Пьезоэлектрическое шаговое устройство для микроперемещения твердого тела Советский патент 1979 года по МПК H01L41/10 H02N11/00 

1

Изобретение относится к электрическим машинам и аппаратам и может быть использовано в качестве привода в системах автоматической юстировки оптических устройств и газовых лазеров.

Известно разворачивающее устройство ДЛЯ кодирования графической информации, состоящее из источника света, отклоняющего сканирующего зеркала, привода и интерферометрического измерителя перемещений луча. Сканирующее зеркало укреплено на кардановом подвесе и связано с интерферометрическим измерителем через систему оптических отражателей, а привод выполнен в виде двух токовых катущек, закрепленных на коромысле, которое соедннено с зеркалом, и помещенных в поле постоянного магнита (1.

Недостатками описанного устройства являются СЛОЖНОСТЬ конструкции, связанная с использованием для контроля положения зеркала двух дифференциальных интерферометров и устройства обработки информации, а также невозможность фиксации зеркала в заданном положении при отсутствии управляющего сигнала.

Известно пьезоэлектрическое щаговое устройство ДЛЯ микроперемещений твердого тела, содержащее основание, зажимы на основе пьезоэлектрических преобразователей, исполнительные пьезопреобразователи и устройство управления, к выходам которого подключены пьезопреобразователи 2.

Функциональные возможности этого устройства ограничены.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены дополнительпо оправа с закрепленным в ней перемещаемым предметом, выполненная в виде кольца со сферической наружной поверхностью; две обоймы в виде колец разного диаметра и четыре уиругие пластины. При этом оправа с закреиленным в ней перемеп1аемым предметом и обоймы расположены концентрнчно, одна обойма жестко закреплена на неподвижном основании, а другая соединена с ней упругпми пластинами, расположенными крестообразно в одной плоскости, проходящей через центр оправы, и жестко прикрепленными обоими концами к обоймам. На одной стороне каждой пластины жестко закреплены два исполнительных пьезоэлектрических преобразователя. По крайней мере, три зажима жестко закреп.тены на каждой обойме и рабочими поверхностями упираются в наружную поверхность оправы.

На фиг. 1 показано предложснпос пьсзоэлектрическое шаговое устройство, общий вид; иа фиг. 2 - разрез А-Л.

Устройство содержит коицентрично расположенные оираву 1 и две обоймы: подвижную 2 и жестко закреиленную на осног.анин устройства неподвижную обойму 3. Обоймы 2 и 3 соединены между собой четырьмя упругими пластинами 4, расноложенными крестообразно в одной плоскости S, нроходящей через центр оправы, п жестко закренленными обоими концами на обоймах 2, 3. На одной стороне каждой иластнны закренлены два исиолиительных пьезоэлектрических преобразователя 5 и 6.

На обоймах 2 и 3 жестко закренлены, соответственно, зажимы 7 н 8, снабженные, соответственно, пьезоэлектрическими преобразователями 9 и 10 н механизмамн И регулировки.

Рабочие поверхности зажимов 7 и 8 уиираются в наружиую поверхиость оправы 1, причем свободные концы зажимов 8 проходят к оправе через отверстия в обойме 2.

В отсутствие управляющего напряжения на иреобразователях 9 и 10 упругие зажимы 7 и 8 фиксируют оираву 1 относительно обойм 2 и 3. При подаче управляющего напряжения на преобразователи 9 или 10 упругие зажимы 7 или 8 укорачиваются и расфнксируют оправу относительно обой.м. Преобразователи 9 и 10 выиолнены из пьезокерамических дисков, склеенных в столбики с иараллельным соедииеинем соответствующнх токоподводов.

При подаче на нреобразователи 5 н G, закрепленные иа пластине 4, унравляюн1,его нанряжения разной полярности ироисходит упругая S-образная деформация пластины, возникающая вследствие изменений линейных размеров преобразователей 5 и 6, жестко скреплеиных с упругой пластиной 4. Каждый преобразователь 5 и 6 представляет собой пьезокерамнческий диск. Упругая S-образная деформация двух диаметрально противоиоложных пластин 4, жестко ирикреплеииых концами к обоймам 2 и 3, в случае, когда оправа 1 расфиксирована относительно обоймы 3, вызывает иерекос нодвижной обоймы 2 относительно обоймы 3 иа некоторый малый угол, причем положение цеитра оправы в иространстве сохраняется неизменным.

По завершении шагового углового микроиеремещеиия по одной координате устройство работает следующим образом:

1.На преобразователи 10 от устройства управления подается ианряжение, при этом зажимы 8 укорачиваются и расфиксируют оираву 1 относительно иеподвижной обоймы 3.

2.На нреобразователи 5 и 6 диаметрально иротивоиоложных пластии 4 от устройства уиравлеиия нодаются нанряжеиия

разной полярности, при этом подвижная обойма 2 с зафиксированной на ней оправой 1 иерекашивается относительно неподвижной обоймы 3.

3. С преобразователей 10 снимается управляюи1,ее напряжение, зажимы 8 удлиняются и фиксируют перекошенную онраву 1 относительно обоймы 3.

4.На преобразователи 9 от устройства уиравления подается напряжение, при этом

зажимы 7 укорачиваются и расфиксируют оправу 1 отиосительио обоймы 2.

5.С преобразователей 5 и 6 снимается управляющее напряжение, при этом нодвижная обойма 2 возвращается в исходное иоложение относительио неподвижной обоймы 3 за счет уиругих свойств пластин 4.

6.С иреобразователей 9 сиимается управляющее напряжение, зажимы 7 удлиняются и фиксируют оправу 1 относительно обоймы 2.

Предложенное устройство обеспечивает прецизионные угловые микроперемещения относительно двух взаимно перпендикулярных осей.

Устройство иросто по конструкции, оно исключает необходимость контроля положения перемещаемого тела ввиду постоянства величины шага и позволяет зафиксировать иеремещаемое тело в отсутствие управляющего сигнала.

Указанные особенности позволяют использовать устройство в качестве привода в системах автоматической юстировки оптических устройств и лазеров.

Формула изо-бретения

Пьезоэлектрическое шаговое устройство для микроперемещений твердого тела, содержащее основание, зажимы на основе

пьезоэлектрических преобразователей, исполннтельные пьезопреобразователи и устройство управления, к выходам которого нодключены пьезопреобразователи, отличающееся тем, что, с целью расширения

функциональных возможностей, в него введены дополнительно оправа с закрепленным в ней перемещаемым предметом, выполненная в виде кольца со сферической наружной новерхностью, две обоймы, выполненные в виде колец разного диаметра, четыре упругие нластииы, при этом оправа с закрепленным в ней перемещаемым предметом и обоймы расположены концентричтю, одна обойма жестко закреилена на неподвижном осиовании, а другая соединена с ней упругнми пластинами, расположенными крестообразно в одной плоскости, проходящей через центр оправы, и жестко ирикрепленными обоими концами к обоймам, на одной стороне каждой пластины

жестко закреплены два исполнительных пьезоэлектрических преобразователя, причем, по крайней мере, три зажима жестко закреплены на каждой обойме и рабочими поверхностями упираются в наружную поверхность оправы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство 298912, кл. G 01Т 5/06, 16.06.1969.

2.Патент ГДР № 85691, кл. 47 i 1/00, 05.11.1971.