NL1036221C2 - Een elektro-pneumatische actuator met nanometer resolutie. - Google Patents

Description

Een elektro-oneumatische actuator met nanometer resolutie.

De uitvinding heeft betrekking op het realiseren van een 5 actuator die een slag tot enkele tientallen millimeters combineert met een resolutie in het nanometer gebied bij een draagkracht tot honderden kilo’s. Dit wordt mogelijk gemaakt door een laagfrequente pneumatische actuator met grote slag en groot draagvermogen te 10 combineren met een hoogfrequente magnetische actuator op dusdanige wijze dat de resulterende stijfheid en kracht in de aandrij frichting minimaal gelijk is aan de som van de stijfheden en krachten in aandrij frichting van de pneumatische actuator en magnetische actuator.

15 Afhankelijk van de toegepaste regelstrategie is het ook mogelijk deze actuator als trillingsisolator te gebruiken.

Dergelijke actuatoren zijn onder andere vereist in de 20 telescopie waar een groot aantal spiegelsegmenten functioneel gecombineerd wordt tot een enkele telescoop. Deze segmenten kunnen tot enkele honderden kilo’s zwaar zijn en ondervinden positiefouten als gevolg van bijvoorbeeld zwaartekracht, temperatuur en 25 wind. Een actuator in een gesloten regelsysteem biedt een mogelijkheid tot het corrigeren van deze positiefouten.

Gezien het potentieel groot aantal benodigde actuatoren 30 in een telescoop, duizenden is niet ongewoon, is een oplossing tegen beperkte kosten en volume noodzakelijk. Daarnaast zijn een hoge betrouwbaarheid en levensduur tot tientallen jaren vereist.

1036221 2

Er zijn reeds een aantal actuatoren en aandrij fmethodes die mogelijk een oplossing bieden. Een spinde1aandr i j v i ng heeft echter niet de benodigde 5 resolutie, hetgeen ook geldt voor een tandheugel terwijl wrij vingswielen onvoldoende draagkracht hebben. Een lineaire motor heeft binnen beperkte afmetingen niet de draagkracht, vereist een complexe, dure aansturing en zal continu zeer veel 10 vermogen dissiperen. Het toepassen van overbrengingen om de draagkracht te verhogen is een mogelijkheid, maar dit zal de slag ontoelaatbaar verhogen en vereist een groot volume. Een andere mogelijkheid is het gebruik van een passieve veer als gewichtscompensatie, 15 maar deze zal afhankelijk van de belasting moeten worden bijgesteld om te functioneren over de volle slag. Hiervoor is weer een aparte actuator nodig die ofwel continu vermogen dissipeert ofwel door middel van stappenmotoren moet worden bijgesteld wat weer 20 trillingen tot gevolg heeft.

Verder is de interne geleiding van belang. Om hiermee resoluties in het nanometer gebied te kunnen realiseren is een wrijvingsloze geleiding essentieel.

Uitvoeringen waarbij deze geleiding elastisch wordt 25 gerealiseerd leiden vaak tot te grote afmetingen.

De uitvinding betreft dan ook een actuator die aan deze beperkingen tegemoet komt en wel een oplossing biedt die de gewenste eigenschappen combineert.

Dit kan volgens de uitvinder door een pneumatische actuator met lage stijfheid en lage bandbreedte, welke de benodigde draagkracht over een grote slag heeft, te 30 3 combineren met een magnetische actuator met hoge stijfheid en hoge bandbreedte en relatief beperkte kracht, over een slag die minimaal gelijk is aan die van de pneumatische actuator, op een dusdanige wijze dat de 5 resulterende stijfheid en kracht in de aandrij frichting gelijk is aan de som van de stijfheden en krachten in aandrij frichting van de pneumatische actuator en de magnetische actuator.

Bij een dergelijke uitvoering wordt de interne geleiding 10 gerealiseerd door toepassing van een luchtlager waardoor de afmetingen beperkt kunnen worden gehouden.

Kenmerken en voordelen van de uitvinding zullen 15 duidelijk worden uit de hierna volgende beschrijving waarbij wordt verwezen naar de bijgevoegde tekeningen. Hierin is:

Fig.1 Een weergave van de uitvoering van de 20 actuator.

In figuur 1 is een uitvoering van de actuator weergegeven.

De actuator heeft de mogelijkheid om tussen het 25 interfacevlak 14 en interfacepunt 13 een zeer nauwkeurige kracht te realiseren waardoor de positie van interface 13 die verbonden is aan de translerende as 2 met zeer hoge resolutie kan worden ingesteld.

De as 2 is axiaal gelagerd door luchtlagers 3 waardoor 30 een wrijvingsloze geleiding is gerealiseerd. Aan deze as 2 bevindt zich een zuiger 15 die door middel van een elastische balg 10 een wrijvingsloze afdichting vormt tussen de twee kamers 9 en 11. Tevens is deze as 2 4 verbonden met een voice coil 4. De kamers 9 en 11 kunnen door middel van de openingen 5/6 en 7/8 voorzien worden van perslucht en/of onderdruk waardoor de drukken in de betreffende kamers kunnen worden 5 geregeld. Afhankelijk van deze drukken kan de kracht tussen de interfaces 13 en 14 weliswaar langzaam maar met groot bereik worden gevarieerd. Parallel hieraan kan door middel van de voice coil 4 de kracht met een hoog dynamisch bereik en met hoge resolutie worden 10 gevarieerd. Om regeltechnisch een hoge resolutie te halen wordt er gebruik gemaakt van een geïntegreerde versne 11 ingssensor 12 die de versnellingen van de uitgaande as meet.

Om de globale positie van de as te bepalen is er een 15 verplaatsingsopnemer 1 geïntegreerd.

1036221

Claims (7)

1. De uitvinding betreft een inrichting van een lange slag actuator met hoge draagkracht en nanometer 5 resolutie, met het kenmerk dat dit gerealiseerd wordt door toepassing van een parallel geschakelde elektromagnetische en pneumatische actuator waarbij de pneumatische actuator de hoge krachten met lage frequentie en de elektromagnetische 10 actuator de lage krachten maar dan met hoge frequentie kan uitoefenen.

2. Een inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk dat een flexibele balg wordt gebruikt om 15 een drukverschil te kunnen creëren over een beweegbare zuiger.

3. Een inrichting volgens conclusie 1 en 2, met het kenmerk dat de geleiding van de beweegbare zuiger 20 wordt gerealiseerd door een of meerdere luchtlagers waardoor deze beweging wrijvingsloos kan plaatsvinden.

4. Een inrichting volgens de conclusies 1 t/m 3, met 25 het kenmerk dat een zijde van de beweegbare zuiger t.o.v. de omgeving voldoende wordt afgedicht door toepassing van het luchtlager waardoor er slechts een enkele balg nodig is om met de actuator zowel druk als trekkrachten te kunnen realiseren. 30

5. Een inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de 1036221 elektromagnetische actuator zich in een van de luchtcompartimenten bevindt.

6. Een inrichting volgens een der voorgaande 5 conclusies, met het kenmerk dat de elektromagnetische actuator zich in lijn met de uittredende aandrijfas (2) bevindt.

7. Een inrichting volgens een der voorgaande 10 conclusies met het kenmerk dat de bevestigingspunten van de actuator naar de omgeving zich in lijn bevinden met de elektromagnetische actuator waardoor er geen hoge eisen worden gesteld aan de stijfheid van de 15 behuizing van de actuator. 1036221