NL9202177A - Mechanische rechtgeleider. - Google Patents

Description

Mechanische rechtgeleider

De uitvinding heeft betrekking op een mechanische rechtgeleider voor het doen bewegen van een lichaam in een axiale richting, die ten minste vier met elkaar verbonden ophangmiddelen omvat, waarvan een eerste ophangmiddel aan één uiteinde op een eerste punt met de vaste wereld is verbonden en met het andere uiteinde beweegbaar onder een vooraf bepaalde hoek op een tweede punt met een tweede ophangmiddel is verbonden, welk tweede ophangmiddel met diens andere uiteinde beweegbaar op een derde punt met het lichaam is verbonden, waarvan een derde ophangmiddel aan het ene uiteinde beweegbaar op het derde punt met het lichaam is verbonden en onder een vooraf bepaalde hoek, beweegbaar op een vierde punt met een vierde ophangmiddel is verbonden, waarvan het andere uiteinde op een vijfde punt met de vaste wereld is verbonden.

Een dergelijke konstruktie maakt onderdeel uit van een mechanische rechtgeleider die bekend is uit het kollegediktaat van M.P. Koster, "Constructieprincipes voor het nauwkeurig bewegen en positioneren", WA-163, Universiteit Twente, oktober 1990, blz. 172. Om in de bekende konstruktie alleen een axiale beweging mogelijk te maken, kunnen de genoemde vier ophangmiddelen en vijf punten niet in een plat vlak liggen. In de bekende konstruktie liggen de eerste drie punten in een eerste vlak en de derde, vierde en vijfde punten in een tweede vlak, die een hoek van 120° met elkaar maken. Voorts is voorzien in verdere ophangmiddelen zodanig, dat een driedimensionale, symmetrische konstruktie ontstaat en andere bewegingsmogelijkheden dan in de axiale richting worden geëlimineerd. De bekende konstruktie maakt het mogelijk, dat het lichaam nagenoeg alleen in een axiale richting kan bewegen en dat de laterale bewegingsmogelijkheden zeer gering zijn. Voor bepaalde toepassingen zijn de hiermee optredende laterale uitwijkingen echter nog te groot.

Derhalve is het een doel van de onderhavige uitvinding om een mechanische rechtgeleider te verschaffen, die de laterale uitwijkingsmoge-lijkheden van een lichaam verder reduceert onder behoud van een bepaalde gewenste minimale axiale uitwijkingsmogelijkheid.

Daartoe heeft een mechanische rechtgeleider volgens de uitvinding het kenmerk, dat het eerste punt voorts is verbonden met een zesde punt via een vijfde ophangmiddel, welk zesde punt via een zesde ophangmiddel met het vijfde punt is verbonden, terwijl tussen het tweede punt en het zesde punt, respektievelijk het vierde punt en het zesde punt, een zevende ophangmiddel, respektievelijk een achtste ophangmiddel, een en ander zodanig, dat zowel het zesde punt, als het derde punt althans na- genoeg alleen een axiale beweging kunnen ondergaan.

Met een dergelijke mechanische rechtgeleider kan aan een lichaam een extreem nauwkeurige, rechtlijnige beweging worden gegeven, waarbij de laterale afwijkingen minder dan 10 run bedragen bij een axiale uitwijking van bijvoorbeeld 3 mm.

In een eerste uitvoeringsvorm van de mechanische rechtgeleider liggen de eerste drie punten in een eerste vlak en de derde, vierde en vijfde punten in een tweede vlak, welké vlakken een hoek van 120° met elkaar maken, waarbij het lichaam bij het derde punt met een negende op-hangmiddel is verbonden, dat aan het andere uiteinde in een zevende punt met een tiende ophangmiddel is verbonden, welk tiende ophangmiddel aan het andere uiteinde met een, met de vaste wereld verbonden achtste punt is verbonden en voorts tussen het zesde punt en het achtste punt, res-pektievelijk tussen het zesde punt en het zevende punt een elfde ophangmiddel, respektievelijk een twaalfde ophangmiddel is aangebracht, en waarbij het derde, het zevende en het achtste punt een derde vlak definiëren, dat een hoek van 120° maakt met zowel het eerste als het tweede vlak.

In een verdere uitvoeringsvorm betreft de uitvinding een mechanische rechtgeleider, die is uitgebreid met een door spiegeling van de oorspronkelijke rechtgeleider om een loodrecht op de axiale richting gelegen vlak ontstane konstruktie, waardoor negende tot en met zestiende punten worden gedefinieerd, die korresponderen met de respektieve eerste tot en met de achtste punten, alsmede dertiende tot en met vierentwintigste ophangmiddelen, die korresponderen met de respektieve eerste tot en met twaalfde ophangmiddelen, waarbij het lichaam tussen het derde punt en het elfde punt is bevestigd.

In een voorkeursuitvoeringsvorm zijn alle ophangmiddelen gevormd uit bladveren. Hiermee wordt de rotatiestijfheid rondom de axiale richting gerealiseerd.

In een verdere uitvoeringsvorm zijn veren aangebracht om een lateraal gerichte kracht uit te oefenen, zodat de axiale stijfheid wordt gereduceerd.

Bij voorkeur wordt de mechanische rechtgeleider opgebouwd uit drie althans nagenoeg identieke, monolitische onderdelen.

De mechanische rechtgeleider volgens de uitvinding wordt bij voorkeur toegepast in een kalibratie-eenheid voor een gravitatieveldmeetin-richting, gebaseerd op versnellingsopnemers, welke kalibratie-eenheid drie althans nagenoeg identieke kalibratie-inrichtingen omvat, waarvan de respektieve lichamen althans nagenoeg langs de assen van een orthogo- naai assenstelsel trillen en aldus tevens een assenstelsel van de versnel lingsopnemers bepalen.

De uitvinding zal hieronder verder worden toegelicht aan de hand van enkele tekeningen, waarin fig. 1 schematisch een inrichting in een satelliet toont voor het meten van het gravitatieveld op aarde; fig. 2a een opstelling van een gravitatieveldmeetinrichting in een satelliet toont voorzien van kalibratiemiddelen; fig. 2b dezelfde opstelling als fig. 2a toont, maar gezien vanuit een vlak loodrecht op het vlak volgens fig. 2a; fig. 3 een blokschema van een besturingsschakeling voor de kalibratiemiddelen; fig. 4 een weergave van een basiskoncept voor een mechanisch recht-geleidingssysteem toont; fig. 5a een verdere uitvoeringsvorm van het basiskoncept zoals getoond in fig. 4 weergeeft; fig. 5b een variant op de uitvoeringsvorm volgens fig. 5a toont; fig. 6a, b en c de ontwerpprincipes voor een mechanisch rechtgelei-dingssysteem tonen; fig. 7 een schematische weergave van een mechanische rechtgeleider in drie dimensies toont, gebaseerd op de ontwerpprincipes volgens fig. 6c; fig. 8 een voorkeursuitvoeringsvorm van een mechanische rechtgeleider gebaseerd op fig. 7 toont; fig. 9 een toelichting toont op het principe van een konstant-ener-gie-stelsel; fig. 10 een schematisch aanzicht van een gerealiseerde mechanische rechtgeleider toont; fig. 11 een van de drie monolitische onderdelen toont, die tezamen de mechanische rechtgeleider volgens fig. 10 vormen.

Het uitgangspunt voor het ontwerpen van een mechanische rechtgelei-def was de noodzaak om over een zo nauwkeurig mogelijke kalibratie-een-heid voor een gravitatieveldmeetinrichting in satellieten te beschikken. Figuur 1 toont schematisch het meten van het gravitatieveld op aarde 1 vanuit de ruimte 2 met behulp van vier driedimensionele versnellingsme-ters 3, 4, 5, 6, die zich in een niet nader.getekende satelliet bevin den. De vier versnellingsmeters zijn geplaatst op een stijve plaat 7, zodat zij een vaste positie ten opzichte van elkaar innemen. Met de letters x, y en z is een assenstelsel in fig. 1 weergegeven, dat vast is met betrekking tot de vier versnellingsmeters 3, 4, 5, 6. De satelliet beweegt zodanig rondom de aarde, dat de z-as altijd althans nagenoeg exakt naar het middelpunt van de aarde is gericht.

Direkte meting van de gravitatie in een vrij vliegende satelliet is niet mogelijk. Met behulp van de vier versnellingsmeters 3, 4, 5, 6 kan wel de gravitatiegradiënt worden bepaald, waaruit het gravitatieveld kan worden afgeleid. Met behulp van de vier versnellingsmeters 3, 4, 5, 6 moet het gravitatieveld op aarde met een zeer hoge nauwkeurigheid worden bepaald: de nauwkeurigheid moet tenminste 5 * 10-B m/s3 bedragen en de resolutie 100km * 100km op aardniveau. Een dergelijk hoge nauwkeurigheid vereist, dat de versnellingsmeters 3, 4, 5, 6 voortdurend aan boord van de satelliet worden gekalibreerd. Daartoe is een kalibratie-eenheid van zeer hoge nauwkeurigheid noodzakelijk.

De kalibratie-eenheid bestaat bij voorkeur uit drie kalibratie-inrichtingen 9, 10, 11, die drie orthogonaal gerichte harmonische krachten genereren (figuur 2). Elk van deze krachten doet de satelliet als geheel in elk van de drie respektieve richtingen trillen met een per richting eigen frekwentie. Voor de x-, y-, respektievelijk z-richting kan bijvoorbeeld een frekwentie van 4/12, 5/12, respektievelijk 6/12 Hz worden gekozen, terwijl de versnellingsamplitude voor alle drie richtingen gelijk is en bijvoorbeeld 10-s m/s3 bedraagt. Door deze trillingen worden in de versnellingsmeters 3, 4, 5, 6 kalibratiemeetpunten in de x-, y- en z-richting verkregen, waarvan de frekwenties korresponderen met de bovengenoemde waarden van 4/12, 5/12, respektievelijk 6/12 Hz. Deze frekwentiewaarden liggen buiten het frekwentiegebied van ongeveer 0,005-0,125 Hz, dat voor de bepaling van het gravitatieveld van belang is, zodat door filteren kalibratiesignalen worden verkregen. Het assenstelsel dat door de kalibratie-inrichtingen 9, 10, 11 wordt gedefinieerd, hoeft niet samen te vallen met het assenstelsel van de satelliet.

Figuur 2a toont de positie van de kalibratie-inrichtingen 9, 10, 11 temidden van de vier versnellingsmeters 3, 4, 5, 6, gezien vanuit de x-richting. Figuur 2b geeft een aanzicht van de opstelling volgens figuur 2a, maar gezien vanuit de negatieve z-richting. In deze laatste figuur is ook een doos 12 getoond, waarin zich onder meer de noodzakelijke elektronika en elektrische voeding bevinden.

In elke kalibratie-inrichting 9, 10, 11 bevindt zich daartoe in elk geval een in de x-, de y- of z-richting trillend lichaam, dat wordt aangedreven door een aktuator in een elektronische besturingslus en waarvan de positie wordt gemeten met een positiesensor. Figuur 3 geeft een blok-schema van de toegepaste besturingslus. Een stuursignaal, dat past bij de gewenste sinusvormige beweging van het lichaam 18, wordt gegenereerd door een positiegenerator 13 en toegevoerd aan een sommeringseenheid 14. De sommeringseenheid 14 trekt van dit stuursignaal het uitgangssignaal van een positiesensor 22 af, die de werkelijke positie van het lichaam 18 meet. De sommeringseenheid 14 geeft een op de aftrekking gebaseerd korrektiesignaal aan besturingselektronika 15, die op zijn beurt een aandrijfsignaal voor aktuator-aandrijfelektronika 16 genereert. De aktu-ator-aandrijfelektronika 16 genereert bijvoorbeeld een elektromagnetische kracht om het lichaam 18 de gewenste sinusvormige beweging te geven, Deze elektromagnetische kracht wordt tegengewerkt door, door een (nog te behandelen) veersysteem 21 opgewekte veerkrachten, hetgeen symbolisch met behulp van de sommeringseenheid 17 is weergegeven. Met 20 zijn externe verstoringen van de beweging van het lichaam aangeduid, waarvan de invloed symbolisch met de sommeringseenheid 19 is aangegeven. De besturingselektronika kan elke aan de vakman op zich zelf bekende regelvorm uitvoeren, dat wil zeggen P-, PI- of PID-regeling.

Zoals gezegd dient elk van de drie kalibratie-inrichtingen 9, 10, 11 te zijn voorzien van een lichaam 18, dat althans nagenoeg alleen in één richting trilt en waarvan de uitwijking in elke andere richting althans nagenoeg 0 is. Hieronder worden de ontwerpprincipes verder toegelicht voor een in de x-richting trillend lichaam 18. Voor de in de y- en z-richting trillende lichamen gelden dezelfde ontwerpprincipes. De onderstaande tabel 1 geeft de vereiste ontwerpspecifikaties voor het trillende lichaam in de x-richting.

Figuur 4 toont een op zich zelf bekend ontwerp voor het realiseren van een rechtlijnige beweging van een lichaam 18, dat hier wordt gegeven om de mechanische rechtgeleider volgens de uitvinding beter te kunnen begrijpen. Het lichaam 18 wordt met behulp van een niet getekende aktua-tor in beweging gebracht in de x-richting. Aan de beide uiteinden is het lichaam 18 opgehangen aan drie bladveren 23a, 23b, 23c, respektievelijk 24a, 24b, 24c. De drie bladveren 23a, 23b, 23c zijn bij voorkeur onder respektieve hoeken van 120® ten opzichte van elkaar geplaatst en aan hun niet met het lichaam 18 verbonden uiteinde met de vaste wereld verbonden. Voor de drie bladveren 24a, 24b, 24c geldt hetzelfde. Door de in figuur 4 getoonde ophanging van het lichaam 18 en de stijfheid van de bladveren in de lengterichting daarvan, alsmede de in-vlak-stijfheid daarvan, kan het lichaam nagenoeg alleen in de x-richting bewegen. Het eenvoudige ontwerp volgens figuur 4 heeft echter het nadeel, dat slechts een zeer geringe axiale beweging in de x-richting mogelijk is, omdat elke beweging in de x-richting het oprekken van de in principe stijve bladveren 23a, 23b, 23c, 24a, 24b, 24c vereist. Bovendien is het stelsel vele malen overbepaald, onder andere in een richting φ rondom de x-as (zie figuur 4). Voor een zo nauwkeurig mogelijke, ongestoorde axiale verplaatsing van het lichaam 18 moet worden voorkomen, dat het stelsel in welke richting dan ook overbepaald is, omdat juist dat tot ongewenste en onbeheersbare spanningen en daarmee verplaatsingsafwijkingen aanleiding geeft.

Het stelsel volgens figuur 5a lost het eerstgenoemde probleem van het stelsel volgens figuur 4 op. Het stelsel volgens figuur 5a verschilt in zoverre van dat van figuur 4, dat de bladveren 23a, 23b, respektieve-lijk 23c zijn vervangen door over een vooraf bepaalde hoek gevouwen bladveren 25a, 25b, respektievelijk 25c en de bladveren 24a, 24b, 24c door over een vooraf bepaalde hoek gevouwen bladveren 26a, 26b, respektievelijk 26c. Vanwege de vouwen in de bladveren 25a, 25b, 25c, 26a, 26b, 26c kunnen die gedeelten daarvan die met het lichaam 18 zijn verbonden een axiale beweging uitvoeren zonder dat de rekkrachten in de bladveer te groot worden, omdat de bladveren nabij hun vouwen in laterale richting kunnen bewegen. Tegelijkertijd is het stelsel stijf voor het lichaam 18 in laterale richting vanwege de driepuntsophanging van de bladveren en de in-vlak-stijfheid daarvan. Wel is het stelsel volgens figuur 5a overbepaald in de richting φ, hetgeen tot ongewenste spanningen aanleiding kan geven. Dit zou eventueel kunnen worden opgevangen door het lichaam 18 een relatief lage torsie-stijfheid te geven.

Figuur 5b toont een op zich zelf bekende mechanische rechtgeleider die is gebaseerd op het ontwerpprincipe van figuur 5a. De drie bladveren 25a, 25b, 25c vormen tezamen een bladveerkonstruktie 25, en de drie bladveren 26a, 26b, 26c een bladveerkonstruktie 26. De bladveerkonstruktie 25 is met de drie omgebogen uiteinden over de drie respektieve omge-bogen uiteinden van de bladveerkonstruktie 26 geschoven, terwijl de in elkaar geschoven konstruktie op de drie elkaar overlappende gebieden met de vaste wereld is verbonden. Op de in totaal zes posities waar elk van de beide bladveerkonstrukties 25, 26 is omgevouwen is een veer aangebracht, waarvan er één 27 is weergegeven in figuur 5b. Elk van deze veren 27 oefent een drukkracht uit op de bladveerkonstruktie 25, 26 in een richting loodrecht op de x-as. De reden voor het aanbrengen van deze veren 27 zal later aan de hand van figuren 9 en 10 worden toegelicht. Een lichaam kan binnen het stelsel volgens figuur 5b op de plaats van de gestippeld weergegeven cilinder 18' worden aangebracht. De cilindervorm is hier slechts bij wijze van voorbeeld getoond en niet essentieel voor de onderhavige inrichting.

Hoewel met het stelsel volgens figuren 5a, 5b een hogere axiale uitwijking (d.w.z. in de x-richting) van het lichaam 18 mogelijk is dan met het stelsel volgens figuur 4, gaat dit ten koste van de laterale stijfheid (d.w.z. in richtingen loodrecht op de x-richting) van het stelsel, omdat de bladveren 25 (a, b, c), 26 (a, b, c) niet zijn begrensd in de laterale richting en dus voor de laterale stijfheid geen gebruik kan worden gemaakt van de rek-stijfheid van de bladveren.

Een stelsel waarin wel gebruik wordt gemaakt van de rek-stijfheid van de gebruikte bladveren en dat tevens de voordelen van het stelsel volgens figuren 5a en 5b kent, is weergegeven in figuren 6b en 6c. Figuur 6a toont een toelichting op de werking van de stelsels volgens de figuren 6b en 6c. Figuur 6a toont een driehoekvormig stangenstelsel, welke stangen met behulp van kogelgewrichten met elkaar zijn verbonden in de punten A, B, E. Het punt A is met de vaste wereld 'verbonden. Indien de driehoek gelijkzijdig is en de hoek B-A-E 90° is, dan zal een verplaatsing van het punt B in de y-richting een even grote verplaatsing van het punt E in de x-richting ten gevolg hebben. Indien de lengten EA en BA niet gelijk aan elkaar worden gekozen, zijn deze verplaatsingen uiteraard niet gelijk aan elkaar.

Het stelsel volgens figuur 6b is gebaseerd op het stelsel van figuur 6a, maar is dubbel, gespiegeld rondom de x-as, uitgevoerd en voorzien van twee extra stangen BF en JF. Op alle hoekpunten A, B, E, F, I, J zijn de stangen weer met kogelgewrichten met elkaar verbonden, terwijl in figuur 6b het stelsel zowel in punt A als in punt I met de vaste wereld is verbonden. In rust liggen de assen AE en IE op een lijn en liggen ook de assen BF en JF op een lijn, hoewel dit voor de uitvin-dingsgedachte niet essentieel is: in rust kunnen de hoeken A-E-I en B-F-J kleiner of groter dan 180° zijn, terwijl zij ook niet gelijk aan elkaar hoeven te zijn. Wordt nu het punt F langs de x-as bewogen vanuit de rustpositie, dan bewegen de punten B en J naar de x-as toe en verschuift het punt E langs de x-as. Omdat beide punten A en I vast zijn, kan het punt E dan geen laterale beweging uitvoeren en moet de rek van de stangen AE en IE deze verplaatsing van het punt E langs de x-as mogelijk maken. Derhalve wordt in het stelsel volgens figuur 6b de rek-stijfheid van de stangen gebruikt om de laterale bewegingsmogelijkheden te minimaliseren. De punten B en J zullen althans nagenoeg dezelfde beweging uitvoeren, zij het gespiegeld rondom de x-as. Dankzij de rek-stijfheid van de toegepaste stangen, zal punt F nagenoeg geen laterale beweging kunnen uitvoeren. Het is mogelijk om het stelsel zo te dimensioneren, dat een zeer geringe uitwijking van E in de x-richting korres-pondeert met een relatief veel grotere uitwijking van F langs de x-as. Zo kan een uitwijking van E over 0,1 mm vanuit de rusttoestand korres- ponderen met een uitwijking van F over 3 mm vanuit de rusttoestand. Indien de driehoeken BAE en jie beide gelijkzijdig zijn en aan elkaar gelijk zijn, dan korrespondeert een dergelijke uitwijking eveneens met een uitwijking van 0,1 mm van B en J in de y-richting.

Met het stelsel volgens figuur 6b kan een in punt F aangebrachte puntmassa dus een nagenoeg zuiver rechtlijnige beweging in de x-richting maken, waarbij de afwijking in laterale richting minder groot is dan bij het stelsel volgens de figuren 5a en 5b. Om het stelsel een zelfde stijfheid in een richting z loodrecht op het vlak x-y volgens figuur 6b te geven, kan het vlak AEFB onder een hoek van 120° met het vlak EIJF worden geplaatst en een zelfde stangenstelsel EMNF, zoals weergegeven in de nog te bespreken figuur 7, daaraan worden toegevoegd, waarbij het vlak EMNF eveneens een hoek van 120° maakt met beide andere genöemde vlakken AEFB en eijf.

Indien een lichaam met enigszins grotere afmetingen een rechtlijnige beweging moet ondergaan, is het van voordeel het stelsel volgens figuur 6b nogmaals te spiegelen rondom de y-as, waarmee het extra stelsel CDGHKL volgens figuur 6c wordt verkregen. Tussen de punten FG kan dan het lichaam 18 worden bevestigd. Het stangenstelsel CDGHKL is bij voorkeur exakt gelijk aan het stangenstelsel ABEFIJ, alleen gespiegeld rondom de y-as, zodat een verdere beschrijving daarvan achterwege kan blijven.

Op dezelfde wijze als het stelsel volgens figuur 6b een driedimensionaal equivalent ABEFIJMN (zie linker kant van figuur 7) heeft, heeft ook het stelsel volgens figuur 6c een driedimensioneel equivalent, dat in zijn geheel in figuur 7 is weergegeven. In figuur 7 zijn ook tussen de punten B en C, J en K, respektievelijk N en O stangen getekend. Deze drie stangen zijn echter niet strikt noodzakelijk.

Het stelsel volgens figuur 7 verleent het lichaam 18 tussen de punten F en G twee vrijheidsgraden, namelijk translatie in de richting van de x-as en rotatie in de richting φ. De vrijheidsgraad in de x-rich-ting is gewenst, maar die in de φ-richting dient te worden geëlimineerd. Dit kan behulp van het stelsel volgens figuur 8, waarin alle stangen van het stelsel volgens figuur 7 zijn vervangen door bladveren. De bladveren BC, JK en NO zijn niet strikt noodzakelijk. Het stelsel volgens figuur 8 introduceert wel een overbepaaldheid in de richting van zowel de y-as, als de z-as, alsmede in de rotaties, maar deze kan worden verwaarloosd, omdat de in die richtingen optredende overbepaaldheidskrachten samenhangen met de in-vlak buigingsstijfheden van de toegepaste bladveren en deze toch al verre worden overtroffen door de rek-stijfheid van de blad- veren. Figuur 8 toont een driedimensionale struktuur, maar het zal aan de deskundige duidelijk zijn, dat ook twee (niet getoonde) tweedimensionale strukturen kunnen worden ontworpen, die identiek zijn aan die van de figuren 6b en 6c, waarin de betreffende stangen door bladveren zijn vervangen. Met de uitvoeringsvorm volgens figuur 8 is het mogelijk om het lichaam 18 te bewegen over een afstand van 3 mm, terwijl de punten E en H slechts over een afstand van ongeveer 0,1 mm in de x-richting worden verplaatst.

De stijfheid van het stelsel in laterale richting moet zo groot mogelijk zijn. Deze hangt samen met de vorm en het materiaal van de toegepaste bladveren. Als voorkeursmateriaal is TiAl6V4 gekozen vanwege de hoge vermoeiingsspanning, maar ook andere materialen zijn bruikbaar, zoals aluminium, verenstaal en beryllium. Hoe dikker de bladveren, hoe groter de laterale stijfheid van het stelsel. Dit korrespondeert echter met een grotere buigingsstijfheid van de bladveren, zodat met toenemende dikte ook de axiale stijfheid toeneemt. Toenemende axiale stijfheid kan bijvoorbeeld worden overwonnen door een aktuator met groter vermogen toe te passen, maar dat kan ongewenst zijn.

Derhalve is gezocht naar een wijze om de laterale stijfheid voldoende groot te maken onder verlaging van de axiale stijfheid van het stelsel. Daartoe is uitgegaan van het principe van konstante energie, waarvan het basisprincipe in figuur 9 is weergegeven. Een stijve balk 28 rust wrijvingsloos op een wand 32 en leunt wrijvingsloos tegen een wand 31. Het punt waarmee de balk 28 tegen de wand 31 rust is verbonden met een veer 29 met veerkonstante cy, die de balk 28 in de richting van de wand 32 trekt. Het punt waarmee de balk 28 op de wand 32 rust is verbonden met een veer 30 met veerkonstante cx, die de balk 28 in de richting van de wand 31 trekt. Indien de afstand van het punt waarop de balk 28 op de wand 32 rust tot de wand 31 gelijk is aan x en de afstand tussen het punt waarop de balk 28 tegen de wand 31 leunt tot de wand 32 gelijk is aan y, dan geldt voor de totale in het systeem opgeslagen veerenergie U (mits de veren 29, 30 in rust zijn bij uitwijkingen van y=0, respek-tievelijk x=0):

(1)

Indien de veerkonstanten cx en cy aan elkaar gelijk worden gekozen, dan geldt dus:

(2) waarbij 1 de lengte van de balk. 28 is.

Daarom is het in theorie mogelijk de balk 28 met de steunpunten langs de wand 32 en de wand 31 te bewegen zonder enige kracht daarop uit te oefenen, uiteraard indien een dergelijk systeem wrijvingsvrij en ver-liesvrij zou zijn. Het principe van een krachtvrije beweging volgens figuur 9 kan op het stelsel volgens figuur 8 worden toegepast. De met de veer 29 volgens figuur 9 korresponderende trekkrachten worden gerealiseerd met zes veren, waarvan er vijf 33 ... 37 in figuur 10 zichtbaar zijn. De zesde (niet zichtbare) veer 38 verloopt parallel aan veer 35 tussen de punten K en O. De met de veer 30 weergegeven kracht in figuur 9 korrespondeert in het stelsel volgens figuur 10 met de buigkracht van de bladveren BF, JF, NF, CG, KG, OG. Door nu de veerkonstante van de veren 33 t/m 38 op de juiste waarde te kiezen kan het lichaam 18 met behulp van een zeer kleine axiaal gerichte kracht axiaal worden bewogen. In de praktijk is bijvoorbeeld een stelsel volgens figuur 10 gerealiseerd, waarin een lichaam 18 van 1,35 kg met een kracht van maximaal 2,5 N in trilling werd gehouden bij een amplitude van 3 mm.

Figuur 11 toont een voorkeursontwerp voor een onderdeel 42 van de rechtgeleider volgens figuur 10. In de rechtgeleider volgens figuur 10 zijn drie van de in figuur 11 getoonde onderdelen 42 met elkaar verbonden. Elk van de drie identieke onderdelen 42 is met de beide andere onderdelen verbonden met plaatvormige delen 39, 40, 41, bij voorkeur via verbindingsmiddelen 39a, 40a (zie figuur 10). In figuur 10 is de situatie weergegeven, dat het verbindingsmiddel 40a rond is. Deze ronde vorm is niet noodzakelijk, terwijl ook meer dan één verbindingsmiddel tussen het respektieve plaatvormige deel 40 en het naburige plaatvormige deel 40' kunnen worden toegepast. In figuur 10 is voorts weergegeven, dat naburige plaatvormige delen 39 en 39' met elkaar zijn verbonden via verbindingsmiddelen 39a, waarvan er in totaal drie zijn, maar waarvan er maar één in de figuur is te zien. De plaatvormige delen 41 van de drie naburige onderdelen 42 zijn op dezelfde wijze met elkaar verbonden als de drie plaatvormige delen 40.

Elk van de drie onderdelen 42 wordt uit één stuk gemaakt, zodat de gehele rechtgeleider is gebaseerd op drie monolitische identieke onderdelen, die met elkaar zijn verbonden en die vast aan een huis 43 zijn bevestigd. Daartoe heeft ieder van de drie monolitische ontwerpen volgens figuur 11 verbindingsbalken B1, B2, B3, die stijf zijn en althans nagenoeg geen buigende werking hebben. Via bijvoorbeeld bouten, waarvan er enkele met 44, 45, 46 zijn aangeduid, zijn de respektieve onderdelen 42 met het huis verbonden. Met drie van de in figuur 11 getoonde onder- delen 42 wordt aldus een mechanische rechtgeleider verkregen, waarvan de hoekpunten A, D, I, L, Μ, P met de vaste wereld zijn verbonden en waarvan de overige punten kunnen bewegen binnen vooraf bepaalde normen. Het gebruik van monolitische onderdelen 42 vereenvoudigt de assemblage van de rechtgeleider.

Tenslotte wordt nog gewezen op de speciale vorm van de bladveren, die alle bij voorkeur een dik stijf middengedeelte hebben en alleen aan de uiteinden relatief dun zijn. Daardoor vindt de buiging van de bladveren aan de uiteinden daarvan plaats en wordt tevens een grote knik-stijfheid bereikt. Bij voorkeur hebben alle bladveren, behalve BF, CG, JF, KG, NF en OG, een gatscharnier-konstruktie. De bladveren BF, CG, JF, KG, NF en OG hebben bij voorkeur relatief langgerekte, dunne uiteinden ter wille van de axiale uitwijkingsmogelijkheden van het lichaam 18.

In tabel 2 volgt een overzicht van de met een mechanische rechtgeleider volgens figuur 10 bereikte waarden, vergeleken met de vereiste waarden, die reeds in tabel 1 werden getoond.

Tabel 2 laat zien dat aan alle ontwerpspecifikaties is voldaan, behalve dat het lichaam enigszins zwaarder was. Voorts bleek bij de eerste harmonische frekwentie van 8/12 Hz, waarvoor geen vereiste norm is gespecificeerd, een laterale uitwijking van 80 nm op te treden. Desondanks werd ruim aan de gestelde doelen voldaan.

Het uitgangspunt voor het ontwerpen van een mechanische rechtgelei-der vormde de noodzaak voor het verschaffen van een rechtgeleider voor een in de ruimte bewegend lichaam, dat in een kalibratie-eenheid voor versnellingsmeters kan worden toegepast. Uiteraard is toepassing van de hier beschreven, zeer nauwkeurige rechtgeleider niet daartoe beperkt. Ook kan de beschreven mechanische rechtgeleider bijvoorbeeld worden toegepast bij precisie-geleiding voor optische komponenten (bijvoorbeeld vertragingslijnen).

Claims (9)

1. Mechanische rechtgeleider voor het doen bewegen van een lichaam in een axiale richting, die tenminste vier met elkaar verbonden ophang-middelen omvat, waarvan een eerste ophangmiddel aan één üiteinde op een eerste punt met de vaste wereld is verbonden en met het andere uiteinde beweegbaar onder een vooraf bepaalde hoek op een tweede punt met een tweede ophangmiddel is verbonden, welk tweede ophangmiddel met diens andere uiteinde beweegbaar op een derde punt met het lichaam is verbonden, waarvan een derde ophangmiddel aan het ene uiteinde beweegbaar op het derde punt met het lichaam is verbonden en onder een vooraf bepaalde hoek, beweegbaar op een vierde punt met een vierde ophangmiddel is verbonden, waarvan het andere uiteinde op een vijfde punt met de vaste wereld is verbonden, met het kenmerk, dat het eerste punt (A) voorts is verbonden met een zesde punt (E) via een vijfde ophangmiddel (AE), welk zesde punt (E) via een zesde ophangmiddel (EI) met het vijfde punt (I) is verbonden, terwijl tussen het tweede punt (B) en het zesde punt (E), respektievelijk het vierde punt (J) en het zesde punt (E), een zevende ophangmiddel (BE), respektievelijk een achtste ophangmiddel (JE), een en ander zodanig, dat zowel het zesde punt (E), als het derde punt (F) althans nagenoeg alleen een axiale beweging kunnen ondergaan.

2. Mechanische rechtgeleider volgens conclusie 1, waarbij de eerste drie punten (A, B, F) in een eerste vlak (ABF) liggen en de derde, vierde en vijfde punten (F, J, I) in een tweede vlak liggen, welke vlakken een hoek van 120° met elkaar maken, met het kenmerk, dat het lichaam (18) bij het derde punt (F) met een negende ophangmiddel (FN) is verbonden, dat aan het andere uiteinde in een zevende punt (N) met een tiende ophangmiddel (MN) is verbonden, welk tiende ophangmiddel aan het andere uiteinde met een, met de vaste wereld verbonden achtste punt (M) is verbonden en voorts tussen het zesde punt (E) en het achtste punt (M), respektievelijk tussen het zesde punt (E) en het zevende punt (N) een elfde ophangmiddel (EM), respektievelijk een twaalfde ophangmiddel (EN) is aangebracht, en waarbij het derde (F), het zevende (N) en het achtste punt (M) een derde vlak definiëren, dat een hoek van 120° maakt met zowel het eerste als het tweede vlak.

3. Mechanische rechtgeleider volgens conclusie 1 of 2 die is uitgebreid met een door spiegeling van de oorspronkelijke rechtgeleider om een loodrecht op de axiale richting (x) gelegen vlak (y-z) ontstane kon- struktie, met het kenmerk, dat daardoor negende tot en met zestiende punten (D, C, G, K, L, H, 0, resp. P) worden gedefinieerd, die korres-ponderen met de respektieve eerste tot en met de achtste punten (A, B, F, J, I, E, N, resp. M), alsmede dertiende tot en met vierentwintigste ophangmiddelen (CD, CG, GK, KL, DH, LH, CH, KH, OG, OP, PH, resp. OH), die korresponderen met de respektieve eerste tot en met twaalfde ophangmiddelen (AB, BF, FJ, Jï, AE, IE, BE, JE, NF, NM, ME, resp. NE), waarbij het lichaam (18) tussen het derde punt (F) en het elfde punt (G) is bevestigd.

4. Mechanische rechtgeleider volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat tussen het tweede (B) en tiende punt (C)‘ een vijfentwintigste op-hangmiddel (BC) is aangebracht, tussen het vierde (J) en twaalfde punt (K) een zesentwintigste ophangmiddel (JK) en tussen het zevende (N) en het vijftiende punt (0) een zevenentwintigste ophangmiddel (NO).

5. Mechanische rechtgeleider volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat alle ophangmiddelen (AB,....) zijn gevormd uit bladveren en/of gatscharnieren.

6. Mechanische rechtgeleider volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de bladveren/gatschamieren zijn gemaakt van TiAlsv4.

7. Mechanische rechtgeleider volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat veren (33, ..., 38) zijn aangebracht om een lateraal gerichte kracht uit te oefenen, zodat de axiale stijfheid wordt gereduceerd.

8. Mechanische rechtgeleider volgens een van de conclusies 2 t/m 7, met het kenmerk, dat deze is gekonstrueerd uit drie althans nagenoeg identieke, monolitische onderdelen (42).

9. Mechanische rechtgeleider volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat deze wordt toegepast in een kalibratie-een-heid (8) voor een gravitatieveldmeetinrichting, gebaseerd op versnel-lingsopnemers, welke kalibratie-eenheid (8) drie althans nagenoeg identieke kalibratie-inrichtingen (9, 10, 11) omvat, waarvan de respektieve lichamen (18) althans nagenoeg langs de assen van een orthogonaal assenstelsel (x, y, z) trillen en aldus tevens een assenstelsel van de versnel lingsopnemers bepalen.