WO2022152351A1 - Angle setting device - Google Patents

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WO2022152351A1
WO2022152351A1 PCT/DE2022/100016 DE2022100016W WO2022152351A1 WO 2022152351 A1 WO2022152351 A1 WO 2022152351A1 DE 2022100016 W DE2022100016 W DE 2022100016W WO 2022152351 A1 WO2022152351 A1 WO 2022152351A1
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WO
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adjusting body
actuator
angle adjustment
adjusting
adjustment device
Prior art date
Application number
PCT/DE2022/100016
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German (de)
French (fr)
Inventor
Carolin WALENDA
Thomas Polzer
Original Assignee
Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg
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Filing date
Publication date
Application filed by Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg filed Critical Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/108—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors around multiple axes of rotation, e.g. spherical rotor motors
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/103—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors by pressing one or more vibrators against the rotor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/14—Drive circuits; Control arrangements or methods
    • H02N2/142—Small signal circuits; Means for controlling position or derived quantities, e.g. speed, torque, starting, stopping, reversing

Definitions

  • the invention relates to an angle adjustment device according to claim 1.
  • US Pat. No. 7,812,507 B2 discloses an angular adjustment device in which the position of an almost spherical adjusting body can be changed with respect to two mutually perpendicular axes of rotation by means of an actuating section driven by a plurality of piezoelectric actuators.
  • the two-axis mounting or guidance is achieved here via a cardanic suspension of the adjusting body by means of a frame arrangement that has elastic sections that allow elastic deformation of the frame arrangement in a direction that is perpendicular to the two axes of rotation. Due to the elastic deformability of the frame arrangement, it is possible to reliably press or press the adjusting body against the actuating section, so that constant frictional contact between the two is ensured.
  • the determination of the position of the actuator succeeds via one of the corresponding axis of rotation associated encoder, which includes, for example, a slotted disc, a light source directed onto the slotted disc, a light sensor arranged behind the slotted disc and a signal processor. From the pulse signals detected by the light sensor, the signal processor determines an angle of rotation of the slotted disk, from which the angle of rotation of the adjusting body with respect to the corresponding axis of rotation can be inferred.
  • a disadvantage of the angle adjustment device known from US Pat. No. 7,812,507 B2 is the comparatively high outlay required to detect the angle or position of the adjustment body.
  • Each axis of rotation requires its own encoder, each with a plurality of components, which on the one hand makes assembly of the angle setting device more difficult or time-consuming, and on the other hand increases the overall costs and the complexity of the system.
  • this type of angle or position detection comparatively slow and the values determined in this way are often subject to error.
  • the angular adjustment device comprises an adjustment body that is to be adjusted with respect to its angular position and that has a spherical shape at least in sections and thus at least in part a spherical geometry, a drive device with at least one actuator that is at least in sections directly or indirectly connected to the spherically shaped section of the adjustment body is in indirect contact and is used to drive the adjusting body, a guide device which allows a guided angular adjustment of the adjusting body about at least one adjusting axis, and a sensor device for determining the angular position of the adjusting body, having at least one sensor element and one arranged on or on the spherically shaped section of the adjusting body applied scale, wherein the at least one actuator forms an aperture, and the sensor element is arranged such that its interaction with the scale is made possible through the aperture to medium s direct measurement on the actuator to detect its angular position.
  • the sensor element can be located within the aperture, i.e. between the actuator or actuators and surrounded or surrounded or surrounded by this or these; however, it can also be arranged outside the aperture in such a way that it interacts with the scale through the aperture and a direct measurement of the angular position through the aperture is made possible.
  • the angular position of the actuating body can be determined directly on this with a very small number of components required for this and with comparatively little effort.
  • Signal processors which first have to calculate a position from an image or the like, are not required for this and are superfluous. This enables the position or position of the adjusting body to be detected very quickly, so that highly dynamic and precise angle or position adjustments of the adjusting body are made possible.
  • an extremely space-saving arrangement of the sensor device can be realized in this way, so that very compact angle adjustment devices are possible.
  • the scale is attached or applied or introduced as a lattice structure on the spherically shaped section of the actuating body. It can be particularly advantageous here if the lattice structure is applied by laser processing. Due to the spherically shaped section, with which the driving actuator is in direct or indirect contact, the possibility of a drive or an angular adjustment in many different directions or about many different axes of rotation is given in a simple manner. By attaching or arranging a lattice structure directly on the spherical section, an angular or positional position can be detected directly there. The application or introduction of the lattice structure by means of laser processing avoids the attachment of a separate scale to the adjusting body, so that in particular the lasered surface of the adjusting body can also be used for its drive.
  • the actuator is in the form of a hollow cylinder.
  • the outlay on assembly and control is significantly reduced.
  • a hollow-cylindrical actuator automatically forms an aperture through which the angular position of the actuating body can be detected by means of the sensor device.
  • the actuator has a piezoelectric or electrostrictive material.
  • Actuators made of these materials can convert electrical voltages into mechanical deformations effectively and very quickly, resulting in a highly dynamic drive for the angle adjustment device. Since actuators made of piezoelectric or electrostrictive materials are non-magnetic, they offer relevant applications benefits. Especially when the piezoelectric or electrostrictive actuators are designed in multilayer form, i.e. with a large number of thin layers of piezoelectric or electrostrictive material and electrode layers in between, the required deformations or
  • actuators or drives are of course also possible, for example in the form of reluctance drives.
  • the prestressing device ensures that the control body and actuator are pressed or pressed against one another in a permanent and reliable manner, so that the movements or deformations of the actuator can be efficiently transferred to the control body by means of friction contact.
  • the prestressing device prevents a relative movement of the actuator relative to the base or relative to the adjusting body.
  • the prestressing device is implemented via or by means of the guide device, for example by means of spring-elastic regions formed in the guide device.
  • the number of parts of the angle adjustment device and the corresponding assembly effort can be kept low by the corresponding functional integration.
  • the prestressing device is a magnetized or a magnetizable element, which is arranged inside the actuating body, and includes a magnetic device, in particular a permanent magnet or an electromagnet, which is located inside or outside the aperture in this way that an interaction of the magnetized or magnetizable element and the magnetic device that generates a preload between the actuating body and the actuator is made possible. It is also conceivable that an electromagnet is arranged inside the adjusting body. This allows a very space-saving and moreover pretensioning device that generates high contact pressure forces and only very slightly restricts the movement space of the actuating body.
  • the sensor device is designed as a measuring system that works in reflection.
  • the sensor device is preferably an optical measuring system, but magnetic measuring systems falling under this are also conceivable.
  • a measuring system that works in reflection requires the smallest possible installation space, in particular when the material measure or the scale is part of the adjusting body or is formed integrally with it.
  • Magnetic measurement systems that work in reflection have the advantage that, for example in optical applications, there are no interferences whatsoever from the radiation emitted by the sensor device.
  • the sensor device is designed as a measuring system that works in optical scanning.
  • a measuring system that works with optical scanning is in particular insensitive to magnetic influences that can originate from the application or the environment, or from the drive itself.
  • Another advantage of measuring systems that work with optical scanning is their high resolution and accuracy. Sensor devices that combine optical and magnetic scanning are also conceivable.
  • FIG. 1 perspective and schematic representation of an angle adjustment device according to the invention
  • FIG. 2 Side view of the angle adjustment device according to FIG. 1
  • FIG. 3 perspective and schematic illustration of a further angle adjustment device according to the invention
  • FIG. 4 representation a) side view of the angle setting device according to FIG. 3; Representation b) Sectional view of representation b)
  • Figure 5 Part of an angle adjustment device according to the invention according to Figures 3 and 4 with a possible embodiment for the pretensioning device, in representation a) a side view and in representation b) a view with regard to the section sketched in representation a) along the section line AA is shown
  • Figure 6 Part of an angle setting device according to the invention according to Figures 3 and 4 with a further possible embodiment for the pretensioning device, in which representation a) is a side view and representation b) is a view of the section sketched in representation a) along the section line A-A is shown
  • Figure 7 Part of an angle adjustment device according to the invention according to Figures 3 and 4 with a further possible embodiment for the pretensioning device, in which representation a) is a side view and representation b) is a view with regard to the section sketched in representation a) along the section line A-A is shown
  • FIG. 8 representations a) and b): Different perspective views of a part of an angle adjusting device according to the invention according to FIGS. 3 and 4 with an alternative embodiment for the sensor device
  • FIG. 9 Perspective view of a part of an angle setting device according to the invention according to FIGS. 3 and 4 with an alternative embodiment for the sensor device
  • Figure 1 shows a perspective and schematic view of an embodiment of an angle adjustment device 1 according to the invention with an adjustment body 2 that is to be adjusted and gimballed relative to a stationary base 10, which is essentially hemispherical and has a convex or two-dimensionally curved surface used to drive it and a planar surface for locating an object (e.g., a mirror) to be angularly adjusted by the angular positioner.
  • a stationary base 10 which is essentially hemispherical and has a convex or two-dimensionally curved surface used to drive it and a planar surface for locating an object (e.g., a mirror) to be angularly adjusted by the angular positioner.
  • the positioning axes or rotation axes RA1 and RA2 defined by the guide device 5 comprises a total of four actuators or actuators 4 arranged on the base 10 in the form of piezoelectric ultrasonic drives or ultrasonic actuators, which are arranged circumferentially with respect to the adjusting body 2 at an angular distance between adjacent actuators of essentially 90° .
  • the ultrasonic actuators lying opposite in each case is covered.
  • the arrangement of the ultrasonic actuators described above results in a gap between them.
  • the ultrasonic actuators 4 span an opening or an aperture 7 between them.
  • the ultrasonic actuators 4 each have a rectangular shape and carry an essentially hemispherical friction element 42 on one of the longer side surfaces, which is in contact with the surface of the actuating body.
  • the ultrasonic actuators are thus in indirect contact with the adjusting body via the friction elements 42 .
  • the friction elements 42 are pressed against the adjusting body 2 with a defined force by a prestressing device which is arranged in the base and cannot be seen in FIG.
  • the prestressing device can be formed, for example, by the guide device 5 itself, for example by having elastically deformable sections which ensure that the actuating body 2 is pressed against the friction elements 42 with a defined force.
  • the ultrasonic actuators 4 can carry out oscillations, as a result of which the friction element 42 arranged on them causes a movement along a preferably elliptical path or trajectory, which is inclined towards the side surface of the respective ultrasonic actuator on which the friction element is arranged. and at the same time runs parallel to the two larger main surfaces of the respective ultrasonic actuator.
  • This movement with a drive component running along the side surface on which the friction element is arranged transferred via the frictional contact between the friction element and the convex surface of the adjusting body to the latter, which is thereby driven in a direction parallel to the direction of the driving component.
  • the two opposing ultrasonic actuators which are circumferentially at an angular distance of about 180° from one another, usually work together in order to achieve an angular adjustment of the adjusting body 2 about the corresponding axis of rotation, which is essentially perpendicular to the axis , which runs through the two opposing and cooperating ultrasonic actuators, essentially parallel to their larger main surfaces.
  • the interaction of the two opposite ultrasonic actuators can be such that, for example, elliptical vibrational movements of the different friction elements are in opposite directions.
  • the interaction can also be such that only one of the ultrasonic actuators of the respective pair of actuators is controlled in such a way that the friction element arranged on it has a preferably elliptical path of movement, while the other ultrasonic actuator of the pair of actuators, which is opposite it, is controlled electrically in such a way that its friction element vibrates carried out in a direction which is arranged substantially perpendicularly to the surface of the actuating body on which the friction element is in contact with it.
  • the friction between this friction element and the surface of the control body can be significantly reduced.
  • the two interacting ultrasonic actuators of the other pair of actuators are also controlled in such a way that the deformations caused thereby cause their friction elements to vibrate, which are also essentially perpendicular to the surface of the actuating body on which the respective friction element is in contact with it stands, is arranged.
  • the friction between the non-driving friction elements and the surface of the adjusting body can be significantly reduced, and the single driving ultrasonic actuator only has to work against a very small frictional force that counteracts the adjustment movement.
  • the guidance with respect to the respective axis of rotation RA1 or RA2 is achieved with the aid of a corresponding guide device 5.
  • This is in the form of a pair of opposing pivot or rotation bearings, the bearings with respect to the axis of rotation RA1 being formed by pins of the bearing ring 52, which cooperate with bearing bushes inserted in leg portions 12 of base 10.
  • the bearings with respect to the axis of rotation RA2 are formed by pins formed on the adjusting body 2 and interacting with bearing bushes inserted in the bearing ring 52 . This results in an overall gimbal mounting.
  • FIG. 2 shows the angle adjustment device according to FIG. 1 in a side view.
  • FIG. 2 clearly shows the sensor device with the sensor element 60 arranged on the circuit board 64 and the scale 62 which interacts with the sensor element 60 and is attached to or introduced into the adjusting body 2 .
  • FIG 3 shows another embodiment of an angle adjustment device 1 according to the invention.
  • the only difference compared to the angle adjustment device according to Figures 1 and 2 is the embodiment of the drive device, which here consists of a single hollow-cylindrical or ring-shaped ultrasonic actuator 4, on whose A total of four hemispherical friction elements 42 distributed evenly over the circumference of the ultrasonic actuator 4 are arranged at the top and the flat end face facing the adjusting body 2 .
  • FIG. 4 shows the angle adjusting device according to FIG. 3 in a side view
  • representation b) represents the section along the line AA outlined in representation a) of FIG.
  • the threaded blind holes 24 present in the adjusting body 2 can be seen in the sectional view 4b), which allow screwing on an element to be moved or adjusted with the angle adjusting device, for example a mirror.
  • the sectional view 4b) shows the prestressing device 8 in the form of a spring element 84 arranged within the base 10, which ensures that the drive device 3 in the form of an ultrasonic actuator 4 or the friction elements 42 arranged on it with a defined force against the actuating body 2 are pressed.
  • FIG. 5 shows in principle the angle adjusting device according to FIGS. 3 and 4, although a different type of prestressing device 8 is present here.
  • Representation a) of FIG. 5 shows the angle setting device from the side, while representation b) of FIG. 5 represents a section along line AA outlined in representation 5a).
  • the prestressing device 8 comprises a magnetizable element 80 which, like the actuating body 2, has a hemispherical geometry. In this case, the magnetizable element 80 is inserted into a corresponding and congruently shaped cavity of the actuating body 2 .
  • the biasing device 8 further includes a magnetic device 82 in the form of a permanent magnet.
  • the permanent magnet is inserted in a central opening of the base 10 and penetrates through an aperture formed by the circuit board 64 .
  • the preload with which the control body 2 and the friction elements 42 of the drive device 3 in the form of a hollow-cylindrical ultrasonic actuator 4 can be adjusted against each other is pressed, adjust specifically.
  • the angle adjusting device according to FIG. 6 differs from that according to FIG. 5 only in the slightly different pretensioning device.
  • FIG. 6a) shows the corresponding angle adjustment device in a side view
  • FIG. 6b) represents a section along line AA outlined in FIG. 6a).
  • the magnetizable element 80 of the prestressing device is shaped as a spherical segment and is inserted into a correspondingly or congruently shaped cavity of the actuating body 2 .
  • the flat surface of the magnetizable element 80 which is shaped as a spherical segment, does not form the surface of the platform of the adjusting body 2.
  • the angle adjusting device 1 shown in Figure 7 in representations a) and b) differs from the prestressing device according to Figure 6 in that the magnetizable element 80 has the shape of a hollow hemisphere, which is inserted into the corresponding cavity of the adjusting body 2, as can be seen in particular from the section along the line A-A in FIG. 7 b).
  • a non-magnetizable closing element 26 is inserted into the remaining cavity formed by the magnetizable element 80 itself. Threaded bores for fastening an object to be adjusted in angular position by the adjusting body are provided on this inner closing element 26 .
  • magnetizable element 80 of Figures 5 to 7 can also be made of a permanent magnetic material and thus forms a magnetic element.
  • a magnetizable element 80 in the form of an electromagnet is also conceivable.
  • the magnet device 82 embodied as a permanent magnet is embodied as an electromagnet.
  • FIG. 8 shows a specific embodiment of the sensor device of an angle setting device 1 according to the invention in different perspective views Figures 3 to 7 shown - omitted.
  • the sensor device comprises two separate sensor elements 60 in the form of optical chip sensors, which are arranged offset from one another on the peripheral side by an angle of approximately 90°.
  • One of the sensor elements 60 is activated by interacting with the one on the actuating body 2 arranged scale 62 is responsible for detecting the position or angle of the actuating body 2 with respect to the axis of rotation RA1, while the corresponding other sensor element 60 is responsible for detecting the position or angle of the actuating body 2 with respect to the axis of rotation RA2.
  • a rotationally or rotationally adjustable platform 22 is integrated in the adjusting body 2, via which, in addition to the tilting movements about the two rotational axes RA1 and RA2 arranged perpendicular to one another, an additional rotation of the platform 22 by an axis of rotation RA3 perpendicular to it is enabled.
  • a corresponding sensor system is accommodated in the adjusting body 2, which, however, cannot be seen in FIG.
  • FIG. 9 shows an embodiment of an angle adjusting device according to the invention, in which the sensor device has only one sensor element 60 in the form of an optical chip sensor in order to measure angular displacements of the adjusting body 2 about the axis of rotation RA2.
  • the angular displacement of the adjusting body 2 about the axis of rotation RA1 is detected with rotation sensors 9 which are provided on the leg sections 12 of the base 10 .
  • the drive device is not limited to include one or more ultrasonic actuators.
  • Drive devices with electromagnetic, electrostatic, magnetostrictive, pneumatic or other actuators or actuators are also conceivable, it being primarily decisive that the drive device opens an aperture and thus an opening for the direct measurement or detection of the angular position of the actuating body by means of the sensor device releases.
  • the adjusting body does not necessarily have to have the shape of a hemisphere; For example, spherical adjusting bodies or part-spherical adjusting bodies that deviate from the hemispherical shape are also conceivable.

Abstract

The invention relates to an angle setting device (1), comprising a setting body (2) which is to be adjusted in terms of its angular position and which has a convex shape at least in certain portions, a drive device (3) having at least one actuator (4) which is in direct or indirect contact with the convex portion of the setting body (2) at least in certain portions and serves to drive the setting body (2), a guide device (5) which allows guided angular adjustment of the setting body (2) about at least one setting axis, and a sensor device (6) having a sensor element (60) and a gauge (62) arranged or mounted on the setting body (2), wherein the at least one actuator (4) forms an aperture (7), and the sensor element (60) is arranged in such a way that its interaction with the gauge (62) is made possible through the aperture (7) in order, by means of direct measurement of the setting body (2), to detect the angular position thereof.

Description

Beschreibung description
Winkelstellvorrichtung angle adjustment device
[0001] Die Erfindung betrifft eine Winkelstellvorrichtung gemäß Anspruch 1. The invention relates to an angle adjustment device according to claim 1.
[0002] Aus der US 7 812 507 B2 ist eine Winkelstellvorrichtung bekannt, bei der die Lage eines nahezu kugelförmigen Stellkörpers mittels eines durch mehrere piezoelektrische Aktoren angetriebenen Betätigungsabschnitts hinsichtlich zweier senkrecht zueinander angeordneten Rotationsachsen geändert werden kann. Die zweiachsige Lagerung bzw. Führung gelingt hierbei über eine kardanische Aufhängung des Stellkörpers mittels einer Rahmenanordnung, welche über elastische Abschnitte verfügt, die eine elastische Verformung der Rahmenanordnung in einer Richtung erlaubt, welche senkrecht zu den beiden Rotationsachsen liegt. Aufgrund der elastischen Verformbarkeit der Rahmenanordnung ist ein verlässliches Andrücken bzw. Anpressen des Stellkörpers gegen den Betätigungsabschnitt möglich, so dass ein stetiger Friktionskontakt zwischen beiden gewährleistet ist. [0002] US Pat. No. 7,812,507 B2 discloses an angular adjustment device in which the position of an almost spherical adjusting body can be changed with respect to two mutually perpendicular axes of rotation by means of an actuating section driven by a plurality of piezoelectric actuators. The two-axis mounting or guidance is achieved here via a cardanic suspension of the adjusting body by means of a frame arrangement that has elastic sections that allow elastic deformation of the frame arrangement in a direction that is perpendicular to the two axes of rotation. Due to the elastic deformability of the frame arrangement, it is possible to reliably press or press the adjusting body against the actuating section, so that constant frictional contact between the two is ensured.
[0003] Die Bestimmung der Lage des Stellkörpers gelingt über jeweils einen der entsprechenden Rotationsachse zugeordneten Encoder, welcher beispielsweise eine Schlitzscheibe, eine auf die Schlitzscheibe gerichtete Lichtquelle, einen hinter der Schlitzscheibe angeordneten Lichtsensor und einen Signalprozessor umfasst. Der Signalprozessor ermittelt hierbei aus den vom Lichtsensor erfassten Pulssignalen einen Rotationswinkel der Schlitzscheibe, von dem auf den Rotationswinkel des Stellkörpers bezüglich der entsprechenden Rotationsachse geschlossen werden kann. The determination of the position of the actuator succeeds via one of the corresponding axis of rotation associated encoder, which includes, for example, a slotted disc, a light source directed onto the slotted disc, a light sensor arranged behind the slotted disc and a signal processor. From the pulse signals detected by the light sensor, the signal processor determines an angle of rotation of the slotted disk, from which the angle of rotation of the adjusting body with respect to the corresponding axis of rotation can be inferred.
[0004] Nachteilig bei der aus der US 7 812 507 B2 bekannten Winkelstellvorrichtung ist der vergleichsweise hohe Aufwand, der zur Winkel- bzw. Lageerfassung des Stellkörpers notwendig ist. So ist für jede Rotationsachse ein eigener Encoder mit jeweils einer Mehrzahl von Komponenten erforderlich, was einerseits die Montage der Winkelstellvorrichtung erschwert bzw. zeitintensiver macht, und andererseits die Gesamtkosten sowie die Komplexität des Systems erhöht. Zudem ist diese Art der Winkel- bzw. Lageerfassung vergleichsweise langsam und die so ermittelten Werte sind oftmals fehlerbehaftet. [0004] A disadvantage of the angle adjustment device known from US Pat. No. 7,812,507 B2 is the comparatively high outlay required to detect the angle or position of the adjustment body. Each axis of rotation requires its own encoder, each with a plurality of components, which on the one hand makes assembly of the angle setting device more difficult or time-consuming, and on the other hand increases the overall costs and the complexity of the system. In addition, this type of angle or position detection comparatively slow and the values determined in this way are often subject to error.
[0005] Daher ist es Aufgabe der Erfindung, eine Winkelstellvorrichtung bereitzustellen, welche die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Winkelstellvorrichtung überwindet. Diese Aufgabe ist gelöst durch eine Winkelstellvorrichtung gemäß Anspruch 1. Die Unteransprüche enthalten jeweils zumindest vorteilhafte Weiterbildungen bzw. Verbesserungen. It is therefore an object of the invention to provide an angle adjustment device which overcomes the disadvantages of the angle adjustment device known from the prior art. This object is achieved by an angle adjustment device according to claim 1. The subclaims each contain at least advantageous further developments or improvements.
[0006] Die erfindungsgemäße Winkelstellvorrichtung umfasst einen bezüglich seiner Winkellage zu verstellenden Stellkörper, der zumindest abschnittsweise eine sphärische Form und somit zumindest teilweise eine kugelförmige Geometrie aufweist, eine Antriebseinrichtung mit wenigstens einem Aktor, der zumindest abschnittsweise mit dem sphärisch geformten Abschnitt des Stellkörpers in direktem oder indirektem Kontakt steht und dem Antrieb des Stellkörpers dient, eine Führungseinrichtung, welche eine geführte Winkelverstellung des Stellkörpers um wenigstens eine Stellachse erlaubt, und eine Sensoreinrichtung zur Ermittlung der Winkellage des Stellkörpers aufweisend wenigstens ein Sensorelement und einen an dem sphärisch geformten Abschnitt des Stellkörpers angeordneten oder darauf aufgebrachten Maßstab, wobei der wenigstens eine Aktor eine Apertur bildet, und das Sensorelement derart angeordnet ist, dass sein Zusammenwirken mit dem Maßstab durch die Apertur hindurch ermöglicht ist, um mittels direkter Messung an dem Stellkörper dessen Winkellage zu erfassen. Hierbei kann das Sensorelement innerhalb der Apertur, d.h. zwischen dem Aktor bzw. den Aktoren befindlich und von diesem bzw. von diesen umgeben oder umringt oder umschlossen angeordnet sein; es kann jedoch auch außerhalb der Apertur derart angeordnet sein, dass es durch die Apertur hindurch mit dem Maßstab zusammenwirkt und eine direkte Winkellagemessung durch die Apertur hindurch ermöglicht ist. The angular adjustment device according to the invention comprises an adjustment body that is to be adjusted with respect to its angular position and that has a spherical shape at least in sections and thus at least in part a spherical geometry, a drive device with at least one actuator that is at least in sections directly or indirectly connected to the spherically shaped section of the adjustment body is in indirect contact and is used to drive the adjusting body, a guide device which allows a guided angular adjustment of the adjusting body about at least one adjusting axis, and a sensor device for determining the angular position of the adjusting body, having at least one sensor element and one arranged on or on the spherically shaped section of the adjusting body applied scale, wherein the at least one actuator forms an aperture, and the sensor element is arranged such that its interaction with the scale is made possible through the aperture to medium s direct measurement on the actuator to detect its angular position. In this case, the sensor element can be located within the aperture, i.e. between the actuator or actuators and surrounded or surrounded or surrounded by this or these; however, it can also be arranged outside the aperture in such a way that it interacts with the scale through the aperture and a direct measurement of the angular position through the aperture is made possible.
[0007] Auf diese Weise kann die Winkellage des Stellkörpers mit einer sehr geringen Anzahl von dafür benötigten Komponenten und mit vergleichsweise geringem Aufwand direkt an diesem bestimmt werden. Signalprozessoren, die aus einem Bild o.ä. erst eine Position berechnen müssen, werden hierfür nicht benötigt und sind überflüssig. Somit gelingt eine sehr schnelle Erfassung der Position bzw. Lage des Stellkörpers, so dass hochdynamische und genaue Winkel- bzw. Lageverstellungen des Stellkörpers ermöglicht werden. Zudem lässt sich hierdurch eine äußerst platzsparende Anordnung der Sensoreinrichtung realisieren, so dass sehr kompakt gebaute Winkelstellvorrichtungen möglich sind. In this way, the angular position of the actuating body can be determined directly on this with a very small number of components required for this and with comparatively little effort. Signal processors, which first have to calculate a position from an image or the like, are not required for this and are superfluous. This enables the position or position of the adjusting body to be detected very quickly, so that highly dynamic and precise angle or position adjustments of the adjusting body are made possible. In addition, an extremely space-saving arrangement of the sensor device can be realized in this way, so that very compact angle adjustment devices are possible.
[0008] Es kann von Vorteil sein, wenn der Maßstab als Gitterstruktur auf dem sphärisch geformten Abschnitt des Stellkörpers angebracht oder aufgebracht oder eingebracht ist. Hierbei kann es insbesondere von Vorteil sein, wenn die Gitterstruktur durch Laserbearbeitung aufgebracht ist. Durch den sphärisch geformten Abschnitt, mit welchem sich der antreibende Aktor direkt oder indirekt in Kontakt befindet, ist auf einfache Weise die Möglichkeit eines Antriebs bzw. einer Winkelverstellung in vielen verschiedenen Richtungen bzw. um viele unterschiedliche Rotationsachsen gegeben. Durch die Anbringung bzw. Anordnung einer Gitterstruktur direkt auf dem sphärischen Abschnitt kann dort unmittelbar eine Winkel- bzw. Lageposition erfasst werden. Die Auf- bzw. Einbringung der Gitterstruktur mittels Laserbearbeitung vermeidet das Anbringen eines separaten Maßstabs an dem Stellkörper, so dass insbesondere auch die gelaserte Fläche des Stellkörpers für dessen Antrieb nutzbar ist. It can be advantageous if the scale is attached or applied or introduced as a lattice structure on the spherically shaped section of the actuating body. It can be particularly advantageous here if the lattice structure is applied by laser processing. Due to the spherically shaped section, with which the driving actuator is in direct or indirect contact, the possibility of a drive or an angular adjustment in many different directions or about many different axes of rotation is given in a simple manner. By attaching or arranging a lattice structure directly on the spherical section, an angular or positional position can be detected directly there. The application or introduction of the lattice structure by means of laser processing avoids the attachment of a separate scale to the adjusting body, so that in particular the lasered surface of the adjusting body can also be used for its drive.
[0009] Daneben kann es von Vorteil sein, wenn der Aktor hohlzylinderförmig ist. Insbesondere bei einem einstückig ausgebildeten hohlzylinderförmigen Aktor ist der Montage- und Ansteuerungsaufwand deutlich reduziert. Gleichzeitig bildet ein hohlzylinderförmiger Aktor automatisch eine Apertur, durch welche hindurch eine Erfassung der Winkellage des Stellkörpers mittels der Sensoreinrichtung ermöglicht ist. In addition, it can be advantageous if the actuator is in the form of a hollow cylinder. In particular, in the case of a one-piece, hollow-cylindrical actuator, the outlay on assembly and control is significantly reduced. At the same time, a hollow-cylindrical actuator automatically forms an aperture through which the angular position of the actuating body can be detected by means of the sensor device.
[0010] Ferner kann es von Vorteil sein, wenn der Aktor ein piezoelektrisches oder elektrostriktives Material aufweist. Aktoren aus diesen Materialien können effektiv und sehr schnell elektrische Spannungen in mechanische Deformationen umsetzen, so dass ein hochdynamischer Antrieb der Winkelstellvorrichtung resultiert. Da Aktoren aus piezoelektrischen bzw. elektrostriktiven Materialien nicht-magnetisch sind, bieten sie bei entsprechenden Anwendungen Vorteile. Insbesondere bei Ausführungen der piezoelektrischen bzw. elektrostriktiven Aktoren in Multilayerform, d.h. mit einer Vielzahl dünner Schichten piezoelektrischen oder elektrostriktiven Materials und jeweils dazwischen liegender Elektrodenschichten, können bereits mit vergleichsweise niedrigen elektrischen Spannungen die erforderlichen Deformationen bzw. Furthermore, it can be advantageous if the actuator has a piezoelectric or electrostrictive material. Actuators made of these materials can convert electrical voltages into mechanical deformations effectively and very quickly, resulting in a highly dynamic drive for the angle adjustment device. Since actuators made of piezoelectric or electrostrictive materials are non-magnetic, they offer relevant applications benefits. Especially when the piezoelectric or electrostrictive actuators are designed in multilayer form, i.e. with a large number of thin layers of piezoelectric or electrostrictive material and electrode layers in between, the required deformations or
Auslenkungen erzielt werden. Andere Aktoren bzw. Antriebe sind natürlich ebenso möglich, etwa in Form von Reluktanzantrieben. deflections are achieved. Other actuators or drives are of course also possible, for example in the form of reluctance drives.
[0011] Es kann von Vorteil sein, wenn der Stellkörper und der Aktor mittels einer Vorspanneinrichtung gegeneinander gedrückt sind. Die Vorspanneinrichtung gewährleistet ein dauerhaftes und verlässliches gegenseitiges Andrücken bzw. Anpressen von Stellkörper und Aktor, so dass die Bewegungen bzw. Deformationen des Aktors effizient auf den Stellkörper mittels Friktionskontakt übertragen werden können. Zudem verhindert die Vorspanneinrichtung eine Relativbewegung des Aktors gegenüber der Basis bzw. gegenüber dem Stellkörper. It can be advantageous if the adjusting body and the actuator are pressed against one another by means of a prestressing device. The prestressing device ensures that the control body and actuator are pressed or pressed against one another in a permanent and reliable manner, so that the movements or deformations of the actuator can be efficiently transferred to the control body by means of friction contact. In addition, the prestressing device prevents a relative movement of the actuator relative to the base or relative to the adjusting body.
[0012] Hierbei kann vorteilhaft sein, wenn die Vorspanneinrichtung über die bzw. mittels der Führungseinrichtung realisiert ist, beispielsweise durch in der Führungseinrichtung ausgebildete federelastische Bereiche. Durch die entsprechende Funktionsintegration kann die Anzahl der Teile der Winkelstellvorrichtung und der entsprechende Montageaufwand gering gehalten werden. It can be advantageous here if the prestressing device is implemented via or by means of the guide device, for example by means of spring-elastic regions formed in the guide device. The number of parts of the angle adjustment device and the corresponding assembly effort can be kept low by the corresponding functional integration.
[0013] Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn die Vorspanneinrichtung ein magnetisiertes oder ein magnetisierbares Element ist, welches innerhalb des Stellkörpers angeordnet ist, und eine Magnetvorrichtung, insbesondere einen Permanentmagneten oder einen Elektromagneten, umfasst, welche derart innerhalb oder derart außerhalb der Apertur gelegen ist, dass ein eine Vorspannung zwischen dem Stellkörper und dem Aktor erzeugendes Zusammenwirken des magnetisierten oder magnetisierbaren Elements und der Magnetvorrichtung ermöglicht ist. Denkbar ist zudem, dass innerhalb des Stellkörpers ein Elektromagnet angeordnet ist. Dies erlaubt eine sehr platzsparende und darüber hinaus hohe Anpresskräfte erzeugende Vorspanneinrichtung, welche den Bewegungsraum des Stellkörpers nur sehr geringfügig einschränkt. It can be particularly advantageous if the prestressing device is a magnetized or a magnetizable element, which is arranged inside the actuating body, and includes a magnetic device, in particular a permanent magnet or an electromagnet, which is located inside or outside the aperture in this way that an interaction of the magnetized or magnetizable element and the magnetic device that generates a preload between the actuating body and the actuator is made possible. It is also conceivable that an electromagnet is arranged inside the adjusting body. This allows a very space-saving and moreover pretensioning device that generates high contact pressure forces and only very slightly restricts the movement space of the actuating body.
[0014] Daneben kann es sich als günstig erweisen, wenn die Sensoreinrichtung als in Reflexion arbeitendes Messsystem ausgebildet ist. Bevorzugt ist die Sensoreinrichtung hierbei ein optisches Messsystem, jedoch sind auch hierunter fallende magnetische Messsysteme denkbar. Ein in Reflexion arbeitendes Messsystem benötigt den geringstmöglichen Bauraum, insbesondere dann, wenn die Maßverkörperung bzw. der Maßstab Teil des Stellkörpers ist bzw. integral mit diesem ausgebildet ist. Magnetische, in Reflexion arbeitende Messsysteme haben den Vorteil, dass es etwa bei optischen Anwendungen keinerlei Störungseinflüsse durch austretende Strahlung der Sensoreinrichtung gibt. [0014] In addition, it can prove advantageous if the sensor device is designed as a measuring system that works in reflection. In this case, the sensor device is preferably an optical measuring system, but magnetic measuring systems falling under this are also conceivable. A measuring system that works in reflection requires the smallest possible installation space, in particular when the material measure or the scale is part of the adjusting body or is formed integrally with it. Magnetic measurement systems that work in reflection have the advantage that, for example in optical applications, there are no interferences whatsoever from the radiation emitted by the sensor device.
[0015] Es kann sich aber auch als günstig erweisen, wenn die Sensoreinrichtung als in optischer Abtastung arbeitendes Messsystem ausgebildet ist. Ein in optischer Abtastung arbeitendes Messsystem ist insbesondere unempfindlich gegenüber magnetischen Einflüssen, die etwa von der Anwendung bzw. der Umgebung, oder aber vom Antrieb selbst herrühren können. Ein weiterer Vorteil von in optischer Abtastung arbeitenden Messsystemen ist deren hohe Auflösung und Genauigkeit. Sensoreinrichtungen, die eine optische und eine magnetische Abtastung kombinieren, sind ebenso denkbar. However, it can also prove to be advantageous if the sensor device is designed as a measuring system that works in optical scanning. A measuring system that works with optical scanning is in particular insensitive to magnetic influences that can originate from the application or the environment, or from the drive itself. Another advantage of measuring systems that work with optical scanning is their high resolution and accuracy. Sensor devices that combine optical and magnetic scanning are also conceivable.
[0016] Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Zeichnungen und Ausführungsbeispielen, anhand derer die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden soll, ohne die Erfindung auf diese zu beschränken. Es zeigen: Further features and advantages of the present invention emerge from the following drawings and exemplary embodiments, by means of which the invention will be explained in more detail by way of example, without restricting the invention to these. Show it:
[0017] Figur 1 : perspektivische und schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Winkelstellvorrichtung [0017] FIG. 1: perspective and schematic representation of an angle adjustment device according to the invention
[0018] Figur 2: Seitenansicht der Winkelstellvorrichtung nach Fig. 1 [0018] FIG. 2: Side view of the angle adjustment device according to FIG. 1
[0019] Figur 3: perspektivische und schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Winkelstellvorrichtung [0019] FIG. 3: perspective and schematic illustration of a further angle adjustment device according to the invention
[0020] Figur 4: Darstellung a) Seitenansicht der Winkelstellvorrichtung nach Fig. 3; Darstellung b) Schnittbild zu Darstellung b) [0021] Figur 5: Teil einer erfindungsgemäßen Winkelstellvorrichtung nach den Figuren 3 und 4 mit einer möglichen Ausführungsform für die Vorspanneinrichtung, wobei in Darstellung a) eine Seitenansicht und in Darstellung b) eine Ansicht hinsichtlich des in Darstellung a) skizzierten Schnitts entlang der Schnittlinie A-A gezeigt ist [0020] FIG. 4: representation a) side view of the angle setting device according to FIG. 3; Representation b) Sectional view of representation b) Figure 5: Part of an angle adjustment device according to the invention according to Figures 3 and 4 with a possible embodiment for the pretensioning device, in representation a) a side view and in representation b) a view with regard to the section sketched in representation a) along the section line AA is shown
[0022] Figur 6: Teil einer erfindungsgemäßen Winkelstellvorrichtung nach den Figuren 3 und 4 mit einerweiteren möglichen Ausführungsform für die Vorspanneinrichtung, wobei in Darstellung a) eine Seitenansicht und in Darstellung b) eine Ansicht hinsichtlich des in Darstellung a) skizzierten Schnitts entlang der Schnittlinie A-A gezeigt ist Figure 6: Part of an angle setting device according to the invention according to Figures 3 and 4 with a further possible embodiment for the pretensioning device, in which representation a) is a side view and representation b) is a view of the section sketched in representation a) along the section line A-A is shown
[0023] Figur 7: Teil einer erfindungsgemäßen Winkelstellvorrichtung nach den Figuren 3 und 4 mit einerweiteren möglichen Ausführungsform für die Vorspanneinrichtung, wobei in Darstellung a) eine Seitenansicht und in Darstellung b) eine Ansicht hinsichtlich des in Darstellung a) skizzierten Schnitts entlang der Schnittlinie A-A gezeigt ist Figure 7: Part of an angle adjustment device according to the invention according to Figures 3 and 4 with a further possible embodiment for the pretensioning device, in which representation a) is a side view and representation b) is a view with regard to the section sketched in representation a) along the section line A-A is shown
[0024] Figur 8, Darstellungen a) und b): Unterschiedliche perspektivische Ansichten eines Teils einer erfindungsgemäßen Winkelstellvorrichtung gemäß den Figuren 3 und 4 mit einer alternativen Ausführungsform für die Sensoreinrichtung [0024] FIG. 8, representations a) and b): Different perspective views of a part of an angle adjusting device according to the invention according to FIGS. 3 and 4 with an alternative embodiment for the sensor device
[0025] Figur 9: Perspektivische Ansicht eines Teils einer erfindungsgemäßen Winkelstellvorrichtung gemäß den Figuren 3 und 4 mit einer alternativen Ausführungsform für die Sensoreinrichtung [0025] FIG. 9: Perspective view of a part of an angle setting device according to the invention according to FIGS. 3 and 4 with an alternative embodiment for the sensor device
[0026] Figur 1 zeigt in perspektivischer und schematischer Ansicht eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Winkelstellvorrichtung 1 mit einem gegenüber einer ortsfesten Basis 10 zu verstellenden und kardanisch gelagerten Stellkörper 2, welcher im Wesentlichen halbkugelförmig ist und eine konvexe bzw. zweidimensional gekrümmte, für dessen Antrieb genutzte Oberfläche und eine ebene, der Anordnung eines durch die Winkelstellvorrichtung in der Winkellage zu verstellenden Objekts (z.B. ein Spiegel) dienende Oberfläche aufweist. Figure 1 shows a perspective and schematic view of an embodiment of an angle adjustment device 1 according to the invention with an adjustment body 2 that is to be adjusted and gimballed relative to a stationary base 10, which is essentially hemispherical and has a convex or two-dimensionally curved surface used to drive it and a planar surface for locating an object (e.g., a mirror) to be angularly adjusted by the angular positioner.
[0027] Eine Antriebseinrichtung 3 zur Erzielung von Verstell- bzw. Verkippbewegungen des Stellkörpers 2 um zwei im Wesentlichen senkrecht zueinander angeordnete und durch eine jeweilige Führungseinrichtung 5 definierte Stellachsen bzw. Rotationsachsen RA1 und RA2 umfasst insgesamt vier an der Basis 10 angeordnete Aktoren bzw. Aktuatoren 4 in Form von piezoelektrischen Ultraschallantrieben bzw. Ultraschallaktoren, die umfangsseitig bezüglich des Stellkörpers 2 mit einem Winkelabstand benachbarter Aktoren von im Wesentlichen 90° angeordnet sind. Von den vier Ultraschallaktoren sind in Figur 1 jedoch nur zwei zu erkennen, der jeweils gegenüberliegende Ultraschallaktor ist verdeckt. A drive device 3 for achieving adjustment or tilting movements of the actuating body 2 by two substantially perpendicularly arranged and by a respective The positioning axes or rotation axes RA1 and RA2 defined by the guide device 5 comprises a total of four actuators or actuators 4 arranged on the base 10 in the form of piezoelectric ultrasonic drives or ultrasonic actuators, which are arranged circumferentially with respect to the adjusting body 2 at an angular distance between adjacent actuators of essentially 90° . However, only two of the four ultrasonic actuators can be seen in FIG. 1, the ultrasonic actuator lying opposite in each case is covered.
[0028] Durch die zuvor beschriebene Anordnung der Ultraschallaktoren ergibt sich ein Zwischenraum zwischen diesen. Mit anderen Worten spannen die Ultraschallaktoren 4 zwischen sich eine Öffnung bzw. eine Apertur 7 auf. Die Ultraschallaktoren 4 besitzen jeweils eine rechteckige Form und tragen an einer der längeren Seitenflächen ein im Wesentlichen halbkugelförmiges Friktionselement 42, welches in Kontakt mit der Oberfläche des Stellkörpers steht. Somit stehen die Ultraschallaktoren über die Friktionselemente 42 in indirektem Kontakt mit dem Stellkörper. Die Friktionselemente 42 sind durch eine in der Basis angeordnete und in Figur 1 nicht erkennbare Vorspanneinrichtung mit einer definierten Kraft gegen den Stellkörper 2 gedrückt. Daneben ist es möglich, mittels der Vorspanneinrichtung den Stellkörper 2 gegen die Friktionselemente 42 zu drücken. Hierbei kann die Vorspanneinrichtung beispielsweise durch die Führungseinrichtung 5 selbst gebildet sein, etwa indem diese elastisch verformbare Abschnitte aufweist, die zu einem Andrücken des Stellkörpers 2 gegen die Friktionselemente 42 mit einer definierten Kraft sorgt. The arrangement of the ultrasonic actuators described above results in a gap between them. In other words, the ultrasonic actuators 4 span an opening or an aperture 7 between them. The ultrasonic actuators 4 each have a rectangular shape and carry an essentially hemispherical friction element 42 on one of the longer side surfaces, which is in contact with the surface of the actuating body. The ultrasonic actuators are thus in indirect contact with the adjusting body via the friction elements 42 . The friction elements 42 are pressed against the adjusting body 2 with a defined force by a prestressing device which is arranged in the base and cannot be seen in FIG. In addition, it is possible to press the adjusting body 2 against the friction elements 42 by means of the prestressing device. In this case, the prestressing device can be formed, for example, by the guide device 5 itself, for example by having elastically deformable sections which ensure that the actuating body 2 is pressed against the friction elements 42 with a defined force.
[0029] Durch geeignete elektrische Ansteuerung können die Ultraschallaktoren 4 Schwingungen vollführen, durch welche das jeweils daran angeordnete Friktionselement 42 eine Bewegung entlang einer vorzugsweise elliptischen Bahn bzw. Trajektorie, welche zu der Seitenfläche des jeweiligen Ultraschallaktors geneigt ist, an welcher das Friktionselement angeordnet ist, und gleichzeitig parallel zu den beiden größeren Hauptflächen des jeweiligen Ultraschallaktors verläuft, erfährt. Diese Bewegung mit einer entlang der Seitenfläche, an welcher das Friktionselement angeordnet ist, verlaufenden Antriebskomponente wird über den Friktionskontakt zwischen dem Friktionselement und der konvexen Oberfläche des Stellkörpers auf diesen übertragen, welcher hierdurch einen Antrieb in einer zur Antriebskomponentenrichtung parallelen Richtung erfährt. By means of suitable electrical control, the ultrasonic actuators 4 can carry out oscillations, as a result of which the friction element 42 arranged on them causes a movement along a preferably elliptical path or trajectory, which is inclined towards the side surface of the respective ultrasonic actuator on which the friction element is arranged. and at the same time runs parallel to the two larger main surfaces of the respective ultrasonic actuator. This movement with a drive component running along the side surface on which the friction element is arranged transferred via the frictional contact between the friction element and the convex surface of the adjusting body to the latter, which is thereby driven in a direction parallel to the direction of the driving component.
[0030] Die jeweils beiden sich gegenüberliegenden Ultraschallaktoren, die also umfangsseitig einen Winkelabstand von etwa 180° zueinander aufweisen, arbeiten hierbei in der Regel zusammen, um eine Winkelverstellung des Stellkörpers 2 um die entsprechende Rotationsachse zu erzielen, die im Wesentlichen senkrecht zu der Achse liegt, die durch die beiden gegenüberliegenden und zusammenwirkenden Ultraschallaktoren, und zwar im Wesentlichen parallel zu deren größeren Hauptflächen, verläuft. Bezogen auf Figur 1 bedeutet dies, dass der dortige rechte Ultraschallaktor 4, welcher mit einem gegenüberliegenden, aber in Figur 1 nicht erkennbaren Ultraschallaktor zusammenwirkt, für Winkelverstellungen des Stellkörpers um die Stell- bzw. Rotationsachse RA1 sorgt, während der in Figur 1 erkennbare linke Ultraschallaktor 4 zusammen mit dem diesem gegenüberliegenden, aber in Figur 1 nicht erkennbaren Ultraschallaktor für Winkelverstellungen des Stellkörpers um die zur Stell- bzw. Rotationsachse RA1 im Wesentlichen senkrecht angeordnete Rotationsachse RA2 sorgt. The two opposing ultrasonic actuators, which are circumferentially at an angular distance of about 180° from one another, usually work together in order to achieve an angular adjustment of the adjusting body 2 about the corresponding axis of rotation, which is essentially perpendicular to the axis , which runs through the two opposing and cooperating ultrasonic actuators, essentially parallel to their larger main surfaces. Referring to FIG. 1, this means that the right-hand ultrasonic actuator 4 there, which interacts with an opposite ultrasonic actuator that cannot be seen in FIG 4, together with the ultrasonic actuator located opposite but not visible in FIG.
[0031] Hierbei kann das Zusammenwirken der jeweils beiden gegenüberliegenden Ultraschallaktoren, die ein entsprechendes Aktorenpaar bilden, etwa dergestalt sein, dass beispielsweise elliptische Schwingungsbewegungen der unterschiedlichen Friktionselemente gegenläufig sind. Das Zusammenwirken kann aber auch dergestalt sein, dass nur einer der Ultraschallaktoren des jeweiligen Aktorenpaars derart angesteuert wird, dass das an ihm angeordnete Friktionselement eine vorzugsweise elliptische Bewegungsbahn aufweist, während der andere, diesem gegenüberliegende Ultraschallaktor des Aktorenpaars so elektrisch angesteuert wird, dass sein Friktionselement Schwingungen in einer Richtung vollführt, die im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche des Stellkörpers, an welcher das Friktionselement mit diesem in Kontakt steht, angeordnet ist. [0032] Durch eine solche Ansteuerung lässt sich die Reibung zwischen diesem Friktionselement und der Oberfläche des Stellkörpers erheblich reduzieren. In diesem Zusammenhang ist denkbar, dass zusätzlich die beiden zusammenwirkenden Ultraschallaktoren des anderen Aktorenpaars derart angesteuert werden, dass die dadurch hervorgerufenen Deformationen für Schwingungen ihrer Friktionselemente sorgen, welche ebenfalls im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche des Stellkörpers, an welcher das jeweilige Friktionselement mit diesem in Kontakt steht, angeordnet ist. Dadurch kann die Reibung zwischen den nicht antreibenden Friktionselementen und der Oberfläche des Stellkörpers erheblich reduziert werden, und der einzige antreibende Ultraschallaktor muss nur gegen eine sehr geringe und der Verstellbewegung entgegen wirkende Reibkraft arbeiten. Here, the interaction of the two opposite ultrasonic actuators, which form a corresponding pair of actuators, can be such that, for example, elliptical vibrational movements of the different friction elements are in opposite directions. However, the interaction can also be such that only one of the ultrasonic actuators of the respective pair of actuators is controlled in such a way that the friction element arranged on it has a preferably elliptical path of movement, while the other ultrasonic actuator of the pair of actuators, which is opposite it, is controlled electrically in such a way that its friction element vibrates carried out in a direction which is arranged substantially perpendicularly to the surface of the actuating body on which the friction element is in contact with it. By such a control, the friction between this friction element and the surface of the control body can be significantly reduced. In this context, it is conceivable that the two interacting ultrasonic actuators of the other pair of actuators are also controlled in such a way that the deformations caused thereby cause their friction elements to vibrate, which are also essentially perpendicular to the surface of the actuating body on which the respective friction element is in contact with it stands, is arranged. As a result, the friction between the non-driving friction elements and the surface of the adjusting body can be significantly reduced, and the single driving ultrasonic actuator only has to work against a very small frictional force that counteracts the adjustment movement.
[0033] Es ist zudem denkbar, dass pro Rotationsachse nur ein einzelner Aktor für den entsprechenden Antrieb des Stellkörpers sorgt. It is also conceivable that only a single actuator provides for the corresponding drive of the actuating body per axis of rotation.
[0034] Die Führung bezüglich der jeweiligen Rotationsachse RA1 bzw. RA2 gelingt mit Hilfe einer entsprechenden Führungseinrichtung 5. Diese ist jeweils als ein Paar von gegenüberliegenden Dreh- oder Rotationslagern ausgebildet, wobei die Lager bezüglich der Rotationsachse RA1 gebildet sind durch Zapfen des Lagerrings 52, welche mit Lagerbüchsen Zusammenwirken, die in Schenkelabschnitten 12 der Basis 10 eingesetzt sind. Die Lager bezüglich der Rotationsachse RA2 sind gebildet durch an dem Stellkörper 2 ausgebildeten Zapfen, die mit in dem Lagerring 52 eingesetzten Lagerbüchsen Zusammenwirken. Dadurch ergibt sich insgesamt eine kardanische Lagerung. The guidance with respect to the respective axis of rotation RA1 or RA2 is achieved with the aid of a corresponding guide device 5. This is in the form of a pair of opposing pivot or rotation bearings, the bearings with respect to the axis of rotation RA1 being formed by pins of the bearing ring 52, which cooperate with bearing bushes inserted in leg portions 12 of base 10. The bearings with respect to the axis of rotation RA2 are formed by pins formed on the adjusting body 2 and interacting with bearing bushes inserted in the bearing ring 52 . This results in an overall gimbal mounting.
[0035] An der zweidimensional gekrümmten Oberfläche des Stellkörpers 2 ist als Teil der Sensoreinrichtung 6 ein in Figur 1 nicht erkennbarer Maßstab in Form einer Gitterstruktur durch Laserung ein- bzw. aufgebracht. Innerhalb der durch die vier Aktoren 4 gebildeten Apertur 7 ist als weiterer Teil der Sensoreinrichtung 6 ein in Figur 1 ebenfalls nicht erkennbares, an einer Platine 64 angebrachtes Sensorelement angeordnet, welches mit dem Maßstab zusammenwirkt. Hierdurch ist eine direkte Messung bzw. Erfassung der Lage des Stellkörpers möglich. [0036] Figur 2 zeigt die Winkelstellvorrichtung nach Figur 1 in einer Seitenansicht. Hierbei sind drei der insgesamt vier Ultraschallaktoren 4 zu erkennen, die gegenüber der Basis 10 in einer schrägen bzw. geneigten Ausrichtung an dieser angeordnet sind und über die Friktionselemente 42 in indirekter Weise mit der konvexen Oberfläche des Stellkörpers 2 mittels einer in Figur 2 nicht dargestellten Vorspanneinrichtung in Kontakt stehen bzw. gegen diese angedrückt sind. Figur 2 ist daneben die Sensoreinrichtung mit dem an der Platine 64 angeordneten Sensorelement 60 und dem mit dem Sensorelement 60 zusammenwirkenden und an dem Stellkörper 2 angebrachten bzw. in diesen eingebrachten Maßstab 62 deutlich zu entnehmen. On the two-dimensionally curved surface of the actuating body 2, as part of the sensor device 6, a scale in the form of a lattice structure that cannot be seen in FIG. 1 is incorporated or applied by lasering. Arranged within the aperture 7 formed by the four actuators 4 as a further part of the sensor device 6 is a sensor element which is also not visible in FIG. 1 and is attached to a circuit board 64 and which interacts with the scale. In this way, a direct measurement or detection of the position of the actuating body is possible. FIG. 2 shows the angle adjustment device according to FIG. 1 in a side view. Three of the total of four ultrasonic actuators 4 can be seen here, which are arranged on the base 10 in an oblique or inclined orientation and via the friction elements 42 in an indirect manner with the convex surface of the actuating body 2 by means of a prestressing device, not shown in Figure 2 are in contact or are pressed against them. In addition, FIG. 2 clearly shows the sensor device with the sensor element 60 arranged on the circuit board 64 and the scale 62 which interacts with the sensor element 60 and is attached to or introduced into the adjusting body 2 .
[0037] Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Winkelstellvorrichtung 1. Der einzige Unterschied im Vergleich zur Winkelstellvorrichtung nach den Figuren 1 und 2 besteht in der Ausführungsform der Antriebseinrichtung, die hier aus einem einzigen hohlzylinderförmigen bzw. ringförmigen Ultraschallaktor 4 besteht, an dessen nach oben und dem Stellkörper 2 zugewandten ebenen Stirnfläche insgesamt vier gleichmäßig über den Umfang des Ultraschallaktors 4 verteilte halbkugelförmige Friktionselemente 42 angeordnet sind. Figure 3 shows another embodiment of an angle adjustment device 1 according to the invention. The only difference compared to the angle adjustment device according to Figures 1 and 2 is the embodiment of the drive device, which here consists of a single hollow-cylindrical or ring-shaped ultrasonic actuator 4, on whose A total of four hemispherical friction elements 42 distributed evenly over the circumference of the ultrasonic actuator 4 are arranged at the top and the flat end face facing the adjusting body 2 .
[0038] Figur 4 zeigt in Darstellung a) die Winkelstellvorrichtung nach Figur 3 in einer Seitenansicht, während Darstellung b) den in Darstellung a) von Figur 4 skizzierten Schnitt entlang der Linie A-A repräsentiert. In der Schnittdarstellung 4 b) sind die in dem Stellkörper 2 vorhandenen Gewindesacklöcher 24 zu erkennen, die ein Anschrauben eines mit der Winkelstellvorrichtung zu bewegenden bzw. zu verstellenden Elements, etwa eines Spiegels, erlauben. Zudem ist der Schnittdarstellung 4b) die Vorspannvorrichtung 8 in Form eines innerhalb der Basis 10 angeordneten Federelements 84 zu entnehmen, welches dafür sorgt, dass die Antriebsvorrichtung 3 in Form eines Ultraschallaktors 4 bzw. die an diesem angeordneten Friktionselemente 42 mit einer definierten Kraft gegen den Stellkörper 2 gedrückt sind. Zudem verhindert das Federelement 84 eine Verschiebung bzw. Verdrehung des Ultraschallaktors 4 relativ zu der Basis 10 bzw. relativ zu dem Stellkörper. [0039] Figur 5 zeigt in den Darstellungen a) und b) prinzipiell die Winkelstellvorrichtung nach den Figuren 3 und 4, wobei hier jedoch eine andere Art der Vorspanneinrichtung 8 vorhanden ist. Dabei zeigt Darstellung a) von Figur 5 die Winkelstellvorrichtung von der Seite, während Darstellung b) von Figur 5 einen Schnitt entlang der in Darstellung 5a) skizzierten Linie A-A repräsentiert. Die Vorspanneinrichtung 8 umfasst ein magnetisierbares Element 80, welches ebenso wie der Stellkörper 2 eine halbkugelförmige Geometrie aufweist. Hierbei ist das magnetisierbare Element 80 in einen entsprechenden und kongruent geformten Hohlraum des Stellkörpers 2 eingesetzt. In representation a), FIG. 4 shows the angle adjusting device according to FIG. 3 in a side view, while representation b) represents the section along the line AA outlined in representation a) of FIG. The threaded blind holes 24 present in the adjusting body 2 can be seen in the sectional view 4b), which allow screwing on an element to be moved or adjusted with the angle adjusting device, for example a mirror. In addition, the sectional view 4b) shows the prestressing device 8 in the form of a spring element 84 arranged within the base 10, which ensures that the drive device 3 in the form of an ultrasonic actuator 4 or the friction elements 42 arranged on it with a defined force against the actuating body 2 are pressed. In addition, the spring element 84 prevents displacement or twisting of the ultrasonic actuator 4 relative to the base 10 or relative to the adjusting body. In representations a) and b), FIG. 5 shows in principle the angle adjusting device according to FIGS. 3 and 4, although a different type of prestressing device 8 is present here. Representation a) of FIG. 5 shows the angle setting device from the side, while representation b) of FIG. 5 represents a section along line AA outlined in representation 5a). The prestressing device 8 comprises a magnetizable element 80 which, like the actuating body 2, has a hemispherical geometry. In this case, the magnetizable element 80 is inserted into a corresponding and congruently shaped cavity of the actuating body 2 .
[0040] Die Vorspanneinrichtung 8 umfasst weiterhin eine Magnetvorrichtung 82 in Form eines Permanentmagneten. Der Permanentmagnet ist in einer zentralen Öffnung der Basis 10 eingesetzt und durchdringt eine durch die Platine 64 gebildete Apertur. Durch Veränderung der Position des Permanentmagneten in der zentralen Öffnung der Basis 10 bzw. durch entsprechend geänderten Abstand zwischen dem Permanentmagneten und dem magnetisierbaren Element lässt sich die Vorspannung, mit welcher der Stellkörper 2 und die Friktionselemente 42 der Antriebseinrichtung 3 in Form eines hohlzylinderförmigen Ultraschallaktors 4 gegenineinander gepresst ist, gezielt anpassen. The biasing device 8 further includes a magnetic device 82 in the form of a permanent magnet. The permanent magnet is inserted in a central opening of the base 10 and penetrates through an aperture formed by the circuit board 64 . By changing the position of the permanent magnet in the central opening of the base 10 or by changing the distance between the permanent magnet and the magnetizable element accordingly, the preload with which the control body 2 and the friction elements 42 of the drive device 3 in the form of a hollow-cylindrical ultrasonic actuator 4 can be adjusted against each other is pressed, adjust specifically.
[0041] Die Winkelstellvorrichtung nach Figur 6 weicht von der nach Figur 5 lediglich in der sich geringfügig unterscheidenden Vorspanneinrichtung ab. Figur 6 a) zeigt die entsprechende Winkelstellvorrichtung in einer Seitenansicht, während Figur 6 b) einen Schnitt entlang der in Figur 6 a) skizzierten Linie A-A repräsentiert. Hier ist das magnetisierbare Element 80 der Vorspanneinrichtung als Kugelabschnitt geformt und in einen entsprechend bzw. kongruent geformten Hohlraum des Stellkörpers 2 eingesetzt. Die ebene Fläche des als Kugelabschnitt geformten magnetisierbaren Elements 80 bildet jedoch nicht die Oberfläche der Plattform des Stellkörpers 2. Um eine ebene Oberfläche des Stellkörpers 2 für die dortige Anbringung eines zu verstellenden Objekts zu erzielen, ist oberhalb des magnetisierbaren Elements 80 in den verbleibenden Hohlraum des Stellkörpers ein weiteres, nicht-magnetisches Abschlusselement 26 eingesetzt, welches bündig mit dem äußeren Rand des Stellkörpers abschließt. In dieses Abschlusselement 26 sind Gewindebohrungen eingebracht, die zur Anordnung eines durch die Winkelstellvorrichtung zu positionierenden Objekts dienen. The angle adjusting device according to FIG. 6 differs from that according to FIG. 5 only in the slightly different pretensioning device. FIG. 6a) shows the corresponding angle adjustment device in a side view, while FIG. 6b) represents a section along line AA outlined in FIG. 6a). Here, the magnetizable element 80 of the prestressing device is shaped as a spherical segment and is inserted into a correspondingly or congruently shaped cavity of the actuating body 2 . However, the flat surface of the magnetizable element 80, which is shaped as a spherical segment, does not form the surface of the platform of the adjusting body 2. In order to achieve a flat surface of the adjusting body 2 for the attachment of an object to be adjusted there, above the magnetizable element 80 the remaining cavity of the Adjusting body another, non-magnetic Closing element 26 used, which is flush with the outer edge of the actuator body. Threaded bores are introduced into this closing element 26, which are used for arranging an object to be positioned by the angle adjustment device.
[0042] Die in Figur 7 in den Darstellungen a) und b) gezeigte Winkelstellvorrichtung 1 weicht von der Vorspanneinrichtung gemäß Figur 6 dahingehend ab, dass das magnetisierbare Element 80 die Form einer Hohlhalbkugel hat, die in den entsprechenden Hohlraum des Stellkörpers 2 eingesetzt ist, wie dies insbesondere anhand des Schnitts entlang der Linie A-A in Figur 7 b) zu erkennen ist. In den verbleibenden, durch das magnetisierbare Element 80 selbst gebildeten Hohlraum, ist ein nichtmagnetisierbares Abschlusselement 26 eingesetzt, das zusammen mit dem magnetisierbaren Element 80 und dem äußeren Rand des Stellkörpers 2 eine ebene Oberfläche des Stellkörpers 2 bildet. An diesem inneren eingesetzten Abschlusselement 26 sind Gewindebohrungen zur Befestigung eines durch den Stellkörper in der Winkellage zu verstellenden Objekts vorgesehen. The angle adjusting device 1 shown in Figure 7 in representations a) and b) differs from the prestressing device according to Figure 6 in that the magnetizable element 80 has the shape of a hollow hemisphere, which is inserted into the corresponding cavity of the adjusting body 2, as can be seen in particular from the section along the line A-A in FIG. 7 b). A non-magnetizable closing element 26 is inserted into the remaining cavity formed by the magnetizable element 80 itself. Threaded bores for fastening an object to be adjusted in angular position by the adjusting body are provided on this inner closing element 26 .
[0043] Es versteht sich, dass das magnetisierbare Element 80 der Figuren 5 bis 7 ebenso aus einem permanentmagnetischen Material gefertigt sein kann und somit ein magnetisches Element bildet. Denkbar ist ebenso ein magnetisierbares Element 80 in Form eines Elektromagneten. Weiterhin ist denkbar, dass die als Permanentmagnet ausgeführte Magnetvorrichtung 82 als Elektromagnet ausgeführt ist. It is understood that the magnetizable element 80 of Figures 5 to 7 can also be made of a permanent magnetic material and thus forms a magnetic element. A magnetizable element 80 in the form of an electromagnet is also conceivable. Furthermore, it is conceivable that the magnet device 82 embodied as a permanent magnet is embodied as an electromagnet.
[0044] Figur 8 zeigt in den Darstellungen a) und b) in unterschiedlichen perspektivischen Ansichten eine spezifische Ausführungsform der Sensoreinrichtung einer erfindungsgemäßen Winkelstellvorrichtung 1. Zur besseren Erkennbarkeit der Sensoreinrichtung wurde hierbei die Antriebseinrichtung in Form eines hohlzylinder- bzw. ringförmigen Ultraschallaktors - wie in den Figuren 3 bis 7 dargestellt - weggelassen. In representations a) and b), FIG. 8 shows a specific embodiment of the sensor device of an angle setting device 1 according to the invention in different perspective views Figures 3 to 7 shown - omitted.
[0045] Die Sensoreinrichtung umfasst zwei separate Sensorelemente 60 in Form von optischen Chip-Sensoren, die umfangsseitig in etwa um einen Winkel von 90° versetzt zueinander angeordnet sind. Eines der Sensorelemente 60 ist dabei mittels des Zusammenwirkens mit dem auf dem Stellkörper 2 angeordneten Maßstab 62 für die Lage- bzw. Winkelerfassung des Stellkörpers 2 bezüglich der Rotationsachse RA1 zuständig, während das entsprechend andere Sensorelement 60 für die Lage- bzw. Winkelerfassung des Stellkörpers 2 bezüglich der Rotationsachse RA2 zuständig ist. The sensor device comprises two separate sensor elements 60 in the form of optical chip sensors, which are arranged offset from one another on the peripheral side by an angle of approximately 90°. One of the sensor elements 60 is activated by interacting with the one on the actuating body 2 arranged scale 62 is responsible for detecting the position or angle of the actuating body 2 with respect to the axis of rotation RA1, while the corresponding other sensor element 60 is responsible for detecting the position or angle of the actuating body 2 with respect to the axis of rotation RA2.
[0046] Insbesondere Figur 8 b) ist entnehmbar, dass in dem Stellkörper 2 eine rotativ bzw. rotatorisch verstellbare Plattform 22 integriert ist, über welche neben den Kippbewegungen um die zwei senkrecht zueinander angeordneten Rotationsachsen RA1 und RA2 noch eine zusätzliche Rotation der Plattform 22 um eine auf ihr senkrecht stehende Rotationsachse RA3 ermöglicht ist. Zur Erfassung der rotativen Verstellung der Plattform 22 ist in dem Stellkörper 2 eine entsprechende Sensorik untergebracht, die in Figur 8 jedoch nicht erkennbar ist. It can be seen in particular from Figure 8 b) that a rotationally or rotationally adjustable platform 22 is integrated in the adjusting body 2, via which, in addition to the tilting movements about the two rotational axes RA1 and RA2 arranged perpendicular to one another, an additional rotation of the platform 22 by an axis of rotation RA3 perpendicular to it is enabled. In order to detect the rotational adjustment of the platform 22, a corresponding sensor system is accommodated in the adjusting body 2, which, however, cannot be seen in FIG.
[0047] Figur 9 zeigt abweichend zu Figur 8 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Winkelstellvorrichtung, bei der die Sensoreinrichtung nur ein Sensorelement 60 in Form eines optischen Chip-Sensors aufweist, um Winkelverstellungen des Stellkörpers 2 um die Rotationsachse RA2 zu messen. Die Winkelverstellungen des Stellkörpers 2 um die Rotationsachse RA1 wird hingegen mit Rotationssensoren 9 erfasst, die an den Schenkelabschnitten 12 der Basis 10 vorgesehen sind. In contrast to FIG. 8, FIG. 9 shows an embodiment of an angle adjusting device according to the invention, in which the sensor device has only one sensor element 60 in the form of an optical chip sensor in order to measure angular displacements of the adjusting body 2 about the axis of rotation RA2. In contrast, the angular displacement of the adjusting body 2 about the axis of rotation RA1 is detected with rotation sensors 9 which are provided on the leg sections 12 of the base 10 .
[0048] Es versteht sich, dass zahlreiche Abweichungen zu den vorstehend skizzierten Ausführungsformen möglich sind, die unter die Erfindung fallend zu zählen sind. So ist beispielsweise die Antriebseinrichtung nicht darauf beschränkt, einen oder mehrere Ultraschallaktoren zu umfassen. Denkbar sind daneben Antriebseinrichtungen mit elektromagnetischen, elektrostiktiven, magnetostriktiven, pneumatischen oder sonstigen Aktoren bzw. Aktuatoren, wobei in erster Linie entscheidend ist, dass die Antriebseinrichtung eine Apertur aufspannt und somit eine Öffnung für die direkte Messung bzw. Erfassung der Winkellage des Stellkörpers mittels der Sensoreinrichtung freigibt. Auch muss der Stellkörper nicht zwangsläufig die Form einer Halbkugel aufweisen; denkbar sind beispielsweise auch kugelförmige Stellkörper bzw. teilkugelförmige Stellkörper, die von der Halbkugelform abweichen. Für eine Lagerung um zwei senkrecht zueinander angeordnete Stell- oder Rotationsachsen sind zudem von einer Kardanaufhängung abweichende Lagerungen denkbar. Darüber hinaus sind zahlreiche andere Möglichkeiten zur Generierung einer Kraft, mit welcher der oder die Aktoren bzw. die daran angeordneten Friktionselemente gegen den Stellkörper gedrückt sind, denkbar. It goes without saying that numerous deviations from the embodiments outlined above are possible, which are to be counted under the invention. For example, the drive device is not limited to include one or more ultrasonic actuators. Drive devices with electromagnetic, electrostatic, magnetostrictive, pneumatic or other actuators or actuators are also conceivable, it being primarily decisive that the drive device opens an aperture and thus an opening for the direct measurement or detection of the angular position of the actuating body by means of the sensor device releases. Also, the adjusting body does not necessarily have to have the shape of a hemisphere; For example, spherical adjusting bodies or part-spherical adjusting bodies that deviate from the hemispherical shape are also conceivable. For a storage order two positioning or rotation axes arranged perpendicularly to one another are also conceivable, with bearings deviating from a cardan suspension. In addition, numerous other possibilities for generating a force are conceivable, with which the actuator or actuators or the friction elements arranged thereon are pressed against the adjusting body.
[0049] Bezugszeichenliste: [0049] List of reference symbols:
1 : Winkelstellvorrichtung 1 : angle adjusting device
2: Stellkörper 2: actuator
3: Antriebseinrichtung 3: driving device
4: Aktor 4: actuator
5: Führungseinrichtung 5: guiding device
6: Sensoreinrichtung 6: sensor setup
7: Apertur 7: aperture
8: Vorspanneinrichtung 8: pretensioning device
9: Rotationssensoren 9: rotation sensors
10: Basis 10: base
12: Schenkelabschnitt (der Basis 10) 12: leg section (of base 10)
22: Plattform (des Stellkörpers 2) 22: platform (of actuator 2)
24: Gewindesacklöcher (des Stellkörpers 2) 24: Threaded blind holes (of the adjusting body 2)
26: Abschlusselement 26: closing element
42: Friktionselement (des Aktors 4) 42: Friction element (of actuator 4)
52: Lagerring (der Führungseinrichtung 5) 52: Bearing ring (of the guide device 5)
60: Sensorelement (der Sensoreinrichtung 6) 60: sensor element (of the sensor device 6)
62: Maßstab (der Sensoreinrichtung 6) 62: scale (of the sensor device 6)
64: Platine 64: circuit board
80: magnetisiertes oder magnetisierbares Element 80: magnetized or magnetizable element
82: Magnetvorrichtung 82: magnetic device
84: Federelement 84: spring element

Claims

Ansprüche Expectations
Anspruch 1 Winkelstellvorrichtung (1), umfassend einen bezüglich seiner Winkellage zu verstellenden Stellkörper (2), der zumindest abschnittsweise sphärisch geformt ist, eine Antriebseinrichtung (3) mit wenigstens einem Aktor (4), der zumindest abschnittsweise mit dem sphärisch geformten Abschnitt des Stellkörpers (2) direkt oder indirekt in Kontakt steht und dem Antrieb des Stellkörpers (2) dient, eine Führungseinrichtung (5), welche eine geführte Winkelverstellung des Stellkörpers (2) um wenigstens eine Stellachse erlaubt, und eine Sensoreinrichtung (6) zur Ermittlung der Winkellage des Stellkörpers (2) aufweisend ein Sensorelement (60) und einen an dem sphärisch geformten Abschnitt des Stellkörpers (2) angeordneten Maßstab (62), wobei der wenigstens eine Aktor (4) eine Apertur (7) bildet, und das Sensorelement (60) derart angeordnet ist, dass sein Zusammenwirken mit dem Maßstab (62) durch die Apertur (7) hindurch und damit eine direkte Messung der Winkellage des Stellkörpers (2) erfolgt. Claim 1 Angle adjusting device (1), comprising an adjusting body (2) which is to be adjusted with respect to its angular position and which is spherically shaped at least in sections, a drive device (3) with at least one actuator (4) which is at least partially connected to the spherically shaped section of the adjusting body ( 2) is in direct or indirect contact and serves to drive the adjusting body (2), a guide device (5) which allows a guided angular adjustment of the adjusting body (2) about at least one adjusting axis, and a sensor device (6) for determining the angular position of the Adjusting body (2) having a sensor element (60) and a scale (62) arranged on the spherically shaped section of the adjusting body (2), the at least one actuator (4) forming an aperture (7), and the sensor element (60) such is arranged that its interaction with the scale (62) through the aperture (7) and thus a direct measurement of the angular position of the adjusting body (2) erf follows.
Anspruch 2 Winkelstellvorrichtung (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Maßstab (62) als Gitterstruktur auf dem sphärisch geformten Abschnitt des Stellkörpers (2) aufgebracht ist. Claim 2 angle adjusting device (1) according to claim 1, characterized in that the scale (62) is applied as a lattice structure on the spherically shaped portion of the adjusting body (2).
Anspruch 3 Winkelstellvorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterstruktur durch Laserbearbeitung aufgebracht ist. Claim 3 angle adjustment device (1) according to claim 2, characterized in that the grid structure is applied by laser processing.
Anspruch 4 Winkelstellvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (4) hohlzylinderförmig ist.Claim 4 angle adjustment device (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the actuator (4) is in the form of a hollow cylinder.
Anspruch 5 Winkelstellvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (4) ein piezoelektrisches oder elektrostriktives Material aufweist. Claim 5 angle adjustment device (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the actuator (4) comprises a piezoelectric or electrostrictive material.
Anspruch 6 Winkelstellvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellkörper (2) und der Aktor (4) mittels einer Vorspanneinrichtung (8) gegeneinander gedrückt sind. Claim 6 Angle adjustment device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the adjusting body (2) and the actuator (4) are pressed against one another by means of a prestressing device (8).
Anspruch 7 Winkelstellvorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinrichtung (8) durch die Führungseinrichtung (5) gebildet ist. Anspruch 8 Winkelstellvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinrichtung (8) umfasst: ein magnetisiertes oder ein magnetisierbares Element (80), welches innerhalb des Stellkörpers (2) angeordnet ist, und eine Magnetvorrichtung (82), welche derart innerhalb oder derart außerhalb der Apertur (7) gelegen ist, dass ein eine Vorspannung zwischen dem Stellkörper (2) und dem Aktor (4) erzeugendes Zusammenwirken des magnetisierten oder magnetisierbaren Elements (80) und der Magnetvorrichtung (82) ermöglicht ist. Claim 7 Angle adjustment device (1) according to Claim 6, characterized in that the prestressing device (8) is formed by the guide device (5). Claim 8 Angle adjustment device according to Claim 6, characterized in that the prestressing device (8) comprises: a magnetized or magnetizable element (80) which is arranged inside the adjusting body (2), and a magnet device (82) which is arranged in such a way inside or in such a way is located outside of the aperture (7) so that the magnetized or magnetizable element (80) and the magnetic device (82) can interact to produce a preload between the adjusting body (2) and the actuator (4).
Anspruch 9 Winkelstellvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetvorrichtung (82) einen Permanentmagneten oder einen Elektromagneten aufweist. Claim 9 Angle adjustment device according to Claim 8, characterized in that the magnet device (82) has a permanent magnet or an electromagnet.
Anspruch 10 Winkelstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (6) als in Reflexion arbeitendes Messsystem ausgebildet ist. Claim 10 Angle adjustment device according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor device (6) is designed as a measuring system working in reflection.
Anspruch 11 Winkelstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (6) als in optischer Abtastung arbeitendes Messsystem ausgebildet ist. Claim 11 Angle adjustment device according to one of Claims 1 to 9, characterized in that the sensor device (6) is designed as a measuring system working in optical scanning.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023205429A1 (en) 2023-06-12 2024-03-21 Carl Zeiss Smt Gmbh Facet mirror for lighting optics of a projection exposure system

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0360975A2 (en) * 1988-09-30 1990-04-04 Rockwell International Corporation Piezoelectric actuator
US20020049104A1 (en) * 2000-10-20 2002-04-25 Taisuke Ito Rotary positioning stage
US20080238249A1 (en) * 2007-03-27 2008-10-02 Kabushiki Kaisha Toshiba Piezoelectric motor and piezoelectric motor system
US7812507B2 (en) 2007-08-08 2010-10-12 Kabushiki Kaisha Toshiba Piezoelectric motor and camera device
DE102015004208A1 (en) * 2015-03-31 2016-10-06 Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg Method for controlling an ultrasonic motor and corresponding control arrangement

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4865354B2 (en) 2006-02-20 2012-02-01 キヤノン株式会社 Vibration type actuator
DE102015120282B4 (en) 2015-11-24 2018-01-18 Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg ultrasonic motor
JP6746629B2 (en) 2018-03-13 2020-08-26 キヤノン株式会社 Rotational force transmission device, and lens device and imaging device including the same
DE102019113296A1 (en) 2019-05-20 2020-11-26 Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg Two-axis positioning device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0360975A2 (en) * 1988-09-30 1990-04-04 Rockwell International Corporation Piezoelectric actuator
US20020049104A1 (en) * 2000-10-20 2002-04-25 Taisuke Ito Rotary positioning stage
US20080238249A1 (en) * 2007-03-27 2008-10-02 Kabushiki Kaisha Toshiba Piezoelectric motor and piezoelectric motor system
US7812507B2 (en) 2007-08-08 2010-10-12 Kabushiki Kaisha Toshiba Piezoelectric motor and camera device
DE102015004208A1 (en) * 2015-03-31 2016-10-06 Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg Method for controlling an ultrasonic motor and corresponding control arrangement

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