Изобретение относится к технике прецизионного позиционирования с использованием пьезоэлектрических преобразователей и может найти применение в микроманипуляторах, микроскопах, технологическом оборудовании микроэлектроники, оптике и т. п.
Известно пьезоэлектрическое устройство линейных перемещений [1] содержащее корпус-направляющую и установленный в нем движитель, выполненный в виде центрального пьезопреобразователя продольных деформаций и фиксаторов, соединенных с торцами центрального пьезопреобразователя, каждый из которых содержит электрострикционный диск, расположенный внутри уплотнительного кольца, к одному из фиксаторов прикреплен выходной вал.
Недостатками этого устройства являются сложность изготовления, необходимость прецизионного выполнения внутренней поверхности корпуса-направляющей и элементов фиксатора для обеспечения надежного сцепления фиксаторов с корпусом-направляющей, а также сложность сборки и подвода питающего напряжения. Все это обусловливает недостаточную надежность устройства и точность перемещения.
Способ перемещения посредством известного устройства [1] осуществляется при циклической подаче электрического напряжения на фиксаторы и центральный пьезопреобразователь в следующем порядке: сначала напряжение подают на один из фиксаторов, в результате чего ослабляется сила его сцепления со стенками корпуса-направляющей, затем на центральный пьезопреобразователь, который, деформируясь в продольном направлении, перемещает первый фиксатор после этого снимают напряжение с первого фиксатора и подают напряжение на второй фиксатор, что приводит к закреплению в корпусе первого фиксатора и освобождению второго фиксатора. Далее снимают напряжение с центрального пьезопреобразователя и после возврата его в недеформируемое состояние снимают напряжение со второго фиксатора. В результате выходной вал оказывается перемещенным на один шаг. Повторение цикла подачи напряжения на элементы устройства приводит к перемещению выходного вала на требуемое расстояние.
Недостатком этого способа является относительная сложность алгоритма управления.
Наиболее близким к изобретению является пьезоэлектрическое устройство линейных перемещений [2] содержащее корпус и расположенные в нем цилиндрический выходной вал и охватывающий его пьезоэлектрический движитель, состоящий из центрального пьезопреобразователя в виде полого цилиндра, посередине закрепленного в корпусе, и двух фиксаторов в виде полых цилиндрических пьезопреобразователей, прикрепленных к торцам центрального пьезопреобразователя.
Недостатком такого устройства является сложность изготовления, обусловленная необходимость соблюдения размеров элементов устройства с высокой точностью, тщательностью обработки сопрягаемых поверхностей фиксаторов и выходного вала, а также высокой точностью сборки. Высокие требования к точности изготовления и сборки приводят к тому, что реальные устройства обладают недостаточной надежностью и точностью перемещения.
Способ перемещения посредством пьезоэлектрического устройства [2] осуществляется при циклической подаче электрического напряжения на фиксаторы и центральный пьезопреобразователь в следующем порядке: сначала подают напряжение на первый фиксатор, который фиксирует выходной вал, затем на центральный пьезопреобразователь, который, удлиняясь, перемещает выходной вал, снимают напряжение с первого фиксатора и одновременно подают напряжение на второй фиксатор, после чего снимают напряжение с центрального пьезопреобразователя, перемещая выходной вал еще на один шаг, а затем со второго фиксатора. Повторяя описанный цикл, перемещают вал на требуемое расстояние.
Недостатком данного способа является относительная сложность алгоритма управления.
Задачей изобретения является создание простого, технологичного и надежного устройства, позволяющего осуществлять перемещение с высокой точностью.
Для этого в пьезоэлектрическом устройстве линейных перемещений, содержащем корпус и расположенные в нем цилиндрический выходной вал и охватывающий его пьезоэлектрический движитель, последний выполнен в виде двух групп пьезопреобразователей, каждая из которых содержит три стержневых пьезопреобразователя продольных деформаций, равномерно размещенных вокруг выходного вала параллельно его оси, консольно закрепленных в корпусе и снабженных износостойкими опорными элементами на свободных концах, между которыми с натягом установлен выходной вал, причем пьезопреобразователи двух групп обращены навстречу друг другу своими свободными концами.
Применение в устройстве однотипных пьезопреобразователей простой формы, объединенных в группы, с натягом охватывающие выходной вал, позволяет снизить требования к точности изготовления элементов устройства упростить сборку при достижении высокой точности перемещения.
Использование устройства позволяет осуществить простой способ перемещения, заключающийся в циклической подаче электрического напряжения на пьезопреобразователи в следующем порядке: сначала напряжение поочередно подают на пьезопреобразователи первой группы, а затем поочередно на пьезопреобразователи второй группы так, что перемещения свободных концов пьезопреобразователей обеих групп относительно выходного вала направлены в одну сторону, после чего снимают электрическое напряжение одновременно со всех пьезопреобразователей обеих групп.
На фиг. 1 схематично изображен продольный разрез устройства; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1.
Пьезоэлектрическое устройство линейных перемещений содержит корпус 1, в котором установлен пьезоэлектрический движитель, состоящий двух групп 2 и 3 пьезопреобразователей. Каждая группа содержит по три стержневых пьезопреобразователя продольных деформаций, расположенных вокруг выходного вала с угловым шагом в 120о. Пьезопреобразователи консольно закреплены в корпусе 1, а их вторые свободные концы снабжены износостойкими опорными элементами 4, между которыми с натягом установлен выходной вал 5 в виде полого цилиндра. Натяг обеспечивается в процессе сборки устройства. Пьезопреобразователи, относящиеся к разным группам, обращены навстречу друг другу своими свободными концами с износостойкими опорными элементами. Электроды (не показаны) пьезопреобразователей через блок управления подключены к источнику напряжения (не показан).
Способ перемещения посредством предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
На пьезопреобразователи одной из групп, например группы 2, поочередно подается электрическое напряжение, которое поочередно приводит их в деформированное состояние, например растянутое, что сопровождается поочередным перемещением свободных концов пьезопреобразователей группы 2 с износостойкими опорными элементами 4 относительно выходного вала 5. При этом в каждый момент времени происходит перемещение свободного конца одного пьезопреобразователя, а выходной вал 5 удерживается в исходном состоянии силами статического трения между выходным валом 5 и износостойкими опорными элементами 4 остальных, неподвижных в данный момент пьезопреобразователей.
Затем электрическое напряжение поочередно подается на пьезопреобразователи второй группы 3 таким образом, чтобы поочередно привести их в сжатое состояние. При этом свободные концы пьезопреобразователи группы 3 с износостойкими опорными элементами 4 поочередно перемещаются относительно выходного вала 5 в направлении, совпадающем с направлением перемещения свободных концов преобразователей первой группы 2. После приведения пьезопреобразователей обеих групп в деформированное состояние с них одновременно снимают электрическое напряжение. Пьезопреобразователи, одновременно возвращаясь в исходное недеформированное состояние, перемещают выходной вал 5 на один шаг, циклически повторяя подачу напряжения на пьезопреобразователи в описанном порядке, перемещают выходной вал на требуемое расстояние. Для реверса перемещения выходного вала 5 следует изменить полярность напряжения, подаваемого на пьезопреобразователи.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ | 1990 |
|
RU2050037C1 |
СПОСОБ МАГНИТНОЙ ЗАПИСИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ | 1992 |
|
RU2023315C1 |
СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ РЕЛЬЕФА ПОВЕРХНОСТИ ОБРАЗЦА РАСТРОВЫМИ ТУННЕЛЬНЫМИ МИКРОСКОПАМИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ | 1991 |
|
RU2020405C1 |
ПЬЕЗОДВИГАТЕЛЬ ЛИНЕЙНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ | 2008 |
|
RU2377703C1 |
ПЬЕЗОУСТРОЙСТВО ПОШАГОВОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ | 2012 |
|
RU2516258C1 |
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ АБРАМОВА В. А. | 2016 |
|
RU2686648C9 |
УНИФИЦИРОВАННАЯ СКВАЖИННАЯ КАМЕРА ДЛЯ РАЗНЫХ ДЛИН СЪЕМНЫХ УСТРОЙСТВ ИЛИ ПРИБОРОВ | 2007 |
|
RU2357069C1 |
Устройство для транспортирования перфорированной ленты | 1978 |
|
SU710070A1 |
Устройство для перемещения ленточного носителя информации | 1978 |
|
SU949708A1 |
Устройство для получения вращательного движения Абрамова Валентина Алексеевича (Абрамова В.А.) | 2016 |
|
RU2654690C9 |
Использование: в технике прецизионного позиционирования для применения в микроманипуляторах, микроскопах, технологическом оборудовании микроэлектроники, оптике и т.п. Сущность изобретения: устройство содержит две группы стержневых пьезопреобразователей, консольно закрепленных в корпусе параллельно оси выходного вала. Каждая группа включает три пьезопреобразователя, равномерно расположенных по окружности. Между их свободными концами, снабженными износостойкими опорными элементами, с натягом установлен выходной вал. Для осуществления перемещения выходного вала электрическое напряжение поочередно подают на пьезопреобразователи одной, а затем второй группы, перемещая концы пьезопреобразователей относительно выходного вала в одном направлении, после чего одновременно снимают электрическое напряжение со всех пьезопреобразователей обеих групп. В результате выходной вал перемещается на один шаг. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов | 1917 |
|
SU2A1 |
Патент США N 3902084, кл | |||
Приспособление для съемки жилетно-карманным фотографическим аппаратом со штатива | 1921 |
|
SU310A1 |
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПИШУЩАЯ МАШИНА | 1924 |
|
SU1875A1 |
Авторы
Даты
1995-09-27—Публикация
1992-09-24—Подача