Направляющие для измерительных устройств Советский патент 1993 года по МПК G05D3/00 

фи г. г

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 подъеме 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 положения размещены параллельно вибрационным плоскостям вибраторов и через фдр- мирователи сигнала попарно подключень|| 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 ча0 стоты, а выходы - с входами формирователей напряжения питания соответствующих вибраторов.

Достигается цель тем, что при работе вибраторов между их рабочей поверхно5 стью и, например, подвижной частью направляющих образуются демпфирующие свойства, имеющие вибронесущую подушку, позволяющую вследствие конструкции направляющих и определенного распо о0 жения вибраторов подвижной части ляющих перемещаться свободно только в направлении координатного перемещения. Дополнительно ее колебания компенсируются с помощью введенных в устройство

5 емкостных датчиков, вычитателей, инвер-j-o- ров, формирователей напряжения питания, позволяющих управлять вибронесущей подушкой.

На фиг. 1 изображен вид сверху направ0 ляющих для измерительных устройства; на фиг. 2 - структурная схема устройства, совмещенная со схемой поперечного сечения механической части направляющих.

Направляющие для измерительных уст5 ройств 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 соответ0 ствующих формирователей 4 напряжения питания, генератор 5 несущей частоты. Новизна усматривается в том, что устройство дополнительно содержит емкостные датчики 6 положения и формирователи 7 сигнала

5 по числу вибраторов, вычитатели 8, инверторы 9 и модуляторы 10. Причем вибрацис н- ные плоскости вибраторов 3 выполнены параллельными направляющим плоскострм подвижной 1 и неподвижной 2 частей на0 правляющих, электроды емкостных ков 6 положения размещены параллельно вибрационным плоскостям вибраторов 3 и через формирователи 7 сигнала попарно подключены к входам соответствующих

5 вычитателей 8, выход каждого из которых подключен к информационному входу соЬт- ветствующего модулятора 10 непосредЈт- венно или через инвертор 9. Тактирующие входы модуляторов 10 связаны с выходрм

генератора 5 несущей частоты, а выходы L с

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 упомянуты- ми 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 местах1 расположения вибраторов 3, которые через формирователи 7 сигнала попарно подключены к входам соответствующих вы- читателей 8. В вычитателе 8 оценивается разница поступающих двух сигналов. Она характеризует смещение подвижной части направляющих в определенной зоне. Выход 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, поступающих 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

0 увеличиваются, с другого уменьшаются. Напряжения, поступающие на соответствующие вибраторы, также соответственно для одного из них (верхнего) увеличиваются, а другого (нижнего) уменьшаются. При нэхож5 дении подвижной части направляющих в нейтральном положении выходной сигнал с вычитателя 8 отсутствует. При этом вибраторы 3 работают на заданной (номинальной) амплитуде колебаний. При перемещении.

0 подвижной части направляющих вниз происходит обратной регулирование.

При использовании данного устройства удалось уменьшить колебания подвижной части направляющих до 0,015 мкм, что по5 зволило применять указанные направляющие для прецизионного перемещения объектов. Оптимальный зазор, поддерживаемый в направляющих между подвижной частью направляющих и вибраторами, со0 ставляетб мкм. Масса подвижной части направляющих составляла 250 г. На нее устанавливался груз до 100 г.

Формула изобретения Направляющие для измерительных

5 устройств, содержащие подвижную и неподвижную части направляющих, размещенные соосно, причем одна из них охватывает другую, размещенные на одной из них вибраторы, подключенные к выходам

0 соответствующих формирователей напряжения питания, генератор несущей частоты, отличающиеся тем, что, с целью снижения колебательности при перемещении и подъеме на вибронесущей подушке

5 подвижной части направляющих, устройство содержит емкостные датчики положения и формирователи сигнала по числу вибраторов, вычитатели, инверторы и модуляторы, причем вибрационные плоскости вибрато0 ров выполнены параллельными направляющим плоскостям подвижной и неподвижной частей направляющих, электроды емкостных датчиков положения размещены параллельно вибрационным плоскостям

5 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

входы модуляторов связаны с выходом генератора несущей частоты, а выходы - с входами формирователей напряжения питания соответствующих вибраторов.

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.

А

i--

,А

.. j

Фиг.1