DE7022649U

DE7022649U - Linear and circular adjustment device

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Publication number: DE7022649U
Application number: DE7022649U
Authority: DE
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Current assignee: Individual
Publication date: 1971-05-27

Description

Dr.Arpad Bardocz *Dr Arpad Bardocz *

Magnetic-kinematic precision adjustments

Mit den magnetisch-kinematischen Präzisionsverstellungen nach der Erfindung können lineare und Drehbewegungen verwirklicht werden mit einer Feinheit, die mit anderen, bisher existierenden Anordnungen nicht möglich waren. Ähnliche Feineinstellungen haben neben der Anwendung in Mikroskopie, Halbleitertechnik und anderen Industriezweigen besondere Bedeutung in der modernen Optik, Lasertechnik, Holografie, Interferometrie, um nur einige Beispiele zu nennen, die mechanische Verstellungen mit Feinheiten und Reproduzierbarkeit<=n brauchen, die früher nur selten angewendet wurden.With the magnetic-kinematic precision adjustments according to the invention, linear and rotary movements can be realized become with a delicacy that was not possible with other, previously existing arrangements. Similar In addition to their use in microscopy, semiconductor technology and other branches of industry, fine adjustments have special ones Significance in modern optics, laser technology, holography, interferometry, to name just a few examples mechanical adjustments with subtleties and reproducibility <= n that were rarely used in the past.

Mit den vollständig auf neuen Konstruktionsprinzipien basierenden Systemen können optische und andere Komponenten mit großer Präzision um die vertikalen X, Υ,Ζ-Achsen gedreht und/ oder entlang dieser verschoben werden. Dabei drehen oder laufen jeweils zwei Platten gegeneinander auf Kugelführungen, die durch Haftmagneten aneinander gehalten werden. Diese Lösung garantiert, daß die Platten in jeder Stellung zueinander spielfrei sind. Da die magnetischen Kraftlinien gegen eine Bewegung senkrecht zu ihrer Richtung keinen Widerstand leisten, können die Platten sehr leicht gegeneinander sich bewegen und ermöglichen präziseste Einstellungen. Die Verstellung erfolgt mit normalen Schrauben oder Mikrometern, die mit einem festen Teil starr verbunden sind. Die Schraubenspindel arbeitet auf einem am beweglichen Teil, der über einen Haftmagneten spielfrei mitWith the systems, which are based entirely on new construction principles, optical and other components can be used with can be rotated with great precision around the vertical X, Υ, Ζ axes and / or moved along them. Turn or run two plates against each other on ball guides that are held together by holding magnets. This solution guarantees that the plates are free of play in any position. Because the magnetic lines of force oppose a movement offer no resistance perpendicular to their direction, the plates can move very easily against each other and allow most precise settings. The adjustment is made with normal screws or micrometers, with a fixed part are rigidly connected. The screw spindle works on a moving part that is free of play via a holding magnet

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der Mikrometerspindel verbunden ist. Die Schrauben oder Mikrometer können durch piesoelektrische Übertrager ersetzt werden·the micrometer spindle is connected. The screws or Micrometers can be replaced by piesoelectric transducers

Die Bedeutung des Systems nach der Erfindung kann man am besten schätzen, wenn man die Forderungen aufstellt, die an eine ähnliche Anordnung zu stellen sind und die bisher vorhandenen Anordnungen daraufhin überprüft.The importance of the system according to the invention can best be appreciated by making the requirements that an a similar arrangement is to be made and the existing arrangements are then checked.

Bei einer Präzisionsverstellung, die Feinheiten von 0,001 mm oder mehr leisten muß, gibt es drei Konstruktionsprobleme, die die Reproduzierbarkeit der Einstellung beeinträchtigen. Das eine Problem ist die Spielfreiheit zwischen den Komponenten, das zweite die Rückführung der gegeneinander sich bewegenden Teile und das dritte die Sicherung der gleichmäßigen Bewegung.With a precision adjustment, the subtleties of 0.001 mm or more, there are three design problems that affect the reproducibility of the setting. One problem is the freedom from play between the components, the second the return of those moving against one another Part and the third securing smooth movement.

Die Spielfreiheit; Bei dem heutigen Stand der Technik kann eine Spielfreiheit, die Reproduzierbarkeiten in der Größenordnung von 0,001 mm ermöglicht, nur mit Federwirkung verwirklicht werden. Die ?sderwirkung kann entweder durch die Anwendung von Federn oder durch federnde Ausbildung der Führungen verwirklicht werden. Beide Lösungen verursachen eine Erschwerung der Bewegung. Solche Schlitten können nur mit Kraftaufwand bewegt werden. The freedom of play; With the current state of the art, freedom from play, which enables reproducibility in the order of magnitude of 0.001 mm, can only be achieved with the action of a spring. The sander effect can be achieved either by using springs or by resilient design of the guides. Both solutions make movement difficult. Such carriages can only be moved with great effort.

Die Rückführung; Bei jeder Verstellung ist eine Rückführung des Schlittens in seine ursprüngliche Lage notwendig. Um das Spiel auszuschalten, werden alle Rückführungen mit Federn be- The repatriation; Every time it is adjusted, the slide must be returned to its original position. In order to eliminate the play, all returns are loaded with springs.

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tätigt. Lie Anwendung von Federn bedeutet Anwendung von Kraft und zwar ändert sich die Kraft, wenn sich die Weglänge des Schlittens ändert.makes. Lie application of springs means application of force and that force changes when the path length changes of the slide changes.

Gleichmäßige Bewegung: Die Erfahrung zeigt, daß eine gleichmäßige Bewegung, d.h. eine Bewegung ohne Sprünge, einer Verstellung nur dann verwirklicht werden kann, wenn die Bewegung kräftefrei und ohne Reibung verläuft. Da wo Kraft ist, gibt es auch Reibung und so auch ungleichmäßige Bewegung. Es wird klar sein, daß solche Anordnungen den Vorteil haben, wo die Bewegung als Folge kleinster Kräfte zustandekommt. Bei dem heutigen Stand der Technik ist dies der Fall bei einer magnetisch-kinematischen Lösung nach der Erfindung. Even movement: Experience shows that even movement, ie a movement without jumps, an adjustment can only be achieved if the movement is free of force and without friction. Where there is power, there is also friction and thus uneven movement. It will be clear that such arrangements have the advantage where the movement arises as a result of the smallest forces. In the current state of the art, this is the case with a magnetic-kinematic solution according to the invention.

Es soll ausdrücklich darauf hingewiesen werden, daß in der Verwirklichung Bewegungen höchster Präzision, piesoelektrische Wandler große Bedeutung haben. Ihrer Natur nach können piesoelektrische Säulen nicht Kraftwirkungen ausgesetzt werden. Die erfindungsmäßigen magneto-kinematischen Anordnungen sind hervorragend geeignet für Operationen mit piesoelektrischen Säulen,It should be expressly pointed out that in the realization of movements of the highest precision, piesoelectric Converters are of great importance. By their nature, piesoelectric columns cannot be exposed to the effects of force. The magneto-kinematic arrangements according to the invention are excellently suited for operations with piesoelectric Columns,

Im Folgenden geben wir einige Beispiele für die Ausführung magnetisch-kinematischer Anordnungen nach der Erfindung.In the following we give some examples for the implementation of magnetic-kinematic arrangements according to the invention.

Abb.1 zeigt eine lineare Verstellung nach der Erfindung. Bei der linearen magnetisch-kinematischen Verstellung bewegen sich die gegenüberliegenden Teile auf Kugeln. Die Kugeln sind von geraden Rillen geführt. Die Einzelteile sind mitFig.1 shows a linear adjustment according to the invention. With the linear magnetic-kinematic adjustment, the opposing parts move on balls. The balls are guided by straight grooves. The items are with

magnetischen Kräften zusammengehalten. Die Abb.1 zeigt die Anwendung eines magnetisch-kinematischen Systems in einer optischen Anordnung. Nach der Abb.1 wird auf einem optischen Kelter (R) das lineare Verabeligiieu (V) magnetisch festgehalten. Auf diesem Glied steht der, senkrecht auf der Papierebene bewegliche Schlitten (Z), in Kugeln gelagert. Der untere und obere Teil des Verstellgliedes ist magnetisch zusammengehalten. Eine seitlich mit Kunststoff bekleidete Spindel (T) sorgt für die Grobbewegung des Schlittens. Die Feinbewegung erfolgt mittels eines Mikrometers (M). Der Mikrometer ist auf dem unteren Verstellgliedteil befestigt und greift den Schlitten über einen Magneten (N). Werden zwei lineare Verstellungen nach der Abb.1 übereinander gelegt, ist eine Verstellung auf zwei zueinander senkrechten Richtungen (X- und Y-Richtung) möglich.magnetic forces held together. Fig.1 shows the Application of a magnetic-kinematic system in an optical arrangement. According to Fig.1, an optical Kelter (R) the linear Verabeligiieu (V) held magnetically. The slide (Z), which can move vertically on the plane of the paper, is mounted in balls on this link. The lower and the upper part of the adjuster is magnetically held together. A spindle (T) lined with plastic on the side ensures the rough movement of the slide. The fine movement is done using a micrometer (M). The micrometer is mounted on the lower adjuster part and engages the Slide over a magnet (N). If two linear adjustments according to Fig. 1 are superimposed, there is one adjustment possible in two mutually perpendicular directions (X and Y direction).

Die magnetisch-kinematischen Verstellungen sind sehr gut geeignet auch für die Herstellung von Drehbewegungen. Eine Anordnung, mit welcher eine Präzisionsverstellung um die Z-Achse (vertikale Achse) möglich ist, zeigt die Abb.2. Das Beispiel ist aus der Optik genommen. Die Reitersäule (S) ist in einem drehbaren Teller (U) befestigt. Der Drehteller ruhtThe magnetic-kinematic adjustments are very well suited for the production of rotary movements. An arrangement Figure 2 shows with which a precision adjustment around the Z-axis (vertical axis) is possible. That Example is taken from optics. The rider column (S) is fixed in a rotatable plate (U). The turntable rests

einer
auf Kugeln, die in kreisförmigen Rille herumlaufen. Dieseone
on balls that run around in circular grooves. These

obere. Rille, hat eine Gegenrille in dem unteren Teil der Verstellung. Teller und Unterteil sind mit Magneten zusammengehalten. Das Unterteil liegt auf einem optischen Reiter (R) und ist mit Magneten auf diesem festgehalten. Teller und damit auch die Säule sind um 360° drehbar. Die Mikrometerschraube (M) greift auf einen, mit einem Haftmagneten ver-upper. Groove, has a mating groove in the lower part of the Adjustment. The plate and base are held together with magnets. The lower part lies on an optical tab (R) and is held in place with magnets. The plate and thus the column can be rotated 360 °. The micrometer screw (M) accesses a, with a holding magnet

sehenen Griff (G). Der Griff ist auf dem Rande des Tellers beliebig verstellbar.handle (G). The handle is freely adjustable on the edge of the plate.

Werden die Gegenrillen in den optischen Reiter eingedreht, dann liegt der Drehteller direkt auf dem Reiter.If the counter-grooves are screwed into the optical rider, then the turntable lies directly on the rider.

Die X- und Y-Versteilungen sowie die Drehung um die Z-Achse nach Abb.1 und 2 können zusammengebaut werden, wie dies Abb.3 zeigt. Der besseren Übersicht wegen ist' Abb.3 in Abb.4 noch einmal auch auseinandergenommen gezeichnet.The X and Y gradients as well as the rotation around the Z axis according to Fig.1 and 2 can be assembled, as shown in Fig.3. For a better overview is' Fig.3 in Fig.4 also drawn apart again.

Die Anordnung der VerstelIschrauben bzw. Mikrometer bei dem magnetisch-kinematischen System bedeutet ein besonderes Problem. Das eigentliche Problem ist, dal3 e3 in der Richtung der Bewegung (X-Achse) sehr oft keinen Platz für die Plazierung weit ausragender Objekte gibt. In der Y-Richtung meldet sich dieses Problem im allgemeinen nicht. Wenn das Platzproblem vorhanden ist, sollen die Mikrometer entweder über den Schlitten oder neben diesen plaziert werden. Die Abb. 5, 6 und 7 zeigen die Möglichkeiten der Unterbringung der Verstellorgane auf dem X-Richtung-Schlitten.The arrangement of the adjusting screws or micrometers in the magnetic-kinematic system poses a special problem. The real problem is that e3 is in the direction of the Movement (X-axis) very often there is no space for the placement of protruding objects. It reports in the Y direction generally not this problem. If the space problem is there, the micrometers should either go over the slide or placed next to them. Figs. 5, 6 and 7 show the possibilities for accommodating the adjusting elements on the X-direction slide.

Die Abb.5 zeigt eine Anordnung mit der Versteilschraube oder dem Mikrometer in der Verlängerung des Schlittens.Fig.5 shows an arrangement with the adjusting screw or the micrometer in the extension of the slide.

Abb.6 zeigt eine Anordnung mit Verstellschraube oder Mikrometer über dem Schlitten.Figure 6 shows an arrangement with an adjusting screw or micrometer above the sled.

Abb.7 zeigt eine Anordnung der Verstellschraube oder des Mikrometers neben dem Schlitten.Fig.7 shows an arrangement of the adjusting screw or the Micrometers next to the slide.

Die Bedeutung der magnetisch-kinematischen Verstellungen ist besonders groß bei den vertikal ^. ι Präzisionsführungen. Bei den Präzisionsverstellungen bildet die vertikale Verstellung ein schwer zu lösendes Problem. Die SchwierigkeitThe importance of the magnetic-kinematic adjustments is particularly great for the vertical ^. ι precision guides. In the case of precision adjustments, vertical adjustment is a problem that is difficult to solve. The difficulty

I liegt in der Ausschaltung der Gewichte der zu verstellenden | Bestandteile. Das Prinzip der Erfindung schafft auch hier Hilfe, indem es die vollständige Ausschaltung der Wirkung des Gewichtes ermöglicht. Die elegante und vollständige technische Lösung der präzisen vertikalen Verstellung ■ zeigt die Abb.8. Die Vorrichtung steht auf einem optischen Reiter und auf einer geraden um 90° versetzten Doppelführung. Die vertikal zu führende Komponente, Linse oder Spiegel (0), hängt auf einer Säule (P1). Die Säule hat beiderseits gerade Führungsrillen. Diesen Führungen gegenüber stehen die geraden Führungsrillen des Linsen- oder Spiegelhalters (0), bzw. des Gegengewichtes (P3)· Spiegelhalter und Gegengewicht werden mit Magneten an der Säule gehalten. Spiegelhalter und Gegengewicht sind mit einem Metallband (M) ; , aufgehängt. Das Metallband ist mit Hilfe einer kugelgelagerten Rolle (K) geführt. Der Spiegelhalter kann sowohl um die Y- (horizontale) wie auch um die Z-Achae (vertikal) eingestellt werden, und zwar ermöglichen beide Einstellungen je eine 36O°-Umdrehung des Spiegels. Die Drehung um die Y-(horizontale) Achse erfolgt mit Hilfe einer magnetisch-kinemati90hen Drehvorrichtung. Der Übersichtlichkeit halber sind die Verstellschrauben bzw. Verstellmikrometer in die Abbildung nicht eingezeichnet. Besonders zu bemerken ist folgendes: Die vertikale Grobversteilung der optischen KomponentenI lies in the elimination of the weights of the | to be adjusted Components. The principle of the invention helps here too, in that it enables the effect of weight to be completely eliminated. The elegant and complete technical solution of the precise vertical adjustment ■ is shown in Fig.8. The device stands on an optical rider and on a straight double guide offset by 90 °. The component to be guided vertically, lens or mirror (0), hangs on a column (P1). The column has straight guide grooves on both sides. Opposite these guides are the straight guide grooves of the lens or mirror holder (0) or the counterweight (P3) · The mirror holder and counterweight are held on the column with magnets. The mirror holder and counterweight are secured with a metal band (M); , hung up. The metal band is guided with the help of a roller (K) on ball bearings. The mirror holder can be adjusted around the Y (horizontal) as well as the Z-Achae (vertical), and both settings allow a 360 ° rotation of the mirror. The rotation around the Y (horizontal) axis takes place with the help of a magnetic-kinematic rotating device. For the sake of clarity, the adjusting screws or adjusting micrometers are not shown in the figure. The following should be noted in particular: The coarse vertical distribution of the optical components

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Peingeschieht mit Hand, die vertikale Verseilung erfolgt mit Mikrometer oder Schraube. Aber weil diese in verschiedenen Höhen fixiert werden müssen, werden sie in verschiedenen Höhenlagen magnetisch befestigt.This is done by hand, the vertical stranding is done with Micrometer or screw. But because these need to be fixed at different heights, they will be at different Magnetically attached at high altitudes.

Wie elegant man eine piesoelektrische Verstellung magnetischkinematisch lösen kann, zeigt Abb.9· Es wird dafür wieder ein optisches Beispiel gegeben. Einleitend sollte erwähnt werden, daß alle heutigen horizontalen, piesoelektrischen optischen Verstellungen so ausgeführt sind, daß die piesoelektrische Säule auf einer Seite "eingefangen" ist, die andere trägt die optische Komponente. Dies bedeutet eine Belastung der piesoelektrischen ^äule. Die Säule wird auf Biegung beansprucht. Kompliziert wird eine solche Anordnung, wenn die Strahlung das System passieren muß. In diesem Falle ist die Säule aus piesoelektrischen Ringen mit großen Abmessungen aufgebaut.Figure 9 shows how elegantly a piesoelectric adjustment can be solved using magnetic kinematics given a visual example. At the outset it should be mentioned that all of today's horizontal, piesoelectric optical adjustments are carried out so that the piesoelectric column is "captured" on one side, the others carry the optical component. This means a load on the piesoelectric column. The pillar will open Bending stressed. Such an arrangement becomes complicated when the radiation has to pass through the system. In this case the column is made up of piesoelectric rings with large dimensions.

In Abb.9 ist wieder die lineare Verstellung (T1, T2, M) nach Abb.1 dargestellt. Das eine Ende der piesoelektrischen Säule (P) ist auf dem feststehenden Teil (T1) der Verstellvorrichtung fixiert. Der obere Schlitten (T2) trägt eine Stütze (Z), an welcher die Schiebekraft der piesoelektrischen Säule angreift. Das gegen die Stütze wirkende Ende der piesoelektrischen Säule ist mit einem Haftmagneten versehen, welcher eine Spielfreiheit garantiert. Aus Abb.9 ist ersichtlich, daß die piesoelektrische Säule nur auf Druck und Zug beansprucht wird und daß die Dimensionen dieser Säule völlig unabhängig von denThe linear adjustment (T1, T2, M) is shown again in Fig.9 Fig.1 shown. One end of the piesoelectric column (P) is on the fixed part (T1) of the adjustment device fixed. The upper slide (T2) carries a support (Z) on which the pushing force of the piesoelectric column acts. The end of the piesoelectric column acting against the support is provided with a holding magnet, which is a Guaranteed freedom of play. From Fig. 9 it can be seen that the piesoelectric column is only subjected to compression and tension and that the dimensions of this column are completely independent of the

optischen Komponenten sind, x-y sind die Spannungsanschluß purikte der ^iesoelektrischen Säule.are optical components, x-y are the voltage connection pure of the same-electric column.

Es versteh'.. .· ich von. selbst, daß diese Konzeption auch für Rotationsverstellungen angewendet werden kann.I understand ... · I from. even that this conception is also for Rotational adjustments can be applied.

Claims

Dr Arpad? - -J5cζ

Magnetic-kinematic precision adjustments

Expectations

. linear and circular adjustment device characterized in that the cohesion, the side by side on rollers "moving components through magnets is effected.

2) Linear adjustment device according to claim point 1) characterized in that it is arranged vertically in order to eliminate the weight with a counterweight is provided.

3) adjusting device according to claim point 1) thereby characterized in that it is provided as a fine adjustment with a piezoelectric adjustment.

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