LT5947B

LT5947B - Precision positioning device

Info

Publication number: LT5947B
Application number: LT2011071A
Authority: LT
Inventors: Ramutis Bansevičius; Algimantas Bubulis; Vytautas JURĖNAS; Algimantas Barakauskas; Albinas Kasparaitis
Original assignee: Kauno technologijos universitetas
Priority date: 2011-08-08
Filing date: 2011-08-08
Publication date: 2013-06-25
Also published as: LT2011071A

Abstract

Precision positioning device related to devices specifically for high-resolution positioning and measuring systems including optical elements positioning devices. Consisting of housing, it contains rectilinear motion piezodrive and movable optical element holder with an optical element. Additionally introduce two piezoactuator, rigidly fixed in the housing, and optical element holder is disc-shaped raster scale, which is mounted in a horizontal plane of the housing between the piezoactuator and piezodrive.

Description

Išradimas yra priskiriamas prietaisų sričiai, konkrečiai aukštos skyros pozicionavimo ir matavimo sistemoms tame tarpe optinių elementų pozicionavimo įrenginiams.The invention relates to the field of devices, in particular to high resolution positioning and measuring systems, including optical element positioning devices.

Yra žinomas pozicionavimo ir kontrolės įrenginys, kuris gali būti panaudojamas ir optinių elementų pozicionavimui, kurį sudaro korpusas su kreipiančiosiomis, kuriose judamai įtvirtinta pastūma su tiesialinijinio judesio pavara. Ant horizontaliosios pastūmos plokštumos yra pritvirtinta sukamojo judesio pavara su optiniu elementu (žiūr.JAV patentas Nr.7034489 B2, GI 1B 5/455, 2006.04.25).There is known a positioning and control device, which can also be used for positioning optical elements, which consists of a body with guides in which a movable feed with linear motion actuator is mounted. A rotary actuator with an optical element is mounted on the horizontal feed plane (see US Patent No. 7034489 B2, GI 1B 5/455, 25.04.2006).

Nurodytame įrenginyje pozicionavimas atliekamas dviejų pavarų pagalba kurių sinchronišką veikimą užtikrina valdymo blokas. Kadangi tiesialinijinė pavara juda kreipiančiosiose, todėl visos sistemos pozicionavimo tikslumas priklauso nuo kontaktinių paviršių pagaminimo kokybės ir sąlygoja pozicionavimo tikslumą.In the given device, positioning is performed by two gears whose synchronous operation is ensured by the control unit. Because the linear actuator moves in the guides, the positioning accuracy of the entire system depends on the quality of the contact surface fabrication and results in positioning accuracy.

Yra žinomas optinių elementų pozicionavimo įrenginys, susidedantis iš korpuso, jame įtvirtintos tiesialinijinio judesio pjezopavaros, kurios pjezoelementas su elektrodais šonuose įtvirtintas tarp slopintuvų, iš kitos pusės vienas jo šonas standžiai įremtas į trinčiai atsparų elementą, kitas - įremtas į spyruokles, o pjezoelemento elektrodai, iš kurių vienas padalinta išilgai ir skersai į porinį skaičių simetrinių dalių, kurios poromis skersai sujungtos tarp savęs, prijungti prie elektroninio sužadinimo-valdymo bloko ir nejudamo pagrindo ant kurio vienoje ašyje įtvirtintas judamas optinio elemento laikiklis, su ant vienos iš plokštumų, standžiai pritvirtintu segmentu, besiremiančiu į trinčiai atsparų elementą ir kurio kreivalinijinis kontaktinis paviršius yra apskritimo dalis, kurio spindulio centras yra nejudamo pagrindo ir judamo optinio elementų laikiklio ašies centras.There is known a positioning device for optical elements consisting of a housing with a linear motion piezo actuator having a piezoelectric element electrode mounted laterally between the dampers, one side being rigidly mounted on a friction-resistant element, the other on a spring and the piezoelectric electrodes, one of which is divided longitudinally and transversely into an even number of symmetrical portions interconnected in pairs, connected to an electronic excitation-control unit and a fixed base on which a movable optical element holder is mounted on one axis, with a rigidly mounted segment resting on one of the planes on a friction-resistant element, the curvilinear contact surface of which is the part of a circle whose center of radius is the axis of the fixed base and the movable optical element carrier.

Nurodytame prototipe pozicionavimas atliekamas pjezopavaros pagalba, kurioje naudojamas pjezoelementas su elektroniniu sužadinimo-valdymo bloku . Dėl judamoIn the above prototype, positioning is performed by a piezo actuator, which uses a piezo element with an electronic excitation control unit. Because of the movable

Z optinio elemento laikiklio bazavimo ant nejudamo korpuso paklaidos (guolio centravimas), negalima pasiekti reikiamo pozicionavimo tikslumo.Z The positioning accuracy of the optical element carrier on the fixed body (bearing centering) cannot be achieved.

Tikslas - pozicionavimo tikslumo padidinimas.The goal is to increase positioning accuracy.

Išradimo tikslas pasiekiamas tuo, kad optinių elementų pozicionavimo įrenginys, susidedantis iš korpuso, jame įtvirtintos tiesialinijinio judesio pjezopavaros, kurios pjezoelementas su elektrodais šonuose įtvirtintas tarp slopintuvų, iš kitos pusės vienas jo šonas standžiai įremtas į trinčiai atsparų elementą, kitas - įremtas į spyruokles, o pjezoelemento elektrodai, iš kurių vienas padalinta išilgai ir skersai į porinį skaičių simetrinių dalių, kurios poromis skersai sujungtos tarp savęs, prijungti prie elektroninio sužadinimo-valdymo bloko ir nejudamo pagrindo ant kurio vienoje ašyje įtvirtintas judamas optinio elemento laikiklis, su ant vienos iš plokštumų, standžiai pritvirtintu segmentu, besiremiančiu į trinčiai atsparų elementą ir kurio kreivalinijinis kontaktinis paviršius yra apskritimo dalis, kurio spindulio centras yra nejudamo pagrindo ir judamo optinio elementų laikiklio ašies centras, į įrenginį įvesta judančioji grandis optinis elementas (apvali rastrinė skalė) fiksuojama erdvėje trimis pjezoelektriniais vykdikliais, kurie kontaktuodami su optiniu elementu atlieka bazavimo funkciją.The object of the present invention is achieved by the fact that the optical element positioning device consists of a housing, a linear motion piezo actuator, the electrode piezo element of which is mounted laterally between the dampers, the other side is rigidly mounted on the abrasion-resistant element; piezoelectric electrodes, one of which is divided longitudinally and transversely into an even number of symmetrical parts interconnected in pairs, connected to an electronic excitation-control unit and a fixed base on which a movable optical element holder is mounted on one axis, rigidly a fixed segment resting on the abrasion-resistant element, the curvilinear contact surface of which is a part of a circle whose center of radius is the axis of the fixed base and the axis of the movable optical element carrier, The element (circular raster scale) is captured in space by three piezoelectric actuators which function as a base in contact with the optical element.

Išradimas paaiškinamas brėžiniu.The invention is explained in the drawing.

Įrenginį sudaro nejudamas pagrindas 1 ant kurio vienoje plokštumoje tvirtinamas optinio elemento laikikilis (apvali rastrinė skalė) 2 ir trys pjezoelektriniai vykdikliai, kurių vienas yra sukamojo judesio pjezopavara 3 su prispaudimo spyruokle 5 o kiti du tiesialinijinio judesio pjezopavaros 4. Pjezoelektriniai vykdikliai prijungti prie elektroninio sužadinimo-valdymo bloko (brėž. nepavaizduotas) kontaktuoja su optinio elemento laikikliu 2 trijuose taškuose per trinčiai atsparias kaladėles 6 ir atlieka jo bazavimo funkciją. Tiesialinijinio judesio pjezopavaros 4 optinio elemento laikiklio 2 centro atžvilgiu išdėstytos taip, kad tarp jų yra 90° laipsnių kampas, o tarp sukamojo judesio pjezopavaros 3 abiejų pusių ir tiesialinijinio judesio pjezopavarų yra 135° laipsnių kampas.The unit consists of a fixed base 1 on which the optical element holder (round raster scale) is mounted in one plane 2 and three piezoelectric actuators, one of which is a rotary piezo actuator 3 with a compression spring 5 and the other two linear motion piezo actuators 4. Piezoelectric actuators the control unit (not shown) contacts the optical element holder 2 at three points through the abrasion resistant pads 6 and serves as its base function. The linear motion piezo actuators 4 are arranged at an angle of 90 ° with respect to the center of the optical element holder 2, and at an angle of 135 ° between both sides of the rotary piezo actuator 3 and the linear motion piezo actuators.

Optinių elementų pozicionavimas atliekamas taip.The positioning of optical elements is done as follows.

Iš elektroninio sužadinimo-valdymo bloko (brėž. nepavaizduotas) paduodamas elektrinis signalas į sukamojo judesio pjezopavarą 3 sužadina joje deformacijas kurios per trinčiai atsparų elementą 6 perduodamos į optinio elemento laikiklio 2 apskritiminįAn electrical signal supplied from the electronic excitation control unit (not shown) to the rotary piezo actuator 3 induces deformations therein which are transmitted through the abrasion resistant element 6 to the circular shape of the optical element holder 2.

S paviršių. Kontaktinėje zonoje, dėka mechaninių deformacijų, vyksta optinio elemento laikiklio 2 pasisukimas kurio kryptis priklauso nuo sužadinimo-valdymo bloko paduodamo signalo. Linijinius optinio elemento laikiklio judesius x,y plokštumoje suteikia tiesialinijinio judesio pjezopavaros 4 kuriose kryptingas deformacijas viena ir kita kryptimis sužadina signalas iš sužadinimo-valdymo bloko.. Tokiu būdu, optinio elemento laikiklis 2 plokštumoje gali būti pozicionuojamas su labai aukšta nanometrų skyra.S surface. In the contact zone, due to mechanical deformations, the optical element holder 2 is rotated, the direction of which depends on the signal supplied by the excitation control unit. The linear movements of the optical element carrier in the x, y plane are provided by linear motion piezo actuators 4 in which directional deformations in each direction are induced by a signal from the excitation control unit. Thus, the optical element carrier in plane 2 can be positioned with a very high nanometer resolution.

Palyginus su prototipu, nauja konstruktyvinių elementų visuma, dėka to, kad optinio elemento laikiklis kontaktuoja su trimis pjezoelektriniais vykdikliais vienoje plokštumoje kurie trijuose taškuose atlieka bazavimo funkciją, kas leidžia atsisakyti ašinės guolinės atramos. Tai panaikina laisvumą ir tuo pačiu užtikrina pozicionavimo tikslumą.Compared to the prototype, a new set of structural elements, thanks to the fact that the optical element holder contacts three piezoelectric actuators in one plane, which at three points perform a basing function, which makes it possible to dispense with the axial bearing support. This eliminates slack and at the same time ensures accurate positioning.

Claims

Definition of the Invention

1. A precision positioning device consisting of a housing, a linear motion piezo actuator mounted thereon and a movable optical element holder with an optical element, characterized in that two additional piezo actuators are rigidly mounted in the housing and the optical element holder is a disk-shaped raster scale in the horizontal plane of the housing between the piezo actuators and the piezo actuator

Precision positioning device according to claim 1, characterized in that the piezo actuators are arranged at an angle of 90 ° to the center of the holder of the optical element.

3. Precision positioning device according to claim 1, characterized in that the piezo actuator and piezo actuators have an angle of 135 ° on both sides.