SU700266A1

SU700266A1 - Manipulator

Info

Publication number: SU700266A1
Application number: SU772450213A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Федорович Скляров
Original assignee: Предприятие П/Я Г-4937
Priority date: 1977-02-07
Filing date: 1977-02-07
Publication date: 1979-11-30

Description

Изобретение может быть использовано в измерительной технике, в элек ронных микроскопах, в лазерной технике и т.д. Известен механизм дл пр молинейного перемещени детали при нанесении покрытий в вакууме, где каретка соедин ет средние части нескольких упругих опор, своими конца ш жестко закрепленных в корпусе. Через упругие опоры пропускаетс электрический ток, вследствие чего последние нагреваютс , испытывают температурное . удлинение и преобразуют последнее в увеличенную стрелу прогиба средней части. При охлаждении движение проис ходит с обратным знаком 1. Недостатком известного устройства вл етс значительна инерционность действи , так как процесс охлаждени в вакууме вследствие отсутстви кон векции идет очень медленно. Принудительное охлаждение, например, с помощью воды вызывает усложнение конст рукции, так как требует наличи вводов в вакуум хлад-агентов, что не позвол ет использовать преимущества известных устройств ( а именно: исключение необходимости передачи дви:жени через стенку вакуумной камеры и, следовательно, различного рода герметизирующих элементов типа сильфоков , резиновых манжет и т.д.) полностью . Малое быстродействие ( не менее 5-7 с при наличии принудительного охлаждени опор) не позвол ет подключить такие устройства к автоматической системе управлени перемещением рабочих объектов, Из известных технических решений наиболее близким по технической cyiaности к предлагаемому вл етс манипул тор , содержащий корпус, пьезопреобразовгтели с закрепленными в них-гибкими элементами, например, в виде плоских ленточных пружин и подложкодержатель 2. Недостатком известной конструкции вл етс низка точность перемещени по,цложкодержател . Цель изобретени - повышение точности перемещени . Это достигаетс тем, что в манипул торе , содержащем корпус, пьезопреобразователи с закрепленными в них гибкими элементами, например, в виде плоских ленточных пружин и подложкодержатель ,. пьезопреобразователи ;неподвижно закреплены на корпусе, аThe invention can be used in measurement technology, in electron microscopes, in laser technology, etc. A known mechanism for the rectilinear movement of a part during coating in vacuum, where a carriage connects the middle parts of several elastic supports, with their ends rigidly fixed in the housing. An electric current is passed through the elastic supports, as a result of which the latter are heated and experience temperature. elongation and transform the latter into an increased deflection of the middle section. During cooling, the movement occurs with the opposite sign. A disadvantage of the known device is the considerable inertia of the action, since the cooling process in a vacuum due to the absence of convection is very slow. Forced cooling, for example, with the help of water, complicates the design, since it requires the presence of refrigerant agents in the vacuum, which makes it impossible to take advantage of the known devices (namely, the elimination of the need to transfer the engine through the vacuum chamber wall and, various types of sealing elements such as sylphs, rubber cuffs, etc.) completely. Low speed (not less than 5-7 seconds with forced cooling of the supports) does not allow connecting such devices to an automatic control system for moving work objects. Of the known technical solutions, the manipulator containing the body, piezoelectric transducers are the closest to technical cyia fixed in them are flexible elements, for example, in the form of flat belt springs and substrate holder 2. A disadvantage of the known construction is the low accuracy of movement along the platform atel The purpose of the invention is to improve the accuracy of movement. This is achieved by the fact that, in a manipulator comprising a housing, piezo transducers with flexible elements fixed in them, for example, in the form of flat belt springs and a substrate holder,. piezo transducer; fixedly mounted on the housing, and

гибкие элементы жестко соединены с подложкодержателем,flexible elements are rigidly connected to the substrate holder,

Па чертеже схе1матически показан пре,цлагаемьтй манипул тор«Pa the drawing is schematically shown pre, tslagamyty manipulator tor

Манипул тор состоит из корпуса 1. внутри которого располохкен по,цложко-даржатеЛь 2 на опорах, выполненных в }зиде плоских ленточных пружин 3 к 4, св занных меж,цу собой в средних част х посредством подложкодержател 2 f а своими концами жестко соединенных с пьезопреобразовател ми 5 6 и 7, 8 соответственноf которые в свою очередь жестко, например, при помощи сварки закреплены гз корпусе Пьезфпреобразователи выполнены в,виде единичных пьезоэлемектов (таблеток), с слеенных или сваренных между собой через промежуточные лепестки 9, которые по группам соединены с соотЕвтствующими полюсами источника питани 10е На стержне расположена обрабатываема деталь 11, Упругих опор может быть и более двух, при этом расположение их может быть осуществлено Е; одной плоскости относительно подложкодержател через равные угловые промежутки,, Дл обеспечени однозначности хода упругие опоры при c6opi :e нагружаютс до предела потери устойчивости и принимают форму полуволны синусоиды с одинаковым направление .м прогиба средней части.The manipulator consists of a housing 1. within which it is flush-mounted and dargently 2 on supports made in the form of flat belt springs 3 to 4 connected between, in the middle parts by means of the substrate holder 2 f and their ends rigidly connected to piezoelectric transducers 5 6 and 7, 8, respectively, which in turn are rigidly fixed, for example, by welding, fixed to the housing. Piezfractive transducers are made in the form of single piezoelements (tablets), which are bonded or welded to each other through intermediate lobes 9, which are gr ppam sootEvtstvuyuschimi poles connected to a power source 10e is located on the workpiece rod 11, an elastic support can be more than two, the arrangement of them may be effected E; one plane relative to the substrate holder at equal angular intervals. To ensure unambiguity of the stroke, the elastic supports at c6opi: e are loaded to the limit of buckling and take the form of a half wave sinusoid with the same direction of the deflection of the middle part.

Манипул тор работает следующим образом.The manipulator works as follows.

При одновременной подаче напр сеВИЯ пр мой пол рностр на пьезопреобразователи , состо щие из одинакового количества пьезотаблеток, последние Б силу обратного пьезоэффект (( Юпытывают в электрическом поле расГ жениер увеличиваютс в продольном (осевом) направлении и дeфop tиpyю:: упругие опоры, сжима их продольно, от чего последние в силу свойства умножени увеличивают малые продольные деформации и увеличенные в -i раз поперечные перемещени , т„е« движение подложкодержател осуществл етс по чертежу влево. При уменьшении подаваемого напр жени до нул пьезопреобразователи принимают исходнут э длину, а затем при перемене знака подаваемого напр жени они испытывают сжатие и под.ложкодержатель перемещаетс вправо (см„ чертенс) ,With the simultaneous supply of direct field polarizer to piezoelectric transducers consisting of the same number of piezo-tablets, the last B is due to the inverse piezoelectric effect ((the electrician expands in the electric field in the longitudinal (axial) direction and depopyyruyu :: elastic supports, squeezing them) , due to which the multiplication properties increase the small longitudinal deformations and the transverse displacements increased by a factor of i, the movement of the substrate holder is carried out to the left according to the drawing. voltage to zero, piezotransducers take the emitting length e, and then when changing the sign of the supplied voltage, they experience compression and the substrate holder moves to the right (see feature)

Например f при числе таблеток 215 в каходом пьезопреобразователе (магериал ЦТС-1Э), величине подаваемого напр жени ±400 В каждый пьезостолбец обеспечивает продольную деформацию опоры в 12 мк (i6 мк) Следовательно р суммарна гфодольна деформаци каждой из опор равна 24 мк,For example, f with the number of tablets 215 in the form of a piezoelectric transducer (MTC-1E material), the supply voltage is ± 400 V, each piezoelectric column provides longitudinal support deformation of 12 microns (i6 microns). Therefore, p total total deformation of each support is 24 microns,

При оптимальной величине продольной деформации передаточное отношение каждой опоры равно i 20, таким образом, ход стержн равенAt the optimum value of the longitudinal deformation, the gear ratio of each support is i 20, thus, the rod travel is equal to

д лdl

-i-24 ллК20;46Ол к«о,5м.м..-i-24 llK20; 46Ol to "oh, 5m.m.

C IVvWvC IVvWv

Ка-ждой величине напр жени соответствует определенное перемещение подложкодержател 2,Each voltage corresponds to a certain displacement of the substrate holder 2,

Учитыва то, что можно обеспечить малые величины напр жени , подаваемого на пьезопреобразователи, возможно в пределах указанного выше хода получать перемещени подложкодержател , начина с дес тых и даже сотых долей мкf и, таким образом, получить весьма точные и плавные перемещени обрабатываемой детали.Taking into account the fact that it is possible to ensure small values of the voltage applied to piezoelectric transducers, it is possible to obtain displacements of the substrate holder within the limits of the above move, starting with the tenth and even hundredths of microns, and thus obtain very accurate and smooth movements of the workpiece.

Облада чрезвычайно малой инерционностью , пьезопреобразователи с высокой частотой способны отрабатывать управл ющий сигнал с источника питани 10f так как максимальна частота обработки механизма определ етс резонансной частотой упругих опор при поперечных колебани х массы подложкодержател . При соответствующей жесткости упругих опор величина этой частоты может достигать сотен герц и более .Possessing extremely low inertia, piezoelectric transducers with high frequency are able to process the control signal from the power source 10f, since the maximum frequency of processing of the mechanism is determined by the resonant frequency of the elastic supports with the transverse mass oscillations of the substrate holder. With appropriate stiffness of elastic supports, the magnitude of this frequency can reach hundreds of hertz and more.

Таким образом, манипул тор с такими параметрами по быстродействию может быть исгюльзсзван в системах с автоматическим управлением перемещением объектов в вакууме.Thus, a manipulator with such speed parameters can be used in systems with automatic control of moving objects in a vacuum.

Высока точность перемещени подложкодержател обеспечиваетс отсутствием в цепи кинематических пар с внешним трением, отсутствием люфтов и износа « Отсутствие необходимости -применени дл работы различного рода смазок делает предлагаемый манипул тор предпочтительным д;а использовани в вакууме.High accuracy of movement of the substrate holder is ensured by the absence of external friction kinematic pairs in the circuit, lack of backlash and wear. "No need to use various types of lubricants for operation makes the proposed manipulator preferable e; and use in vacuum.

Claims

Invention Formula

A manipulator comprising a body, piezotransducers with flexible elements fixed in them, for example, a form of flat band springs and a substrate / holder, is characterized in that, in order to improve the accuracy of movements, the piezoelectric transducers are fixedly mounted on the body, and the flexible elements are rigidly connected to the substrate holder.

Sources of information taken into account in the examination

1 „USSR Author's Certificate No. 337448, cl. C 23 C 13/08, 1972.

2, Patent of the GDR No. 108172, cl. C 23 C 13/00, 1974 (prototype).