Направляющие для измерительных устройств

 

Изобретение относится к приборостроению , а именно к направляющим устройствам , используемым в измерительных устройствах там, где необходимы малые силы трения, высокая точность и стабильность перемещения подвижной части направляющего устройства, например в электрических микроскопах, сканирующих устройствах. Сущность: направляющие содержат подвижную 1 и неподвижную 2 части, размещенные соосно, вибраторы 3, формирователи 4 напряжения питания, генератор 5 несущей частоты , емкостные датчики 6 положения, формирователи 7 сигнала, вычитатели 8, инверторы 9, модуляторы 10. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 G 05 0 3/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4641275/24 (22) 19.01,89 (46) 07.01.93. Бюл. М 1 (71) Каунасский политехнический институт им,А. Снечкуса (72) В,А.Ненорта, К.М,Рагульскис, P.Ï,Ëåáåäèñ, П.А, Варанаускас и Л.П.Бастите (56) Анурьев В.И. Справочник конструкторамашиностроителя,— М.: Машиностроение, 1974, с.416.

Авторское свидетельство СССР

N 509386, кл. В 23 Q 1/02, 1976, (54) НАПРАВЛЯЮЩИЕ ДЛЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

„„Я „„1786470 А1 (57) Изобретение относится к приборостроению, а именно к направляющим устройствам, используемым в измерительных устройствах там, где необходимы малые силы трения, высокая точность и стабильность перемещения подвижной части направляющего устройства, например в электрических микроскопах, сканирующих устройствах.

Сущность: направляющие содержат подвижную 1 и неподвижную 2 части, размещенные соосно, вибраторы 3, формирователи 4 напряжения питания, генератор 5 несущей частоты, емкостные датчики 6 положения, формирователи 7 сигнала, вычитатели 8, инверторы 9, модуляторы 10. 2 ил.

1786470

Изобретение относится к приборостроению, а именно к направляющим устройствам, используемым в измерительных устройствах там, где необходимы малые силы трения, высокая точность и стабильность перемещения передвижной части направляющего устройства, например в электрических микроскопах, сканирующих устройствах.

Известны направляющие для станков, содержащие охватываемую и охваченную части разной конструкции, тип применения которых обуславливается характером действующих на направляющие сил.

Недостаток известных устройств заключается в том, что в них большая сила трения между охватываемым и охватывающим элементами, При перемещении подвижной части направляющих существуют колебания (неравномерность) скорости перемещения за счет непостоянства силы трения, Неточность изготовления направляющих поверхностей вызывает поперечные и крутильные колебания подвижной части направляющих, Наиболее близким к изобретению являются направляющие для металлорежущих станков, содержащие подвижную и неподвижную части, к одной из которых прикреплены пластины.

Недостаток прототипа заключается в том, что при передвижении подвижной части направляющих, даже при наличии зазора между ней и неподвижной частью направляющих, существуют ее вибрации, источником которых является изменение величины зазора между упомянутыми элементами, наличие посторонних возмущающих сил, действующих на подвижную часть направляющих, и т.д.

Цель изобретения — снижение колебательности при перемещении и подьеме на вибронесущей подушке подвижной части направляющих.

Для достижения цели направляющие для измерительных устройств, содержащие подвижную и неподвижную части направляющих, размещенные соосно, причем одна из них охватывает другую, размещенные на одной из них вибраторы, подключенные к выходам соответствующих формирователей напряжения питания, генератор несущей частоты, дополнительно содержит емкостные датчики положения и формирователи сигнала по числу вибраторов, вычитатели, инверторы и модуляторы, причем вибрационные плоскости вибратором выполнены параллельными направляющим плоскостям подвижной и неподвижной частей направляющих, электроды емкостных датчиков по5

55 ложения размещены параллельно вибра ионным плоскостям вибраторов и через фбрмирователи сигнала попарно подключенф к входам соответствующих вычитателей, выход каждого из которых подключен к информационному входу соответствующего модулятора непосредственно или через инвертор, тактирующие входы модуляторов связаны с выходом генератора несущей частоты, а выходы — с входами формирователей напряжения питания соответствующих вибраторов.

Достигается цель тем, что при работе вибраторов между их рабочей поверхностью и, например, подвижной частью направляющих образуются демпфирующие свойства, имеющие вибронесущую подушку, позволяющую вследствие конструкции направляющих и определенного расположения вибраторов подвижной части направляющихх перемещаться свободно толькб в направлении координатного перемещения.

Дополнительно ее колебания компенсируются с помощью введенных в устройство емкостных датчиков, вычитателей, инвер оров, формирователей напряжения питания, позволяющих управлять вибронесущей подушкой.

Ха фиг, 1 изображен вид сверху направляющих для измерительных устройства; на фиг. 2 — структурная схема устройства, совмещенная со схемой поперечного сечения механической части направляющих.

Направляющие для измерительных устройств содержат подвижную 1 и неподвижную 2 части направляющих, размещенные соосно, причем одна из них охватывает другую, размещенные на одной из них вибраторы 3, подключенные к выходам соответствующих формирователей 4 напряжения питания, генератор 5 несущей частоты, Новизна усматривается в том, что устройство дополнительно содержит емкостные датчики 6 положения и формирователи 7 сигнала по числу вибраторов, вычитатели 8, инвертОры 9 и мсдулятсры 10, ПричЕм вибрациОнные плоскости вибраторов 3 выполнеНы параллельными направляющим плоскостям подвижной 1 и неподвижной 2 частей направляющих, электроды емкостных датчиков 6 положения размещены параллельно вибрационным плоскостям вибраторов 3 и через формирователи 7 сигнала попарно подключены к входам соответствующих вычитателей 8, выход каждого из которых подключен к информационному входу соответствующего модулятора 10 непосредственно или через инвертор 9. Тактируюшие входы модуляторов 10 связаны с выходом генератора 5 несущей частоты, а выходы - с

1786470 входами формирователей 4 напряжения питания соответствующих вибраторов 3.

Работает устройство следующим образом.

При подаче от генератора 5 несущей частоты через модуляторы 10 и формирователи 4 напряжения питания сигнала вибраторы 4 начинают колебаться. Вследствие эффекта сдавливания между вибрационными плоскостями вибраторов 3 и находящейся поблизости поверхностью создается зона повышенного давления, способствующая образованию зазора между упомянутыми элементами. Так как конструкция устройства такова, что подвижная и неподвижная части направляющих размещены соосно и одна из них охватывает другую, причем вибрационные плоскости вибраторов выполнены параллельными направляющим плоскостям подвижной и неподвижной частей направляющих, подвижная часть направляющих со всех сторон, за исключением одной (направления координатного перемещения), сжата вибронесущими подушками. Какое-либо перемещение подвижной части направляющих по отношению к направляющим поверхностям неподвижной части 2 (за исключением координатного перемещения по направлению передвижения подвижной части направляющих) влечет за собой изменение зазоров в зоне образования вибронесущих подушек.

Указанные смещения регистрируются емкостными датчиками 6, установленными в местах расположения вибраторов 3, которые через формирователи 7 сигнала попарно подключены к входам соответствующих вычитателей 8. В вычитателе 8 оценивается разница поступающих двух сигналов. Она характеризует смещение подвижной части нап равля ющих в оп редел ен ной зоне. В ыход вычитателя 8 подключен к информационному входу соответствующего модулятора 10 непосредственно или через инвертор 9. С другой стороны тактирующие входы модуляторов 10 связаны с выходом генератора 5 несущей частоты, а выходы — с входами формирователей 4 напряжения питания соответствующих вибраторов. Это дает возможность по сигналу, поступающему с вычитателя 8, управлять выходом формирователя 4 напряжения питания. Инвертор 9, установленный в определенной цепи, способствует формированию в этой цепи противоположного по знаку сигнала управления. Такая схема позволяет на выходах в паре работающих формирователей 4 напряжения питания получить сигналы, противоположные по знаку и равные по величине, в зависимости от сигналов, поступа5

55 ющих с попарно работающих соответствующих емкостных датчиков. Например, при перемещении подвижной части направляющих вверх расстояние между ней и емкостным датчиком, .расположенным в верхней части, уменьшается, в нижней увеличивается. При этом напряжения, поступающие с формирователей на вычитатель 8, соответственно с одного формирователя 7 увеличиваются, с другого уменьшаются. Напряжения, поступающие на соответствующие вибраторы, также соответственно для одного из них (верхнего) увеличиваются, а другого (нижнего) уменьшаются, При нахождении подвижной части направляющих в нейтральном положении выходной сигнал с вычитателя 8 отсутствует. При этом вибраторы 3 работают на заданной (номинальной) амплитуде колебаний. При перемещении подвижной части направляющих вниз происходит обратной регулирование.

При использовании данного устройства удалось уменьшить колебания подвижной части направляющих до 0,015 мкм, что позволило применять указанные направляющие для прецизионного перемещения объектов. Оптимальный зазор, поддерживаемый в направляющих между подвижной частью направляющих и вибраторами, составляет 5 мкм. Масса подвижной части направляющих составляла 250 г, На нее устанавливался груз до 100 г.

Формула изобретения

Направляющие для измерительных устройств, содержащие подвижную и неподвижную части направляющих, размещенные соосно, причем одна из них охватывает другую, размещенные на одной из них вибраторы, подключенные к выходам соответствующих формирователей напряжения питания, генератор несущей частоты, о т л и ч а ю щ и е с я тем, что, с целью снижения колебательности при перемещении и подъеме на вибронесущей подушке подвижной части направляющих, устройство содержит емкостные датчики положения и формирователи сигнала по числу вибраторов, вычитатели, инверторы и модуляторы, причем вибрационные плоскости вибраторов выполнены параллельными направляющим плоскостям подвижной и неподвижной частей направляющих, электроды емкост- ных датчиков положения размещены параллельно вибрационным плоскостям вибраторов и через формирователи сигнала попарно подключены к входам соответствующих вычитателей, выход каждого из которых подключен к информационному входу соответствующего модулятора непосредственно или через инвертор, тактирующие

1786470 входы модуляторов связаны с выходом гене- дами формирователей напряжения питания ратора несущей частоты, а выходы — с вхо- соответствующих вибраторов, 25

35

45

Редактор

Заказ 247 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Составитель В, Ненорта

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Т. Вашкович