RU2348952C2 - Device for precision linear travel of optical devices - Google Patents
Device for precision linear travel of optical devices Download PDFInfo
- Publication number
- RU2348952C2 RU2348952C2 RU2007114671/28A RU2007114671A RU2348952C2 RU 2348952 C2 RU2348952 C2 RU 2348952C2 RU 2007114671/28 A RU2007114671/28 A RU 2007114671/28A RU 2007114671 A RU2007114671 A RU 2007114671A RU 2348952 C2 RU2348952 C2 RU 2348952C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- movement
- linear movement
- rolling elements
- movable part
- support
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Transmission Devices (AREA)
- Bearings For Parts Moving Linearly (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к регулирующим приспособлениям для оптических элементов, специально предназначенным для юстировки оптических элементов во время сборки оптических систем, в частности таких систем, где важно прецизионно линейно перемещать оптические элементы параллельно самим себе с отклонениями не более 4 угловых секунд, например, для юстировки дифракционных решеток в системах компрессоров чирпированных оптических импульсов.The invention relates to optical instrumentation, and in particular to adjusting devices for optical elements, specially designed for aligning optical elements during the assembly of optical systems, in particular such systems where it is important to precisely move the optical elements in parallel with themselves with deviations of not more than 4 arc seconds, for example, for aligning diffraction gratings in compressor systems of chirped optical pulses.
Известно, что для перемещения оптических элементов (ОЭ) в процессе настройки приборов или оптических систем применяются направляющие прямолинейного движения различного вида, разделяемые в зависимости от рода трения на направляющие качения и направляющие скольжения («Детали и механизмы приборов», справочник, Б.М.Уваров, В.А.Бойко, В.Б.Подаревский, Л.И.Власенко; Киев, 1987, стр.138-139). При этом в случае прецизионной настройки направляющие качения (см. рис.5.8 там же) предпочтительны, так как малый коэффициент трения качения (около 0,001), практически не зависящий от скорости, снижает момент трогания с места и позволяет позиционировать перемещаемые элементы более точно, по сравнению с направляющими скольжения (см. рис.5.6 а-ж там же), имеющими коэффициент трения скольжения около 0,1-0,2.It is known that for moving optical elements (OE) in the process of setting up devices or optical systems, linear guides of various types are used, which are divided depending on the type of friction on the rolling guides and sliding guides ("Details and mechanisms of devices", reference book, B.М. Uvarov, V.A. Boyko, V. B. Podarevsky, L.I. Vlasenko; Kiev, 1987, pp. 138-139). In this case, in the case of precision adjustment, the rolling guides (see Fig. 5.8 in the same place) are preferable, since a low rolling friction coefficient (about 0.001), practically independent of speed, reduces the starting moment and allows you to position the moving elements more accurately, according to compared with sliding guides (see fig.5.6 a-g ibid), having a sliding friction coefficient of about 0.1-0.2.
Известным устройством для линейного перемещения ОЭ является устройство с шариковой призматической направляющей качения (см. рис.5.8 там же). При этом узел контакта элементов качения представляет собой закрытый шариковый четырехточечный опорный узел (см. таблицу 5.4 на стр.146 там же), состоящий из двух призматических опорных планок (ОП), между которыми перемещаются элементы качения (шарики в данном устройстве). Призматические опорные планки имеют две опорные плоскости для контакта с шариками, выполненные под углом 90° по отношению друг к другу, при этом линия пересечения АВ этих плоскостей (см. фиг.1 в описании предлагаемого изобретения) в случае идеального изготовления ОП должна быть параллельна посадочным плоскостям ОП, посредством которых они контактируют, т.е. сажаются на основание и подвижную часть устройства. Но на практике при изготовлении ОП непараллельность линии пересечения АВ посадочным плоскостям составляет от десятков до сотен угловых секунд, что не позволяет в итоге обеспечить высокую точность перемещения подвижной части данного устройства. Известная направляющая качения содержит два шариковых четырехточечных опорных узла, оси перемещения элементов качения (шариков) которых должны быть с очень большой точностью параллельны между собой и с требуемым направлением линейного перемещения ОЭ. Элементы качения в данном устройстве зафиксированы от нежелательных смещений с помощью сепараторов, служащих для выдерживания заданного расстояния между шариками и их положения относительно подвижной части устройства, на которой размещается ОЭ. Недостатками такой конструкции устройства для линейного перемещения ОЭ являются возникающие при прямолинейном движении подвижной части устройства ее значительные угловые отклонения от своего первоначального положения и невозможность скорректировать их в готовом устройстве.A known device for linear displacement of OE is a device with a ball prismatic rolling guide (see Fig. 5.8 in the same place). In this case, the contact unit of the rolling elements is a closed ball four-point support node (see table 5.4 on p. 144 in the same place), consisting of two prismatic support strips (OP), between which the rolling elements (balls in this device) move. The prismatic support strips have two support planes for contact with the balls, made at an angle of 90 ° with respect to each other, while the intersection line AB of these planes (see figure 1 in the description of the invention) should be parallel to the landing in the case of ideal manufacturing the planes of the OP through which they are in contact, i.e. sit on the base and the movable part of the device. But in practice, in the manufacture of OP, the non-parallelism of the line of intersection of the AB to the landing planes is from tens to hundreds of arc seconds, which does not ultimately make it possible to ensure high accuracy of moving the movable part of this device. The known rolling guide contains two ball four-point support nodes, the axis of movement of the rolling elements (balls) which must be very accurately parallel to each other and with the required direction of linear movement of the MA. The rolling elements in this device are fixed from unwanted displacements with the help of separators that serve to maintain a given distance between the balls and their position relative to the moving part of the device on which the MA is located. The disadvantages of this design of the device for linear displacement of OE are its significant angular deviations from its initial position and the inability to correct them in the finished device arising from the rectilinear movement of the moving part of the device.
Коммерческий интерес представляет реализованное на практике устройство данного типа - устройство для линейного перемещения 7Т167-50 известной фирмы «Standa» (www.standa.lt), выбранное в качестве ближайшего аналога к заявляемому. Изделие-прототип содержит основание, подвижную часть для закрепления на ней ОЭ, четыре призматические ОП, зафиксированные попарно на основании и подвижной части таким образом, чтобы образовать, как в аналоге, два закрытых шариковых четырехточечных узла контакта элементов качения (шариков), и регулирующие элементы для предварительного натяга обоих четырехточечных узлов контакта и всего устройства в целом. Движение в данном устройстве обеспечивается путем вращения микрометра, неподвижная часть которого зафиксирована в держателе, расположенном на основании, а подвижная часть микрометра упирается в кронштейн, закрепленный на подвижной части устройства. Данная конструкция является базовой для целого семейства устройств линейного перемещения, производимых фирмой «Standa», отличающихся величиной хода подвижной части и вариантами приводов.Of commercial interest is a device of this type implemented in practice - a 7T167-50 device for linear movement of the well-known company Standa (www.standa.lt), selected as the closest analogue to the claimed one. The prototype product contains a base, a movable part for fixing the OE on it, four prismatic OPs, fixed in pairs on the base and the movable part so as to form, as in the analogue, two closed ball four-point contact nodes of the rolling elements (balls), and control elements for preloading both four-point contact nodes and the entire device as a whole. The movement in this device is ensured by rotation of the micrometer, the fixed part of which is fixed in the holder located on the base, and the movable part of the micrometer rests on the bracket mounted on the movable part of the device. This design is the basis for a whole family of linear displacement devices manufactured by Standa, which differ in the magnitude of the movement of the movable part and drive options.
Точность перемещения подвижной части любого устройства для прецизионного линейного перемещения под нагрузкой в значительной степени определяется жесткостью всего устройства, поскольку упругие смещения подвижной части в целом зависят от упругих смещений опорных планок и элементов качения. Жесткость устройства для прецизионного линейного перемещения ОЭ может быть повышена предварительным натягом, сущность которого заключается в уничтожении зазоров и в создании начального сжатия в местах контакта элементов качения с ОП. Конструктивно это достигается затяжкой при помощи резьбы. При этом элемент для предварительного натяга может быть в составе системы направляющих прямолинейного движения или его может не быть, тогда регулировку предварительного натяга осуществляют при сборке изделия. Точно определить оптимальную величину предварительного натяга невозможно вследствие неопределенности наивыгоднейшего соотношения между действующими нагрузками и величиной предварительного натяга, поэтому задачу решают экспериментально. Таким образом, осуществление предварительного натяга в устройстве для прецизионного линейного перемещения позволяет обеспечить необходимую для работы жесткость конструкции в целом, скорректировать неточности сборки и те микронеточности изготовления, которые приводят к отклонениям перемещения в плоскости XOZ (см. фиг.2 в описании предлагаемого изобретения) от идеального линейного перемещения.The accuracy of moving the movable part of any device for precision linear movement under load is largely determined by the rigidity of the entire device, since the elastic displacements of the moving part as a whole depend on the elastic displacements of the support strips and rolling elements. The rigidity of the device for precision linear displacement of the OE can be increased by a preload, the essence of which is to eliminate gaps and to create initial compression at the points of contact of the rolling elements with the OP. Structurally, this is achieved by tightening with a thread. In this case, the element for the preload may be part of a system of guides of rectilinear movement or it may not be, then the adjustment of the preload is carried out during assembly of the product. It is impossible to precisely determine the optimal value of the preload due to the uncertainty of the most favorable relationship between the existing loads and the value of the preload, so the problem is solved experimentally. Thus, the preload in the device for precision linear movement allows you to provide the necessary rigidity of the structure as a whole, to correct inaccuracies in the assembly and those micro-manufacturing errors that lead to deviations of movement in the XOZ plane (see figure 2 in the description of the invention) from perfect linear movement.
Недостатком устройства-прототипа является невозможность коррекции тех угловых отклонений подвижной части устройства при ее линейном перемещении относительно своего первоначального положения, которые обусловлены непараллельностью осей двух шариковых четырехточечных опорных узлов и которые не поддаются коррекции с помощью упомянутого предварительного натяга конструкции устройства. Указанный недостаток в той или иной мере свойственен всем устройствам для линейного перемещения ОЭ. Даже при предельном качестве и контроле технического исполнения деталей с точностью в несколько микрон при сборке системы направляющих прямолинейного движения получаются отклонения в пространстве между двумя осями перемещения шариков, или, что то же самое, между осями двух шариковых четырехточечных опорных узлов, которые вызывают значительные угловые отклонения подвижной части устройства порядка сотен микрорадиан относительно ее начального положения. Угловое отклонение подвижной части при ее линейном перемещении относительно своего первоначального положения в устройстве-прототипе составляет 200 микрорадиан, или в пересчете на угловые секунды 41,2''. Для большинства применений устройств для прецизионного линейного перемещения этой точности вполне достаточно, но существует целый ряд задач, в которых наличие подобных отклонений приводит к разъюстировке всей оптической системы.The disadvantage of the prototype device is the inability to correct those angular deviations of the movable part of the device when it is linearly moved relative to its original position, which are due to the non-parallel axis of the two ball four-point support nodes and which cannot be corrected using the said preload of the device structure. This drawback is in one way or another characteristic of all devices for linear displacement of MA. Even with the highest quality and control of the technical performance of parts with an accuracy of several microns, when assembling a system of linear motion guides, deviations are obtained in the space between the two axes of movement of the balls, or, what is the same, between the axes of two ball four-point support nodes, which cause significant angular deviations the mobile part of the device is of the order of hundreds of microradians relative to its initial position. The angular deviation of the movable part when it is linearly moved relative to its original position in the prototype device is 200 microradians, or in terms of angular seconds of 41.2 ''. For most applications of devices for precision linear displacement, this accuracy is quite enough, but there are a number of problems in which the presence of such deviations leads to misalignment of the entire optical system.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка более точного устройства для прецизионного линейного перемещения ОЭ, имеющего минимальные угловые отклонения при перемещении подвижной части, за счет возможности контролируемой компенсации неточностей изготовления и сборки всех деталей.The problem to which the present invention is directed, is the development of a more accurate device for precision linear displacement of the OE, having minimal angular deviations when moving the moving part, due to the possibility of controlled compensation of inaccuracies in the manufacture and assembly of all parts.
Указанный технический результат достигается тем, что предлагаемое устройство для прецизионного линейного перемещения оптических элементов, так же как и прототип, содержит основание, подвижную часть для крепления ОЭ и, по крайней мере, три закрепленные на основании и подвижной части опорные планки, установленные с предварительным натягом и образующие поверхности контакта для элементов качения в двух опорных узлов.The specified technical result is achieved by the fact that the proposed device for precise linear movement of optical elements, as well as the prototype, contains a base, a movable part for mounting the OE and at least three support strips fixed to the base and the movable part, installed with a preload and forming contact surfaces for rolling elements in two support nodes.
Новым в разработанном устройстве является то, что одна из опорных планок выполнена регулируемой за счет введения дополнительной регулировки, обеспечивающей совмещение осей перемещения элементов качения двух опорных узлов в одной плоскости.New in the developed device is that one of the support strips is made adjustable by the introduction of additional adjustment, ensuring the alignment of the axes of movement of the rolling elements of the two support nodes in one plane.
Технический результат, обеспечиваемый предлагаемым изобретением, заключается в повышении точности движения подвижной части устройства за счет возможности компенсации неточностей изготовления и сборки всех деталей, что позволяет существенно уменьшить угловые отклонения ОЭ при его линейном плоскопараллельном перемещении. Этот результат достигается за счет возможности изгибать одну из опорных планок, используя ее естественную упругость, на те несколько микрометров, которые трудоемко и практически невозможно проконтролировать в процессе изготовления деталей устройства.The technical result provided by the invention consists in increasing the accuracy of movement of the moving part of the device due to the possibility of compensating for inaccuracies in the manufacture and assembly of all parts, which can significantly reduce the angular deviations of the OE when it is linearly plane-parallel. This result is achieved due to the ability to bend one of the support strips, using its natural elasticity, to those few micrometers that are laborious and almost impossible to control during the manufacturing process of the device parts.
В первом частном случае реализации разработанного устройства целесообразно профиль регулируемой опорной планки выполнить с уменьшенной по толщине по отношению к краям средней частью.In the first particular case of the implementation of the developed device, it is advisable to carry out the profile of the adjustable support strip with a middle part reduced in thickness with respect to the edges.
В другом частном случае реализации разработанного устройства для прецизионного линейного перемещения целесообразно регулировку, обеспечивающую совмещение осей перемещения элементов качения обоих опорных узлов в одной плоскости, выполнить в виде ряда технологических отверстий, выполненных в фиксирующей одну из опорных планок детали, расположенных вдоль оси перемещения ОЭ в непосредственной близости от края указанной планки и снабженных подстроечными винтами.In another particular case of the implementation of the developed device for precision linear movement, it is advisable to adjust to ensure that the axes of movement of the rolling elements of both support nodes in the same plane are aligned, in the form of a series of technological holes made in fixing one of the support bars of the part located along the axis of movement of the MA in the immediate proximity to the edge of the specified strap and equipped with trimming screws.
В третьем частном случае реализации разработанного устройства целесообразно для обеспечения указанной выше регулировки одной из опорных планок выполнить в фиксирующей эту опорную планку детали перпендикулярно друг другу два ряда технологических отверстий, расположенных вдоль оси перемещения ОЭ в непосредственной близости от края указанной планки, и снабдить их системой передачи горизонтального усилия давления регулировочных винтов в вертикальное усилие, например, с помощью пар шар с клином или шар с шаром.In the third particular case of the implementation of the developed device, it is advisable to ensure the adjustment of one of the support strips as described above, to perform two rows of technological holes perpendicular to each other in the part fixing this support stripe, located along the axis of the OE displacement in the immediate vicinity of the edge of the specified stripe, and equip them with a transmission system the horizontal pressure force of the adjusting screws in a vertical force, for example using pairs of ball with wedge or ball with ball.
Целесообразно в четвертом частном случае реализации разработанного устройства для обеспечения указанной выше регулировки изготовить в одной из опорных планок ряд технологических отверстий, расположенных вдоль оси перемещения ОЭ в непосредственной близости от края указанной планки, снабженных подстроечными винтами, с возможностью доступа для регулировки.It is advisable in the fourth particular case of the implementation of the developed device to ensure the above adjustment to make in one of the support strips a number of technological holes located along the axis of movement of the OE in the immediate vicinity of the edge of the specified bracket, equipped with trimming screws, with access for adjustment.
В пятом частном случае реализации разработанного устройства для прецизионного линейного перемещения целесообразно для выдерживания заданного расстояния между элементами качения и их положения относительно подвижной части использовать специальные сепараторы.In the fifth particular case of the implementation of the developed device for precision linear movement, it is advisable to use special separators to maintain a given distance between the rolling elements and their position relative to the moving part.
В шестом частном случае реализации разработанного устройства целесообразно подвижную часть выполнить с возможностью перемещения вручную, например, вращением микрометрического винта, закрепленного на основании.In the sixth particular case of the implementation of the developed device, it is advisable to perform the movable part with the possibility of manual movement, for example, by rotating a micrometer screw fixed to the base.
Целесообразно в седьмом частном случае реализации разработанного устройства подвижную часть выполнить таким образом, чтобы ее перемещение осуществлялось автоматически, например, с помощью дистанционно управляемого двигателя.It is advisable in the seventh particular case of the implementation of the developed device, the movable part is performed so that its movement is carried out automatically, for example, using a remotely controlled engine.
Предлагаемое изобретение поясняется следующими чертежами:The invention is illustrated by the following drawings:
- на фиг.1 представлен в аксонометрии внешний вид одной из призматических опорных планок (ОП);- figure 1 presents in a perspective view the appearance of one of the prismatic support strips (OP);
- на фиг.2 показана в аксонометрии конкретная реализация заявленного устройства (фотография внешнего вида) для линейного перемещения по п.4 формулы с наложенной прямоугольной системой координат (для пояснения возникающих при изготовлении и сборке нежелательных угловых отклонений подвижной части устройства);- figure 2 shows a perspective view of a specific implementation of the claimed device (photograph of the appearance) for linear movement according to
- на фиг.3 представлен поперечный разрез устройства для линейного перемещения плоскостью, перпендикулярной направлению перемещения ОЭ и проходящей через элементы качения, в соответствии с п.1 и 3 формулы;- figure 3 presents a cross section of a device for linear movement by a plane perpendicular to the direction of movement of the MA and passing through the rolling elements, in accordance with
- на фиг.4 представлен поперечный разрез устройства для линейного перемещения плоскостью, перпендикулярной направлению перемещения ОЭ и проходящей через элементы качения, в соответствии с п.2 и 3 формулы;- figure 4 presents a cross section of a device for linear movement by a plane perpendicular to the direction of movement of the OE and passing through the rolling elements, in accordance with
- на фиг.5 представлен поперечный разрез устройства для линейного перемещения плоскостью, перпендикулярной направлению перемещения ОЭ и проходящей через элементы качения, в соответствии с п.1 и 4 формулы;- figure 5 presents a cross section of a device for linear movement by a plane perpendicular to the direction of movement of the OE and passing through the rolling elements, in accordance with
- на фиг.6 представлен поперечный разрез устройства для линейного перемещения плоскостью, перпендикулярной направлению перемещения ОЭ и проходящей через элементы качения, в соответствии с п.1, 2 и 4 формулы;- Fig.6 shows a cross section of a device for linear movement by a plane perpendicular to the direction of movement of the OE and passing through the rolling elements, in accordance with
- на фиг.7 представлен поперечный разрез устройства для линейного перемещения плоскостью, перпендикулярной направлению перемещения ОЭ и проходящей через элементы качения, в соответствии с п.5 формулы;- Fig.7 shows a cross section of a device for linear movement by a plane perpendicular to the direction of movement of the OE and passing through the rolling elements, in accordance with
- на фиг.8 приведена фотография конкретной реализации заявленного устройства по п.2 и 4;- Fig.8 is a photograph of a specific implementation of the claimed device according to
- на фиг.9 приведены графики, показывающие величины угловых отклонений подвижной части устройства;- figure 9 shows graphs showing the magnitude of the angular deviations of the movable part of the device;
- на фиг.10 представлено схематическое изображение установки, поясняющее проведение настройки (компенсации угловых отклонений) заявленного устройства линейного перемещения.- figure 10 presents a schematic representation of the installation, explaining the settings (compensation of angular deviations) of the claimed device linear displacement.
Предлагаемое устройство для прецизионного линейного перемещения ОЭ содержит опорные планки 1 и 2, внешний вид которых в аксонометрии представлен на фиг.1, и которые закрепляются на основании 3 устройства (см. фиг.3). Внешний вид одного из вариантов предлагаемого устройства представлен в аксонометрии на фиг.2. Разработанное устройство, изготовленное в соответствии с п.1 и 3 формулы и представленное на фиг.3, содержит также наряду с опорными планками 1 и 2, закрепленными на основании 3, расположенную параллельно основанию 3 подвижную часть 4, с закрепленными на ней опорными планками 5 и 6. Планки 1, 5 и 2, 6 попарно образуют поверхности контакта в двух опорных узлах, внутри которых располагаются, по крайней мере, по два элемента качения 7, с возможностью перемещения вдоль осей упомянутых узлов. Элементы качения 7, представляющие собой шарики, изготовленные, например, из высококачественной закаленной стали, дополнительно зафиксированы от нежелательных перемещений сепараторами 8. С внешней стороны опорной планки 2 расположена дополнительная планка 9 для осуществления предварительного натяга с помощью винтов 10. В основании 3, фиксирующем опорную планку 1, изготовлен ряд технологических отверстий 11, расположенных параллельно оси перемещения ОЭ в непосредственной близости от края планки 1. В технологических отверстиях 11 расположены подстроечные элементы 12, выполненные, например, в виде винтов.The proposed device for precise linear movement of the MA contains
В частном случае реализации устройства для прецизионного линейного перемещения оптических элементов в соответствии с п.2 и 3 формулы, представленном на фиг.4, закрепленная на основании 3 опорная планка 2 образует закрытые шариковые четырехточечные опорные узлы совместно с опорными планками 5 и 6, закрепленными на подвижной части 4. Технологические отверстия 11 и подстроечные элементы 12 располагаются вдоль кромки опорной планки 2, а элементы 10 для осуществления предварительного натяга располагаются непосредственно в корпусе подвижной части 4 с внешней стороны опорной планки 6. Опорная планка 2 имеет в соответствии с п.2 формулы профиль поперечного сечения с уменьшенной по толщине средней частью.In the particular case of the implementation of the device for the precise linear movement of optical elements in accordance with
В частном случае реализации разработанного устройства в соответствии с п.1 и 4 формулы, представленном на фиг.5, в фиксирующем опорную планку 1 основании 3 выполнены два ряда пересекающихся технологических отверстий 11 и 13, перпендикулярных друг другу, и расположенных вдоль оси перемещения ОЭ в непосредственной близости от края указанной планки 1. В отверстиях 11 и 13 располагаются соответственно клин 14 и шар 15 таким образом, что образуют систему передачи горизонтального усилия давления подстроечных винтов 12 в вертикальное усилие, изгибающее опорную планку 1.In the particular case of the implementation of the developed device in accordance with
В другом частном случае согласно п.1, 2 и 4 формулы система передачи горизонтального усилия давления подстроечных винтов 12 в вертикальное усилие может быть выполнена в виде системы шаров 15 и 16, расположенных в технологических отверстиях 13 и 11 соответственно, см. фиг.6. Отверстия 13 и 11, изготовленные в основании 3 перпендикулярно друг другу, располагаются вдоль оси перемещения ОЭ в непосредственной близости от края опорной планки 2. При этом регулировка, обеспечивающая совмещение осей перемещения элементов качения 7 в одной плоскости, осуществляется за счет изгиба опорной планки 2, имеющей уменьшенную толщину средней части.In another particular case according to
На фиг.7 показан частный случай выполнения устройства в соответствии с п.5 формулы. При этом в самой опорной планке 2 изготовлен ряд технологических отверстий 17, расположенных вдоль оси перемещения ОЭ в непосредственной близости от края указанной планки 2, снабженных подстроечными элементами 12. Возможность доступа к ним для регулировки обеспечивается, например, через отверстия 18, выполненные в подвижной части 4 соосно отверстиям 17.Figure 7 shows a special case of the device in accordance with
Погрешности формы, прогибы и зазоры, неизбежные при изготовлении и сборке устройства для прецизионного линейного перемещения, вызывают нежелательные микроскопические повороты оптических элементов в процессе перемещения относительно осей ОХ, ОУ и OZ, см. фиг.2. Оптический элемент (не показан) перемещается вдоль оси OZ (оси шариков), тогда считаем, что основание 3 и параллельная ему подвижная часть 4 располагаются параллельно плоскости XOZ, а ортогонально упомянутой плоскости расположена вертикальная ось ОУ. Технологические отклонения размеров деталей, приводящие к нежелательным микровращениям относительно оси ОХ, легко контролируются и сведение их к минимуму достигается изготовлением деталей с требуемой чистотой обработки поверхности. Технологические отклонения размеров деталей, приводящие к нежелательным микровращениям относительно оси ОУ, легко контролируются и регулируются, как и в устройстве-прототипе, с помощью механизма предварительного натяга (подстроенными элементами 10). Наиболее сложно проконтролировать (см., например, оборудование для контроля в каталоге фирмы Heidenhain, стр.5, www.heidenhain.de) и тем более устранить технологические отклонения размеров деталей, приводящие к нежелательным микровращениям перемещаемых оптических элементов относительно оси OZ. Эти нежелательные отклонения возникают из-за того, что оси перемещения элементов качения 7 в двух шариковых четырехточечных опорных узлах, образованных ОП 1, 2, 5, 6, оказываются лежащими в разных плоскостях из-за небольшой непараллельности линии пересечения АВ опорных плоскостей 19 (для элементов качения 7) посадочным плоскостям 20 опорных планок 1, 2, 5, 6 (см. фиг.1 и 3).Shape errors, deflections and gaps that are inevitable in the manufacture and assembly of a device for precision linear movement cause unwanted microscopic rotations of the optical elements during movement relative to the axes OX, OU, and OZ, see FIG. 2. An optical element (not shown) moves along the OZ axis (balls axis), then we assume that the
Пример конкретной реализации (внешний вид) разработанного устройства для прецизионного линейного перемещения оптических элементов, изготовленный согласно п.2 и 4 формулы, представлен на фиг.8. На основании 3 с габаритными размерами 62×90 мм расположена подвижная часть 4 длиной 90 мм с величиной хода 40 мм, расстояние между осями шариков 7 составляет 52 мм. Вдоль края планки 1 выполнен ряд отверстий 11 с подстроечными элементами 12 для регулировки угловых отклонений. На фиг.9 приведены зависимости угловых отклонений подвижной части 4 устройства до и после компенсации отклонений. На графике по горизонтали указано линейное перемещение в мм, по вертикали - отклонение в угловых секундах подвижной части 4 устройства относительно ее первоначального положения. До компенсации угловые отклонения на перемещении 20 мм составляли порядка 25 угловых секунд. После компенсации разница между максимумом и минимумом при перемещении на 20 мм составила 3,5 угловых секунды, что в 7 раз меньше, чем до регулировки.An example of a specific implementation (appearance) of the developed device for precision linear displacement of optical elements, made according to
Контролируемую компенсацию микронеточностей изготовления опорных планок 1, 2, 5, 6 с помощью дополнительной регулировки, обеспечивающей совмещение осей перемещения элементов качения 7 двух опорных узлов в одной плоскости и представленной на фиг.3, осуществляют следующим образом. Предварительно на подвижной части 4 устройства закрепляется плоское зеркало 21 (см. фиг.10) и вместе с ней перемещается относительно основания 3. При этом строится зависимость величины углового отклонения φ(z) подвижной части 4 и связанного с ней зеркала 21 от линейного перемещения по оси z. Диагностическое излучение лазера 22, отразившись от полупрозрачного зеркала 23, падает на зеркало 21. В фокальной плоскости линзы 24 расположена ПЗС-камера 25, на матрице которой фиксируется и измеряется смещение центра масс пучка, отраженного от зеркала 21. Полученные данные накапливаются и обрабатываются компьютером 26. Подобная схема измерений позволяет различать угловые отклонения на уровне 10-6 радиан (примерно 0,2 угловых секунды). Анализируя вид кривой отклонений φ(z), принимается решение, какой характер компенсации необходимо применить. Используя несколько подстроечных элементов 12 по длине устройства и контролируя момент их закручивания, создают распределенное усилие изгиба опорной планки 1. Это позволяет выровнять положение осей движения шариков 7 в двух опорных узлах относительно друг друга, тем самым компенсируя нежелательные микровращения линейно перемещаемой подвижной части 4 относительно оси OZ. Угловые отклонения подвижной части 4 уменьшаются до нескольких единиц угловых секунд, что практически на порядок меньше по сравнению с прототипом. Таким образом, выполнение одной из опорных планок разработанного устройства регулируемой в вертикальной плоскости с возможностью контролируемой компенсации микронеточностей изготовления позволяет решить поставленную задачу.Controlled compensation of micro-precision manufacturing of support strips 1, 2, 5, 6 with the help of additional adjustment, ensuring the alignment of the axes of movement of the rolling
Особенностью работы предлагаемого устройства для линейного перемещения по п.2 формулы, представленного на фиг.4-6, является использование регулируемой опорной планки с особым профилем - в средней части планки ее толщина меньше, чем на краях. Наличие участка с уменьшенной толщиной позволяет прикладывать меньше усилий для изгиба опорной планки, в качестве которой может быть выбрана любая из опорных планок 1, 2, 5, 6.A feature of the proposed device for linear displacement according to
Особенностью работы предлагаемого устройства для линейного перемещения по п.4 формулы является использование системы передачи горизонтального усилия давления регулировочных винтов 12 в вертикальное усилие, действующее на опорную планку. При этом доступ к технологическим отверстиям 11 осуществляется с торцевой стороны основания 3 (фиг.5 и 6), что является более удобным вариантом, т.к. часто доступ к отверстиям 11 с нижней стороны основания 3 затруднен или невозможен. Такой вариант разработанного устройства для прецизионного линейного перемещения позволяет еще более повысить его потребительские свойства.A feature of the work of the proposed device for linear movement according to
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007114671/28A RU2348952C2 (en) | 2007-04-18 | 2007-04-18 | Device for precision linear travel of optical devices |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007114671/28A RU2348952C2 (en) | 2007-04-18 | 2007-04-18 | Device for precision linear travel of optical devices |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007114671A RU2007114671A (en) | 2008-10-27 |
| RU2348952C2 true RU2348952C2 (en) | 2009-03-10 |
Family
ID=40528878
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007114671/28A RU2348952C2 (en) | 2007-04-18 | 2007-04-18 | Device for precision linear travel of optical devices |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2348952C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2502952C1 (en) * | 2012-06-15 | 2013-12-27 | федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научно-исследовательский радиофизический институт" | Apparatus for nanometer accuracy linear displacements in wide range of possible displacements |
| RU2537363C2 (en) * | 2013-02-21 | 2015-01-10 | Открытое акционерное общество "Завод ПРОТОН-МИЭТ" | Indexing device |
| RU2606805C1 (en) * | 2015-10-06 | 2017-01-10 | НаноОптоМетрикс ЛТД. | Object linear displacement device with nanometer accuracy in wide range of possible displacements |
-
2007
- 2007-04-18 RU RU2007114671/28A patent/RU2348952C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛИНЕЙНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ 7Т167-50, «STANDA», WWW.STANDA.LT. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2502952C1 (en) * | 2012-06-15 | 2013-12-27 | федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научно-исследовательский радиофизический институт" | Apparatus for nanometer accuracy linear displacements in wide range of possible displacements |
| RU2537363C2 (en) * | 2013-02-21 | 2015-01-10 | Открытое акционерное общество "Завод ПРОТОН-МИЭТ" | Indexing device |
| RU2606805C1 (en) * | 2015-10-06 | 2017-01-10 | НаноОптоМетрикс ЛТД. | Object linear displacement device with nanometer accuracy in wide range of possible displacements |
| WO2017060803A1 (en) * | 2015-10-06 | 2017-04-13 | НаноОптоМетрикс ЛТД. | Device for the linear nanometer-precision displacement of an object within a large range of possible displacements |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007114671A (en) | 2008-10-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6350080B1 (en) | Modular motion stages utilizing interconnecting elements | |
| US10209048B2 (en) | Double ball-bar measuring system and errors compensation method thereof | |
| GB2207505A (en) | Coordinate measuring machine | |
| EP1286131A1 (en) | Coordinate measuring table and coordinate measuring machine | |
| US20070261522A1 (en) | Precision tool holder with flexure-adjusted, three degrees of freedom for a four-axis lathe | |
| KR20130082499A (en) | Device and method for reducing a wedge error | |
| CN203245845U (en) | Large stroke two-dimensional nanometer work table system with angle compensation function | |
| DE102008010284A1 (en) | XY table with a measuring arrangement for position determination | |
| RU2348952C2 (en) | Device for precision linear travel of optical devices | |
| EP0105119B1 (en) | Metal tape transducer for the micrometric measurement of linear quantities | |
| CN1871562B (en) | Stage device | |
| Deng et al. | A macro–micro compensation method for straightness motion error and positioning error of an improved linear stage | |
| US7765709B2 (en) | Measuring apparatus | |
| DE102011005885A1 (en) | lithography apparatus | |
| AT515951A1 (en) | positioning | |
| Alejandre et al. | Thermal non-linear behaviour in optical linear encoders | |
| CN110296718B (en) | Bar code type leveling staff detection system and detection method | |
| CN111664323A (en) | Assembly comprising a main support, an intermediate support arranged on the main support and a scale arranged on the intermediate support | |
| US20080011117A1 (en) | Xy planar system with a vertically decoupled x axis and y axis | |
| KR20120058273A (en) | stage with flexure joint for compensation of yaw error | |
| JPH10186198A (en) | Parallel and straight fine adjustment device and fine moving device of lens barrel using the same | |
| RU2365950C1 (en) | Device for precision rotation of optical elements | |
| JPH08201020A (en) | Moving value reader for measuring apparatus | |
| WO2021115574A1 (en) | Method and device for aligning substrates | |
| US9709876B2 (en) | Optical device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120419 |