondere kann dann das Fasermaterial in Form eines Stahlseils ausgebildet sein. Derartige Stahlseile sind preiswert und vorkonfektioniert in einer großen Anzahl von unterschiedlichen (Ausführungen (z.B. als Bowdenzug), Abmessungen und Materialien zu erhalten. Weiterhin kann bei der derartigen elastischen Fasergelenken vorgesehen sein, dass das Fasermaterial durch Einklemmung, Einstauchung oder Einklebung mit den Gelenkenden fest verbunden ist. Derartige einfache Verbindungstechniken unterstützen die einfache Herstellbarkeit eines solchen Fasergelenks und gewährleisten einen sicheren Betrieb.It is particularly advantageous if, according to a next embodiment of the invention, the flexible joint is designed as an elastic fiber joint with two rigid ends of the joint designed as sockets and a short piece of fiber material as the deformation region in between. In particular, according to a further embodiment, the fiber material can be designed as a steel cable. Such an elastic fiber joint is simple in its construction and in its manufacture. Due to the existence of suitable semi-finished products, constructive specifications that only have one Material processing can be avoided (constrictions). It combines the advantages of flexible joints (freedom from play, reproducibility, vacuum suitability) with the three-axis mobility of classic ball joints. The axial rigidity is very high compared to monolithic, flexible components. The possible bending angles are determined by the ratio of the exposed length of the fiber material between the joint ends to its diameter. The cross-section of the fiber material defines the load capacity as well as the axial tensile and compressive rigidity. Due to the fibrous structure of the deformation area, the fiber joint does not suddenly break when overstressed, but shows signs of fatigue in the form of a gradual unraveling of the fiber material. The fiber joint can therefore always be replaced in good time before damage. In the event of a large overload, the fiber joint can buckle or squeeze, but it holds the ends of the joint together so that the connection itself is maintained. Great damage can also be avoided in this way. A further increase in the axial rigidity is obtained if the fiber material consists of a large number of thin individual fibers which are twisted or intertwined with one another. In particular, the fiber material can then be designed in the form of a steel cable. Such steel cables can be obtained inexpensively and pre-assembled in a large number of different (designs (for example as a Bowden cable), dimensions and materials. Furthermore, in the case of such elastic fiber joints, it can be provided that the fiber material is firmly connected to the joint ends by clamping, dipping or gluing Such simple connection techniques support the simple manufacture of such a fiber joint and ensure safe operation.
Ausbildungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der schema- tischen Figuren näher erläutert. Dabei zeigt :
Figur 1 ein prinzipielles Anordnungsschema der sechs Zweigelenkglieder als Detail der erfindungsgemäßen Vorrichtung,Forms of embodiment of the invention are explained in more detail below with reference to the schematic figures. It shows: FIG. 1 shows a basic arrangement diagram of the six two-bar links as a detail of the device according to the invention,
Figur 2 das Anordnungsschema gemäß Figur 1 in einer vereinfachten räumlichen Darstellung Figur 3 eine orthogonale Anordnung der sechs Zweigelenkglieder als2 shows the arrangement diagram according to FIG. 1 in a simplified spatial representation; FIG. 3 shows an orthogonal arrangement of the six two-articulated members as
Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,Embodiment of the device according to the invention,
Figur 4 die Anordnung gemäß Figur 3 in einer vereinfachten räumlichen Darstellung undFigure 4 shows the arrangement of Figure 3 in a simplified spatial representation and
Figur 5 eine Ansteuerungsmatrix für die Anordnung gemäß Figuren 3 und 4.5 shows a control matrix for the arrangement according to FIGS. 3 and 4.
Die Figur 1 zeigt einen an seiner oberen Oberfläche S konkav geformten Spiegel als Bauteil E, das als Sechsgelenkglied ausgeführt ist. Diese Relation entsteht dadurch, dass das Bauteil E in einem sechsgelenkigen Gestell durch sechs Zweigelenkglieder 2Jι, 2J2, 2J3j 2J4, 2J5 und 2 β gelagert ist. In der Figur 1 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nur die jeweilige Verbindungsstelle der sechs Zweigelenkglieder 2Jι, 2J2, 2J3, 2Ü4, 2J5 und 2Jβ mit dem Bauteil E (grau hinterlegt) zu dessen Lagerung dargestellt. Die zweite Lagerung in dem sechsgelenkigen Gestell erfolgt jeweils an den gegen- überliegenden Enden der sechs Zweigelenkglieder 2Jι, 2J2, 2J3, 2J4j 2Js und 2Jδ. Ein entsprechend geformtes Gestell (in der Figur durch eine Strichlierung angedeutet) kann jede konstruktiv mögliche Struktur aufweisen und entspricht den allgemeinen technischen Erkenntnissen für derartige Gestelle. Alle sechs Zweigelenkglieder 2Jι, 2J2, 2J3) 2J4, 2J5 und 2J6 sind statisch parallel zueinander zwischen dem Gestell und dem zu lagernden Bauteil E angeordnet.FIG. 1 shows a concave-shaped mirror on its upper surface S as component E, which is designed as a six-joint link. This relation arises from the fact that component E is supported in a six-joint frame by six two-joint members 2Jι, 2J 2 , 2J 3j 2J 4 , 2J 5 and 2 β. For the sake of clarity, FIG. 1 shows only the respective connection point of the six two-joint links 2Jι, 2J 2 , 2J 3 , 2Ü 4 , 2J 5 and 2Jβ with the component E (gray background) for its storage. The second mounting in the six-jointed frame takes place at the opposite ends of the six two-jointed members 2Jι, 2J 2 , 2J 3 , 2J 4j 2Js and 2Jδ. A correspondingly shaped frame (indicated by a dashed line in the figure) can have any structurally possible structure and corresponds to the general technical knowledge for such frames. All six two-joint members 2Jι, 2J 2 , 2J 3) 2J 4 , 2J 5 and 2J 6 are statically arranged parallel to each other between the frame and the component E to be stored.
Diese allgemeine Anordnung ist auch in einer anderen Konstellation zu Lagerung eines einen Absatz aufweisenden Bauteils E in der Figur 2 dargestellt. Für eine bessere Anschauung wurden hier jedoch die meisten Hilfslinien und Ebenen sowie Bezugszeichen für Details aus der Figur 1 weggelassen. Lediglich die sechs Zweigelenkglieder 2J-ι, 2J2, 2J3, 2J4, 2J5 und
2J6 und das Koordinatensystem x, y, z im Schnittpunkt P sind dargestellt. Zu sehen ist in dieser Figur 2 jedoch, dass zwei Zweigelenkglieder 2J-ι, 2J2, die den Schnittpunkt P mitbilden, nicht ortsveränderlich ausgebildet sind. Sie dienen der Bauteilfixierung, eine Translationsbewegung des Bauteils in Richtung der y- und z-Achsen ist hier nicht vorgesehen. Die möglichen Bewegungen sind eingetragen.This general arrangement is also shown in another constellation for mounting a component E having a shoulder in FIG. 2. For a better view, however, most of the auxiliary lines and levels as well as reference numerals for details have been omitted from FIG. 1. Only the six two-joint links 2J-ι, 2J 2 , 2J 3 , 2J 4 , 2J 5 and 2J 6 and the coordinate system x, y, z at the intersection P are shown. It can be seen in FIG. 2, however, that two two-bar links 2J-ι, 2J 2 , which also form the intersection P, are not designed to be movable. They serve to fix the component, a translational movement of the component in the direction of the y and z axes is not provided here. The possible movements are entered.
Die Zweigelenkglieder 2J1s 2J2, 2J3, 2J4, 2J5 und 2Jβ weisen jeweils zwei Gelenke Ji und J2 an ihren gegenüberliegenden Seiten auf, durch die eine Mittelachse MA verläuft. Sie sind axial, das heißt entlang ihrer Mittelachse MA steif ausgeführt und weisen im gewählten Ausführungsbeispiel eine Längenverstellung L auf. Die Gelenke Ji, J2 sind außerdem dreiachsig ausgeführt, im gewählten Ausführungsbeispiel sind symbolisch Kugelgelenke angedeutet. In realen Ausführungen sind hier flexible Gelenke, insbesondere elastische Fasergelenke mit einem Stahlseil als Biegebereich, zu bevorzugen.The two-joint links 2J 1s 2J 2 , 2J 3 , 2J 4 , 2J 5 and 2Jβ each have two joints Ji and J 2 on their opposite sides, through which a central axis MA runs. They are axial, that is to say stiff along their central axis MA and have a length adjustment L in the selected exemplary embodiment. The joints Ji, J 2 are also designed with three axes, in the selected exemplary embodiment symbolic ball joints are indicated. In real versions, flexible joints, in particular elastic fiber joints with a steel cable as the bending area, are to be preferred.
Die drei Zweigelenkglieder 2J1s 2J2 und 2J3 bilden eine erste Gruppe und sind so angeordnet, dass sie einen virtuellen gemeinsamen Schnittpunkt P in der Oberfläche S des zu lagernden Bauteils E haben. In diesen Schnittpunkt P ist der Ursprung eines kartesischen Koordinatensystems mit den Achsen x, y und z und zueinander entsprechend orthogonal ausgerichteten Ebenen XY, XZ und YZ hineingelegt. Die Achsenbezeichnungen des Koordinatensystems sind jedoch austauschbar, die Orientierung erfolgt im gewählten Ausführungsbeispiel entlang der Körperkanten des Bauteils E. Die beiden Zweigelenk- glieder 2Jι und 2J2 liegen mit ihren Mittelachsen MA in einer ersten Ebene YZ des Koordinatensystems. Das dritte Zweigelenkglied 2J3 liegt mit seiner Mittelachse MA in der zweiten Ebene XY des Koordinatensystems, dessen Ausrichtung in allen drei Ebenen und somit auch in der dritten Ebene XZ festgelegt ist.
Eine zweite Gruppe wird von den drei Zweigelenkgliedern 2J ) 2J5 und 2J6 gebildet, von denen das vierte Zweigelenkglied 2J4 mit seiner Mittelachse MA ebenfalls in der zweiten Ebene XY angeordnet liegt. Gleichzeitig liegt das fünfte Zweigelenkglied 2J5 mit seiner Mittelachse MA ebenfalls in der ersten Ebene YZ. Damit ist die erste Ebene YZ insgesamt mit drei Zweigelenkgliedern 2Jι, 2J2 und 2J5 und die zweite Ebene XY mit zwei Zweigelenkgliedern 2J3 und 2J4 besetzt. In der dritten Ebene XZ liegt schließlich das sechste Zweigelenkglied 2Ü6 mit seiner Mittelachse MA, sodass diese Ebene XZ nur mit einem Zweigelenkglied besetzt ist. Je nach Anzahl der eingelagerten Zweigelenkglieder können damit die Ebenen als Angriffsflächen der Lager unterschiedliche Größen aufweisen und an die geometrischen Oberflächen S des zu lagernden Bauteils E angepasst werden. Eine geringe Bauteilabmessung kann also bevorzugt in Richtung der y-Achse gelegt werden, zu der nur das sechste Zweigelenkglied 2J6 senkrecht angeordnet ist.The three two-joint links 2J 1s 2J 2 and 2J 3 form a first group and are arranged such that they have a virtual common intersection point P in the surface S of the component E to be stored. The origin of a Cartesian coordinate system with the axes x, y and z and planes XY, XZ and YZ which are oriented orthogonally to one another is placed in this intersection point P. The axis designations of the coordinate system are, however, interchangeable, in the selected exemplary embodiment the orientation takes place along the body edges of component E. The two double-jointed members 2Jι and 2J 2 lie with their central axes MA in a first plane YZ of the coordinate system. The third two-joint link 2J 3 lies with its central axis MA in the second plane XY of the coordinate system, the orientation of which is fixed in all three planes and thus also in the third plane XZ. A second group is formed by the three two-joint members 2J ) 2J 5 and 2J 6 , of which the fourth two-joint member 2J 4 is also arranged in the second plane XY with its central axis MA. At the same time, the fifth two-joint link 2J 5 also lies in the first plane YZ with its central axis MA. The first level YZ is thus occupied by a total of three two-jointed members 2Jι, 2J 2 and 2J 5 and the second level XY is occupied by two two-jointed members 2J 3 and 2J 4 . Finally, the sixth two-joint link 2Ü 6 lies in the third plane XZ with its central axis MA, so that this plane XZ is occupied by only one two-joint link. Depending on the number of the two-joint elements incorporated, the planes can act as attack surfaces of the bearings of different sizes and can be adapted to the geometric surfaces S of the component E to be supported. A small component dimension can therefore preferably be placed in the direction of the y-axis, to which only the sixth two-joint member 2J 6 is arranged perpendicularly.
Eine ähnliche Anordnung ist in der Figur 3 aufgezeigt. Hierbei handelt es sich um den Ausführungsfall, dass alle Zweigelenkglieder 2Jι, 2J2, 2J3j 2J , 2J5 und 2J6 orthogonal zueinander angeordnet sind. Das Bauteil E weist hier die Form eines flachen Quaders auf, im realen Anwendungsfall kann es sich hierbei beispielsweise um einen Kippspiegel mit einer konkaven Oberfläche S handeln. Der Kippspiegel E ist im Ausführungsbeispiel so gelagert, dass seine Bauteilabmessung ES in y-Achsrichtung liegt. Die Bauteilachsen EA liegen damit koaxial zu den kartesischen Achsen x, y, z. Zur Erzeugung von rotatorischen Auslenkungen, im dargestellten Ausführungsbeispiel sind Rotationen um alle drei Achsen xrotj Yrot, zrot möglich, sind alle drei Zweigelenkglieder 2J4j 2J5 und 2J6 der zweiten Gruppe mit einem definierten Abstand R-i, R2 und R3 (Hebelarm) zum Ursprung P des kartesischen Koordinatensystems angeordnet. Dieser Abstand kann als Rotationsradius R bezeichnet werden und ist unter Berücksichtigung der statischen Mechanik frei wählbar. Die Zweigelenkglieder 2J4, 2J5 und 2J6 liegen dann tangential am entsprechenden Rotationskreis. Diese Kreise den drei kartesischen Ebenen
des Bauteils E ergeben umlaufende theoretische Linien, entlang der das entsprechende Zweigelenkglied überall angeordnet werden kann, damit eine Rotation (im oder entgegen dem Uhrzeigersinn) um die auf der Ebene des Rotationskreises senkrecht stehende entsprechende Rotationsachse zu erzeugen (vergleiche auch Figur 1).A similar arrangement is shown in FIG. 3. This is the case where all the two-joint elements 2Jι, 2J 2 , 2J 3j 2J, 2J 5 and 2J 6 are arranged orthogonally to one another. The component E here has the shape of a flat cuboid; in real use, it can be, for example, a tilting mirror with a concave surface S. In the exemplary embodiment, the tilting mirror E is mounted in such a way that its component dimension ES lies in the y-axis direction. The component axes EA are thus coaxial with the Cartesian axes x, y, z. To generate rotary deflections, in the exemplary embodiment shown, rotations about all three axes x rot j Yrot, z ro t are possible, all three two- joint members 2J 4j 2J 5 and 2J 6 of the second group are at a defined distance Ri, R 2 and R 3 (Lever arm) to the origin P of the Cartesian coordinate system. This distance can be referred to as the radius of rotation R and can be freely selected taking into account the static mechanics. The two-joint links 2J 4 , 2J 5 and 2J 6 are then tangential to the corresponding rotation circle. These circles the three Cartesian levels of the component E result in circumferential theoretical lines along which the corresponding two-joint link can be arranged anywhere, so that a rotation (clockwise or counterclockwise) about the corresponding axis of rotation perpendicular to the plane of the circle of rotation is produced (see also FIG. 1).
Weiterhin sind translatorischen Auslenkungen, im in der Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel entlang aller drei Achsen xtrans, ytrans, Ztrans möglich. Alle diese drei Zweigelenkglieder 2J4, 2Js und 2Jβ der zweiten Gruppe sind außerdem zusätzlich parallel oder senkrecht zu den Translationen entlang der Achsen xt ans, ytrans, Ztrans angeordnet. Dadurch entstehen Parallelogramme, die eine entsprechende Parallelverschiebung bzw. Translation der Bauteilseiten entlang der kartesischen Achsen Xtrans, ytrans, ztrans bewirken.Furthermore, translational deflections are possible, in the exemplary embodiment shown in FIG. 3, along all three axes x t rans, ytrans, Ztrans. All of these three two-joint links 2J 4 , 2Js and 2Jβ of the second group are additionally arranged parallel or perpendicular to the translations along the axes x t ans, ytrans, Ztrans. This creates parallelograms that cause a corresponding parallel displacement or translation of the component sides along the Cartesian axes Xtrans, ytrans, z tra ns.
In der Figur 4 ist wiederum eine vereinfachte perspektivische Darstellung der Zweigelenkkonstellation gemäß Figur 3 zur Lagerung eines Bauteils E dargestellt. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Bauteil E um einen konkaven Kippspiegel, der einen einfallenden Lichtstrahl hochgenau reflektiert. Für eine bessere Anschauung wurden hier wiederum die meisten Hilfslinien und Ebenen sowie Bezugszeichen für Details aus der Figur 3 weggelassen. Gezeigt sind sechs Zweigelenke 2J-ι, 2J2, 2J3, 2J4, 2J5 und 2J6, die einer Lageveränderung des Bauteils E in allen sechs kartesischen Achsen xtrans, ytransj ztrans, Xrotj yrot, zrot dienen. Die angedeuteten Kugelgelenke dienen der Versinnbildlichung der dreiachsig drehbaren Gelenkigkeit, ebenso sollen die dargestellten Längenveränderungen nur die Verschiebbarkeit der Angriffspunkte an das Bauelement E andeuten.FIG. 4 again shows a simplified perspective illustration of the two-joint constellation according to FIG. 3 for mounting a component E. In the exemplary embodiment shown here, component E is a concave tilting mirror which reflects an incident light beam with high precision. For a better view, most of the auxiliary lines and levels as well as reference numerals for details have been omitted from FIG. 3. Shown are six double joints 2J-ι, 2J 2 , 2J 3 , 2J 4 , 2J 5 and 2J 6 , which serve to change the position of component E in all six Cartesian axes x tr ans, ytransj z tr ans, Xrotj yrot, z ro t , The indicated ball joints serve to symbolize the three-axis rotatable articulation, and the changes in length shown are only intended to indicate the displaceability of the points of attack on the component E.
Der Figur 5 ist eine Tabelle zu entnehmen. In der dargestelltenA table can be seen in FIG. In the illustrated
Ansteuerungsmatrix ist aufgezeigt, welche Zweigelenkglieder angesteuert werden müssen, um Auslenkungen mit jedem der maximal sechs möglichenThe control matrix shows which two-articulated links have to be controlled in order to make deflections with each of the maximum six possible
Freiheitsgrade hervorrufen zu können. Deutlich zu erkennen ist, dass
Rotationen um alle drei rotatorischen Achsen xrot, yrot, Zro jeweils durch Verstellung oder Verschiebung nur eines einzigen Zweigelenkgliedes 2J4, 2J5, 2J6 bewirkt werden können. Auch die Translation in x-Richtung wird ausschließlich durch die Bewegung des Zweigelenkgliedes 2J3 hervorgerufen. Diese Auslenkungen sind also äußerst einfach und reproduzierbar mit höchster Präzision durch manuelle oder automatische Betätigung jeweils nur eines Antriebes erreichbar. Von Bedeutung ist hierbei noch, dass Rotationen auf die Bauteilpositionierung einen sehr viel größeren Einfluss haben als Translationen, insbesondere bei einem Spiegel. Die Translation in die z-Richtung erfordert die Verstellung von zwei Zweigelenkgliedern 2J2, 2J4 um den gleichen Betrag, was sicherlich immer noch als einfache Verstellbarkeit bezeichnet werden kann. Maximai müssen drei Zweigelenkglieder 2J-ι, 2J5, 2J6 um den gleichen Betrag verstellt werden, um eine Translation in die y-Richtung zu erzielen.To be able to cause degrees of freedom. It can be clearly seen that Rotations around all three rotary axes x ro t, y ro t, Zro can be effected by adjusting or shifting only a single two-joint link 2J4, 2J 5 , 2J 6 . The translation in the x direction is also caused exclusively by the movement of the two-joint link 2J 3 . These deflections are therefore extremely simple and reproducible with maximum precision by manual or automatic actuation of only one drive at a time. It is also important here that rotations have a much greater influence on component positioning than translations, especially with a mirror. The translation in the z direction requires the adjustment of two two-bar links 2J 2 , 2J 4 by the same amount, which can certainly still be described as simple adjustability. Maximai three three-joint links 2J-ι, 2J 5 , 2J 6 must be adjusted by the same amount in order to achieve a translation in the y-direction.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
E BauteilE component
EA BauteilachseEA component axis
ES geringe Bauteilabmessung von EES small component dimension of E
S Oberfläche von ES surface of E
«m Gelenk (m = 1 ,2)«M joint (m = 1, 2)
2Jn Zweigelenkglied (n = 1 ,2,3,4,5,6)2J n two-joint link (n = 1, 2,3,4,5,6)
L Längenverstellung von Jm L length adjustment from J m
MA Mittelachse von Jm MA central axis of J m
P virtueller gemeinsamer Schnittpunkt (Ursprung)P virtual common intersection (origin)
R RotationsradiusR radius of rotation
R1, R2, R3 definierter Abstand zum Ursprung P (Hebelarm) χ,y, z Achsen des kartesischen KoordinatensystemsR1, R 2 , R3 defined distance to the origin P (lever arm) χ, y, z axes of the Cartesian coordinate system
Xrot, Yrot, Zrot Achsen als RoationsachsenXrot, yrot, zrot axes as rotation axes
Xtrans, Ytrans, trans Achsen als TranslationsachsenXtrans, Ytrans, trans axes as translational axes
XY, XZ, YZ Ebenen des kartesischen Koordinatensystems
XY, XZ, YZ levels of the Cartesian coordinate system