RU80665U1 - OBJECT MOVEMENT DEVICE - Google Patents
OBJECT MOVEMENT DEVICE Download PDFInfo
- Publication number
- RU80665U1 RU80665U1 RU2008141725/22U RU2008141725U RU80665U1 RU 80665 U1 RU80665 U1 RU 80665U1 RU 2008141725/22 U RU2008141725/22 U RU 2008141725/22U RU 2008141725 U RU2008141725 U RU 2008141725U RU 80665 U1 RU80665 U1 RU 80665U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- elements
- axis
- movement
- guides
- carriage
- Prior art date
Links
Landscapes
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
Предлагаемая полезная модель позволяет позиционировать объект с нанометрической точностью, т.е обеспечивать шаг (дискретность) позиционирования перемещаемого объекта на заданное расстояние в нанометровом диапазоне, а также иметь высокую жесткость привода в направление отрабатываемой координаты. Технический результат в предлагаемой полезной модели достигают созданием устройства перемещения объекта, в которой, согласно полезной модели, обе направляющие выполнены аэростатическими, а первый и второй элементы размещены на каретках, которые имеют возможность перемещения по соответствующим направляющим, при этом элементы установлены каждый на своей каретке с возможностью поворота относительно оси перемещения каретки на один и тот же угол, причем элементы разделены между собой зазорами, форма сечения, которых плоскостью перпендикулярной оси перемещения постоянная, и предназначенными для формирования аэростатического зазора, элементы снабжены дросселями, и устройство снабжено внешним источником сжатой текучей среды, который сообщен с дросселями элементов и направляющих.The proposed utility model allows you to position an object with nanometric accuracy, i.e., to provide a step (discreteness) of positioning a moving object at a given distance in the nanometer range, as well as to have a high drive stiffness in the direction of the worked out coordinate. The technical result in the proposed utility model is achieved by creating a device for moving an object in which, according to the utility model, both guides are aerostatic and the first and second elements are placed on carriages that can be moved along the respective guides, with the elements mounted each on its own carriage with the possibility of rotation relative to the axis of movement of the carriage at the same angle, and the elements are separated by gaps, the shape of the cross section, which are perpendicular lar constant displacement axis and intended for forming an aerostatic gap elements are provided with throttles, and the device is provided with an external source of pressurized fluid which is communicated with the guide elements and throttles.
Description
Предлагаемая полезная модель относится к области машиностроения, а именно к прецизионным позиционирующим средствам, и может быть широко использована, например, в прецизионных станках, высокоточных копирующих устройствах, и иных областях техники, преимущественно, для обеспечения дискретности (шага) позиционирования объекта в нанометровом диапазонеThe proposed utility model relates to the field of engineering, namely to precision positioning means, and can be widely used, for example, in precision machines, high-precision copying devices, and other fields of technology, mainly to ensure discreteness (step) of positioning an object in the nanometer range
В настоящее время существуют различного рода микропозиционирующие устройства, в основном, основанные на использовании прецизионных линейных двигателей (разработки фирм ASM Lithography, Canon, Nikon, Планар) или пьезокерамических актюаторов (разработки фирм Burleigh, Toshiba, Physik Instrumente).Currently, there are various kinds of micro-positioning devices, mainly based on the use of precision linear motors (developed by ASM Lithography, Canon, Nikon, Planar) or piezoceramic actuators (developed by Burleigh, Toshiba, Physik Instrumente).
Микропозиционеры первой группы позволяют достигнуть контролируемой точности позиционирования 35 нм, а микропозиционеры второй группы - 10 нм.The micropositioners of the first group make it possible to achieve a controlled positioning accuracy of 35 nm, and the micropositioners of the second group - 10 nm.
Недостатками обеих групп устройств являются:The disadvantages of both groups of devices are:
- достигнута предельная точность позиционирования,- extreme positioning accuracy has been achieved,
- повышение точности пьезокерамических позиционеров требует радикального улучшения уровня стабилизации используемого высокого напряжения питания и устранения микродефектов в пьезокерамике, получаемой спеканием.- improving the accuracy of piezoceramic positioners requires a radical improvement in the level of stabilization of the high voltage used and the elimination of microdefects in piezoceramics obtained by sintering.
- невысокий диапазон перемещения и развиваемых при перемещении усилий.- low range of movement and the forces developed during the movement.
Известно нанометрическое позиционирующее устройство, включающее неподвижный базовый элемент, на котором установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно базового элемента и одна относительно другой ступени грубого и точного позиционирования объекта, при этом ступень грубого позиционирования кинематически связана с базовым элементом и ступенью точного позиционирования с A nanometric positioning device is known, including a fixed base element, on which are mounted with the possibility of reciprocating movement relative to the base element and one relative to the other stage of coarse and precise positioning of the object, while the stage of coarse positioning is kinematically connected with the base element and the stage of precise positioning with
возможностью обеспечения синхронного перемещения обеих ступеней относительно базового элемента в процессе грубого позиционирования объекта, а кинематическая связь упомянутых ступеней между собой осуществлена с возможностью автономного перемещения подвижного элемента ступени точного позиционирования относительно ступени грубого позиционирования и соответственно базового элемента в процессе точного позиционирования объекта (RU 20163 по кл G01B 3/18 2001 г.).the possibility of providing synchronous movement of both steps relative to the base element in the process of rough positioning of the object, and the kinematic connection of the mentioned steps with each other is made with the possibility of autonomous movement of the movable element of the exact positioning stage relative to the stage of rough positioning and, accordingly, the base element in the process of precise positioning of the object (RU 20163 cl G01B 3/18 2001).
Известное устройство обладает ограниченными эксплуатационными возможностями ввиду того, имеет ограниченный диапазон перемещения объекта при заданной точности перемещения (дискретностью шага перемещения) невысокую практическую точность в виду низкой механической жесткости первой ступени.The known device has limited operational capabilities due to the fact that it has a limited range of movement of the object at a given accuracy of movement (discreteness of the step of movement) low practical accuracy due to the low mechanical rigidity of the first stage.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является устройство перемещения объекта рейсмусового станка, включающее направляющую, установленный на ней первый элемент с приводом его линейного перемещения, второй элемент, установленный на второй направляющей ортогональной первой, причем элементы имеют возможность взаимного перемещения вдоль оси, расположенной под острым углом к оси одной из направляющих и лежащей в плоскости ортоганальной оси второй направляющей, (патент RU 2201335 по кл. В27С 1/04, 2001)The closest in technical essence to the proposed solution is a device for moving an object of the thicknessing machine, including a guide, a first element mounted on it with a drive of its linear movement, a second element mounted on a second guide orthogonal to the first, and the elements have the possibility of mutual movement along an axis located under an acute angle to the axis of one of the guides and the second guide lying in the plane of the orthogonal axis, (patent RU 2201335 according to class B27C 1/04, 2001)
Недостатками известной конструкции являются:The disadvantages of the known design are:
- невысокая точность позиционирования, обусловленная механическим контактом в скользящих поверхностях клиньев и микроскачками, вызванных эффектами трения твердых поверхностей.- low positioning accuracy due to mechanical contact in the sliding surfaces of the wedges and micro-jumps caused by the effects of friction of hard surfaces.
- наличие механического гистерезиса, который приводит к реверсу (потеря координат при реверсе.)- the presence of mechanical hysteresis, which leads to reverse (loss of coordinates during reverse.)
Задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является создания устройства перемещения объекта, позволяющее позиционировать объект с нанометрической точностью, т.е обеспечивать шаг (дискретность) позиционирования перемещаемого объекта на заданное расстояние в The problem solved by the proposed utility model is to create an object moving device that allows you to position an object with nanometric accuracy, i.e., to provide a step (discreteness) of positioning a moving object at a given distance in
нанометровом диапазоне, а также иметь высокую жесткость привода в направление отрабатываемой координаты.nanometer range, and also have high rigidity of the drive in the direction of the worked out coordinate.
Технический результат в предлагаемой полезной модели достигают созданием устройства перемещения объекта, включающего направляющую, установленный на ней первый элемент с приводом его линейного перемещения, второй элемент, установленный на второй направляющей ортогональной первой, причем элементы имеют возможность взаимного перемещения вдоль оси, расположенной под острым углом к оси одной из направляющих и лежащей в плоскости ортогональной оси второй направляющей, в которой, согласно полезной модели, обе направляющие выполнены аэростатическими, а первый и второй элементы размещены на каретках, которые имеют возможность перемещения по соответствующим направляющим, при этом элементы установлены каждый на своей каретке с возможностью поворота относительно оси перемещения каретки на один и тот же угол, причем элементы разделены между собой зазорами, форма сечения, которых плоскостью перпендикулярной оси перемещения постоянная, и предназначенными для формирования аэростатического зазора, элементы снабжены дросселями, и устройство снабжено внешним источником сжатой текучей среды, который сообщен с дросселями элементов и направляющих.The technical result in the proposed utility model is achieved by creating a device for moving an object, including a guide, a first element mounted on it with a drive of its linear movement, a second element mounted on a second guide orthogonal to the first, and the elements have the possibility of mutual movement along an axis located at an acute angle to the axis of one of the guides and the second guide lying on the plane orthogonal to the axis, in which, according to a utility model, both guides are made of aeros Atomic, and the first and second elements are placed on carriages that have the ability to move along the respective guides, while the elements are each mounted on their carriage with the possibility of rotation relative to the axis of movement of the carriage at the same angle, and the elements are separated by gaps, sectional shape , of which the plane of the perpendicular axis of movement is constant, and designed to form an aerostatic gap, the elements are equipped with chokes, and the device is equipped with an external source of compressed fluid, which is in communication with the chokes of the elements and guides.
В зависимость от уровня требуемого разрешения привод линейного перемещения выполнен в виде или бесконтактной магнитной передачи, или механической передачи или линейного двигателя.Depending on the level of the required resolution, the linear displacement drive is made in the form of either a non-contact magnetic transmission, or a mechanical transmission or a linear motor.
Использование:Using:
- бесконтактной магнитной передачи позволяет создавать исключительно высокое разрешение при умеренной скорости перемещения;- contactless magnetic transmission allows you to create exceptionally high resolution at a moderate speed;
- механической передачи позволяет создавать умеренное разрешение при средней скорости перемещения, иметь малую зависимость от реверса простота конструкции - mechanical transmission allows you to create moderate resolution at an average speed of movement, to have a small dependence on the reverse simplicity of design
линейного двигателя - наивысшая скорость перемещения, высокое разрешениеlinear motor - highest speed, high resolution
Предлагаемое устройство занимает техническую нишу силовых приводов с относительно небольшими ходами, которая занята пъезо- и магнитострикционными приводами.. При сравнимых габаритах он имеет жесткость вдоль продольной направляющей соизмеримую с жесткостью пъезо- или магнитострикционного приводов, причем типичная величина хода предлагаемого привода примерно в 10-20 раз больше.The proposed device occupies the technical niche of power drives with relatively small strokes, which are occupied by piezo and magnetostrictive drives .. With comparable dimensions, it has stiffness along the longitudinal guide commensurate with the stiffness of piezo or magnetostrictive drives, with a typical stroke of the proposed drive of about 10-20 times more.
Кроме того, предлагаемое устройство свободно от основного недостатка пъезо- и магнитострикционных приводов, состоящего в том, что они теряют номинальную координату при перемене направления движения (реверсе).In addition, the proposed device is free from the main disadvantage of piezo- and magnetostrictive drives, consisting in the fact that they lose their nominal coordinate when changing the direction of movement (reverse).
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется нижеследующим описанием конструкции устройства перемещения объекта и чертежом, где показана схема предлагаемого устройства перемещения объектаThe essence of the proposed utility model is illustrated by the following description of the design of the device for moving the object and the drawing, which shows a diagram of the proposed device for moving the object
Устройство перемещения объекта включает направляющую 1, установленный на ней первый элемент 2 с приводом его линейного перемещения 3, второй элемент 4, установленный на второй направляющей 5 ортогональной первой и внешний источник сжатой текучей среды 12The object moving device includes a guide 1, a first element 2 mounted on it with a linear displacement drive 3 thereof, a second element 4 mounted on a second guide 5 orthogonal to the first and an external source of compressed fluid 12
Первый 2 и второй 4 элементы размещены на каретках 6 и 7, которые имеют возможность перемещения по соответствующим направляющим 1 и 5. и имеют возможность взаимного перемещения вдоль оси, расположенной под острым углом к оси одной из направляющих и лежащей в плоскости ортоганальной оси второй направляющей.The first 2 and second 4 elements are placed on the carriages 6 and 7, which have the ability to move along the respective guides 1 and 5. and have the ability to move along the axis located at an acute angle to the axis of one of the guides and lying in the plane orthogonal to the axis of the second guide.
Направляющие 1 и 5 выполнены аэростатическими.Guides 1 and 5 are made aerostatic.
Элементы 2 и 4 установлены каждый на своей каретке 6 и 7 с возможностью поворота относительно оси перемещения каретки на один и тот же угол, причем элементы разделены между собой зазорами 8 (на черт. не показ), форма сечения, которых в плоскости перпендикулярной оси перемещения постоянная, и предназначенными для формирования аэростатического зазора, Elements 2 and 4 are each mounted on their carriage 6 and 7 with the possibility of rotation relative to the axis of movement of the carriage at the same angle, and the elements are separated by gaps 8 (to the devil. Not showing), the shape of the section, which are in the plane perpendicular to the axis of movement constant, and designed to form an aerostatic gap,
Аэростатический зазор позволяет создать режим бесконтактного перемещения всех подвижных элементов, что полностью ликвидирует механический гистерезис и как следствие полностью исключено влияние реверса на точность отработки координатыThe aerostatic gap allows you to create a non-contact movement of all moving elements, which completely eliminates mechanical hysteresis and, as a result, the influence of reverse on the accuracy of working out the coordinates is completely eliminated
Элементы 2 и 4 и направляющие 1 и 5 снабжены дросселями 9, 10 и 11Elements 2 and 4 and guides 1 and 5 are equipped with chokes 9, 10 and 11
Внешний источник сжатой текучей среды 12 при помощи трубопровода 13 сообщается с дросселями 9, 10 и 11 элементов и направляющих.An external source of compressed fluid 12 through a pipe 13 communicates with the chokes 9, 10 and 11 of the elements and guides.
Привод линейного перемещения 3 может быть выполнен в виде или бесконтактной магнитной передачи, или механической передачи или линейного двигателя. Тип привода выбирают в зависимости от технических требований предъявляемых к предлагаемому устройству.The linear drive 3 can be made in the form of either a non-contact magnetic transmission, or a mechanical transmission or a linear motor. The type of drive is selected depending on the technical requirements for the proposed device.
Предлагаемое устройство перемещения объекта работает следующим образом.The proposed device moving the object operates as follows.
Линейный координатный привод 3 перемещает продольную каретку 6 по направляющей 1, причем вместе с кареткой 6 перемещается закрепленный на ней элемент 2, ось которого развернута относительно оси направляющей 1 под некоторым небольшим углом α.The linear coordinate drive 3 moves the longitudinal carriage 6 along the guide 1, and together with the carriage 6, an element 2 fixed on it moves, the axis of which is rotated relative to the axis of the guide 1 at a slight angle α.
В зазоры между продольной кареткой 6 и продольной направляющей 1, между поперечной кареткой 7 и поперечной направляющей 2, от внешнего источника сжатой текучей среды 12 например, компрессора, подают по зазорам сжатый газIn the gaps between the longitudinal carriage 6 and the longitudinal guide 1, between the transverse carriage 7 and the transverse guide 2, from the external source of compressed fluid 12, for example, a compressor, compressed gas is fed through the gaps
Таким образом, все подвижные элементы устройства перемещаются на слое бесконтактной газовой смазки.Thus, all the movable elements of the device are moved on a layer of non-contact gas lubricant.
Разворот элемента 2 относительно оси перемещения продольной каретки 6 и разворот на тот же угол элемента 4 относительно оси поперечной каретки 7 можно контролировать угломерным устройством 13, в качестве которого может быть использован либо нониусный лимб, либо датчик угла, причем угловое положение элементов 2 и 4 фиксируют зажимами 14 и 15 соответственно.The rotation of the element 2 relative to the axis of movement of the longitudinal carriage 6 and the rotation by the same angle of the element 4 relative to the axis of the transverse carriage 7 can be controlled by the goniometer 13, which can be used either a vernier limb or an angle sensor, and the angular position of the elements 2 and 4 is fixed clamps 14 and 15, respectively.
При перемещении продольной каретки 6 на некоторое расстояние X, поперечная каретка 7 передвинется на расстояние У=Х×tg(α), где α - угол разворота оси элемента 2 относительно оси перемещения продольной каретки 6. Безразмерная величина k, равная ctg(α) является коэффициентом демультипликации.When moving the longitudinal carriage 6 a certain distance X, the transverse carriage 7 will move a distance Y = X × tg (α), where α is the angle of rotation of the axis of the element 2 relative to the axis of movement of the longitudinal carriage 6. The dimensionless quantity k equal to ctg (α) is demultiplication factor.
Типичные величины этого коэффициента колеблются примерно от 20 до 100.Typical values for this coefficient range from about 20 to 100.
Опытный образец предлагаемого устройства перемещения объекта был опробован на асферическом токарном станке.A prototype of the proposed device moving the object was tested on an aspherical lathe.
На поперечную каретку 7 был закреплен элемент 4, в качестве которого был использован исполнительный орган привода, например резцедержатель с резцом.An element 4 was fixed to the transverse carriage 7, for which an actuator was used, for example a tool holder with a cutter.
Высокий коэффициент демультипликации позволяет получать высокое разрешение поперечного движения при достаточно грубом разрешении линейного привода 3.A high coefficient of demultiplication allows you to get a high resolution of lateral movement with a fairly rough resolution of the linear actuator 3.
Так, например, привод асферизатора токарного станка для изготовления асферической оптики имеет коэффициент демультипликации равный 50, что обеспечивает поперечной каретке 7 разрешение в 1 нм, при разрешении линейного привода в 50 нм.So, for example, the drive of the aspherizer of a lathe for the manufacture of aspherical optics has a demultiplication coefficient of 50, which provides the transverse carriage 7 resolution of 1 nm, with a resolution of the linear drive of 50 nm.
Жесткость, с которой поддерживается номинальная координата У, значительно превосходит жесткость привода по координате Х и лимитируется жесткостью слоя аэростатической смазки между элементами 2 и 4.The stiffness with which the nominal coordinate Y is maintained significantly exceeds the stiffness of the drive in the X coordinate and is limited by the stiffness of the aerostatic lubricant layer between elements 2 and 4.
Люфт связи между элементами 2 и 4 при реверсе направления движения при безлюфтовом приводе 3 строго равен нулю.The backlash of the connection between elements 2 and 4 when reversing the direction of movement with a backlash-free drive 3 is strictly equal to zero.
При коэффициентах демультипликации порядка 100, силовые параметры демультипликатора на поперечной координате У, сравнимы с таковыми физических приводов пъезо и магнитострикционных, однако максимальное перемещение в 10-20 раз больше, а полное отсутствие потери координаты With demultiplication coefficients of the order of 100, the force parameters of the demultiplier on the transverse coordinate Y are comparable to those of the physical piezo and magnetostrictive drives, however, the maximum displacement is 10-20 times greater, and the complete absence of loss of coordinate
при реверсе позволяет обеспечить строго детериминированный характер перемещения исполнительного органа по оси У.with reverse, it is possible to ensure a strictly deterministic character of movement of the executive body along the Y axis.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008141725/22U RU80665U1 (en) | 2008-10-23 | 2008-10-23 | OBJECT MOVEMENT DEVICE |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008141725/22U RU80665U1 (en) | 2008-10-23 | 2008-10-23 | OBJECT MOVEMENT DEVICE |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU80665U1 true RU80665U1 (en) | 2009-02-20 |
Family
ID=40531997
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008141725/22U RU80665U1 (en) | 2008-10-23 | 2008-10-23 | OBJECT MOVEMENT DEVICE |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU80665U1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2451590C2 (en) * | 2009-11-17 | 2012-05-27 | Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации | Contactless aero-magnetic linear guide device (versions) |
| RU2494850C1 (en) * | 2012-01-30 | 2013-10-10 | Фан Сагирович Сабиров | Circular aerostatic metal cutter slideway |
-
2008
- 2008-10-23 RU RU2008141725/22U patent/RU80665U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2451590C2 (en) * | 2009-11-17 | 2012-05-27 | Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации | Contactless aero-magnetic linear guide device (versions) |
| RU2494850C1 (en) * | 2012-01-30 | 2013-10-10 | Фан Сагирович Сабиров | Circular aerostatic metal cutter slideway |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | Developing a linear piezomotor with nanometer resolution and high stiffness | |
| CN104440343B (en) | Co-stator double-drive macro and micro integration high-speed precision movement one-dimensional platform for linear motor | |
| US6193199B1 (en) | Sample stage including a slider assembly | |
| TWI395633B (en) | Toggle joint positioning platform | |
| US8097989B2 (en) | Reciprocating linear actuator | |
| CN104440344A (en) | Co-stator multi-drive macro and micro integration high-speed precision movement two-dimensional platform for linear motor | |
| Shinno et al. | XY-θ nano-positioning table system for a mother machine | |
| JP2000079527A (en) | Driving device for moving platform in single plane | |
| CN101176923B (en) | Processing device of Fresnel structure micro-optical element | |
| CN102794664B (en) | Bridge-type flexible hinge based high-frequency ultra-precision machining lathe saddle driving platform | |
| Liu | Recent development of piezoelectric fast tool servo (FTS) for precision machining | |
| CN105880827A (en) | Micron-sized ultraviolet laser micro processing platform | |
| RU80665U1 (en) | OBJECT MOVEMENT DEVICE | |
| TWI472397B (en) | Two - legged mobile platform structure | |
| CN103273328B (en) | Large-stroke micro-drive precise two-dimensional worktable | |
| Wang et al. | Design and analysis of a novel XY micro-positioning stage used corrugated flexure beams | |
| RU2385220C1 (en) | Positioner | |
| JP2007130712A (en) | Processing equipment | |
| CN202639966U (en) | High-frequency ultraprecise processing lathe tool rest driving platform based on bridge-type flexible hinge | |
| Kurisaki et al. | A newly developed XY planar nano-motion table system with large travel ranges | |
| CN104400374B (en) | Two frames coplanar guide type aligning method and apparatus of stator alignment measurement is turned for aero-engine | |
| CN102091962B (en) | Micro feed mechanism for varying ellipse piston | |
| Herrera-Granados et al. | Micro-groove cutting for different materials using an elastic leaf spring type tool holder | |
| Yoshioka et al. | Structural design of a newly developed ultraprecision machine tool “ANGEL” | |
| Syahputra et al. | Dual-stage feed drive for precision positioning on milling machine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20111024 |