[LT] Išradimas priskiriamas precizinės mechanikos sričiai. Jis gali būti panaudojamas įvairiuose daugelio laisvės laipsnių pozicionavimo ir manipuliavimo įrenginiuose. Siekiama sukurti trijų laisvės laipsnių judesį pozicionuojamam elementui plokštumoje, supaprastinti konstrukciją, eliminuoti aukšto dažnio virpesių įtaką į pozicionuojamą elementą, tuo pačiu padidinant pozicionavimo tikslumą, trijų laisvės laipsnių pozicionavimo įrenginyje, susidedančiame iš kontaktinio paviršiaus (1), pjezokeraminio elemento (2) su elektrodais (3, 4, 5, 6), prijungtais prie aukšto dažnio maitinimo šaltinio, trijų, trinčiai atsparių, elementų (7) bei pozicionuojamo elemento (8), pjezokeraminis elementas (2) yra nupjautos sferos formos su pajungtais išoriniais (3, 4, 5) ir vidiniu elektrodais (6), o visi trys trinčiai atsparūs elementai (7) vienais paviršiais yra nejudamai pritvirtinti horizontaliojoje nupjautos sferos formos pjezokeraminio elemento (2) plokštumoje, o kitais paviršiais laisvai remiasi į kontaktinį paviršių (1). Be to, išorinis elektrodas yra padalintas į tris vienodas dalis, išdėstytas 120° kampu nupjautos sferos formos pjezokeraminio elemento (2) ašies atžvilgiu, o vidinis elektrodas (6) yra ištisinis ir yra išsidėstęs per visą nupjautos sferos formos pjezokeraminio elemento (2) paviršiaus vidinę dalį. Taip pat, pozicionuojamas elementas (8) yra įtvirtintas ant nupjautos sferos formos pjezokeraminio elemento (2) išorinės dalies ašies, o visi trys trinčiai atsparūs elementai (7) yra išdėstyti 120° kampu vienas kito atžvilgiu bei 60° kampu nuo išorinių elektrodų (3, 4, 5) padalinimo linijų.
[EN] The invention relates to precision mechanics. It can be used in different multiple degrees of freedom positioning and manipulation devices. The aim of this invention is to create three degrees of freedom motion for the positioned element on the plane, for simplifying the construction, eliminating the influence of high oscillation frequency to positioning element, and increasing the positioning accuracy of three degrees of freedom positioning device consisting of contact surface (1) piezoelectric element (2) with the electrodes ( 3, 4, 5, 6), connected to high-frequency power source, three, abrasion-resistant, elements (7) and positioned element (8), the piezoelectric element (2) is cut sphere shape with connected outer (3, 4, 5) and the inner electrodes (6), and all three abrasion-resistant elements (7) by one surface is rigidly mounted onto horizontal cut sphere shaped piezoelectric elements (2) plane, and the other surfaces rests on a contact surface (1). In addition, the outer electrode is divided into three equal parts, placed in 120° angle to cut sphere shaped piezoelectric elements (2) axis, and the inner electrode (6) is continuous and extends over the entire inner surface part of cut sphere shaped piezoelectric element (2). Also the positioned element (8) is established on the cut sphere shaped piezoelectric element (2) the outer part of the axis, and all three abrasion-resistant elements (7) are placed in 120° angle to each other and in 60° angle of outer electrodes (3, 4, 5) dividing lines.
[0001] Išradimas priskiriamas precizinės mechanikos sričiai. Jis gali būti panaudojamas įvairiuose daugelio laisvės laipsnių pozicionavimo ir manipuliavimo įrenginiuose, tokiuose kaip optinių elementų pozicionavimui lazerinėse matavimo sistemose, automatizuotam mikroskopų stalelių pozicionavimui, atliekant biologinių terpių analizę ir panašiai.
[0002] Yra žinomas pozicionavimo įrenginys ( Injektorius), kuriame sukamąjį sraigto judesį sukuria pjezokeraminis cilindras su elektrodais, vienu galu įtvirtintas korpuse, o kitu per trinčiai atsparius elementus kontaktuojantis su sraigtine pavara. Pjezokeraminio cilindro išorinis elektrodas padalintas į tris dalis, o vidinis ištisinis. Elektrodai prijungti prie aukšto dažnio maitinimo šaltinio (žiūr. LR patentą Nr. 4180, 1997).
[0003] Nurodytas įrenginys sukuria tik sukamąjį judesį, o kontaktinėje zonoje aukšto dažnio virpesiai persiduoda ir į sraigtinę pavarą, o tai neigiamai veikia į pozicionavimo elementą, pritvirtintą prie pavaros.
[0004] Yra žinomas pozicionavimo įrenginys, kuriame pozicionavimas atliekamas pjezoplokštelės pagalba, įtvirtintos korpuse ir kontaktuojančios per trinčiai atsparų elementą su pastūma. Pjezoplokštelės vienas iš elektrodų yra padalintas į dvi simetrines dalis, kurių elektrodai prijungti, prie aukšto dažnio maitinimo šaltinio ( žiūr. Vokietijos katalogą Physik Instrumente (PI) GmbH and Co . KG. , 2008 m.).
[0005] Tokiame įrenginyje pozicionavimas vykdomas plokštumoje ir tik viena kryptimi.
[0006] Pjezoelementas yra įveržtas korpuse ir kontaktinėje zonoje aukšto dažnio virpesiai persiduoda į pastūmą, o tai neigiamai veikia į pozicionavimo elementą, pritvirtintą prie pastūmos.
[0007] Išradimo tikslas - sukurti trijų laisvės laipsnių judesį pozicionuojamam elementui plokštumoje, supaprastinti konstrukciją, eliminuoti aukšto dažnio virpesių įtaką į pozicionuojamą elementą, tuo pačiu padidinant pozicionavimo tikslumą.
[0008] Išradimo tikslas yra pasiekiamas tuo, kad trijų laisvės laipsnių pozicionavimo įrenginyje susidedančiame iš kontaktinio paviršiaus, pjezokeraminio elemento su elektrodais, prijungtais prie aukšto dažnio maitinimo šaltinio, trijų, trinčiai atsparių, elementų bei pozicionuojamo elemento, pjezokeraminis elementas yra nupjautos sferos formos su pajungtais išoriniais ir vidiniu elektrodais, o visi trys trinčiai atsparūs elementai vienais paviršiais yra nejudamai pritvirtinti horizontaliojoje nupjautos sferos formos pjezokeraminio elemento plokštumoje, o kitais paviršiais laisvai remiasi į kontaktinį paviršių. Be to, išorinis elektrodas yra padalintas į tris vienodas dalis, išdėstytas 120° kampu nupjautos sferos formos pjezokeraminio elemento ašies atžvilgiu, o vidinis elektrodas yra ištisinis ir yra išsidėstęs per visą nupjautos sferos formos pjezokeraminio elemento paviršiaus vidinę dalį. Taip pat, pozicionuojamas elementas yra įtvirtintas ant nupjautos sferos formos pjezokeraminio elemento išorinės dalies ašies, o visi trys trinčiai atsparūs elementai yra išdėstyti 120° kampu vienas kito atžvilgiu bei 60° kampu nuo išorinių elektrodų padalinimo linijų.
[0009] Išradimas paaiškintas figūrose.
[0010] 1 figūroje pavaizduota nupjautos sferos formos pjezokeraminio elemento schema iš priekio ir iš viršaus.
[0011] 2 figūroje pavaizduota nupjautos sferos formos pjezokeraminio elemento virpesių pasiskirstymo hologramos: a- nupjautos sferos formos pjezokeraminio elemento holograma, kai prie aukšto dažnio maitinimo šaltinio yra prijungti elektriodai 3, 6, b - nupjautos sferos formos pjezokeraminio elemento holograma, kai prie aukšto dažnio maitinimo šaltinio yra prijungti elektriodai 4, 6, c- nupjautos sferos formos pjezokeraminio elemento holograma, kai prie aukšto dažnio maitinimo šaltinio yra prijungti elektriodai 5,6.
[0012] Trijų laisvės laipsnių pozicionavimo įrenginys susideda iš kontaktinio paviršiaus 1, nupjautos sferos formos pjezokeraminio elemento 2 su išoriniais elektrodais 3, 4, 5 bei vidinio elektrodo 6, prijungtais prie aukšto dažnio maitinimo šaltinio (figūroje nepavaizduotas), trijų, trinčiai atsparių, elementų 7 bei pozicionuojamojo elemento 8.
[0013] Įrenginys veikia taip.
[0014] Padavus iš aukšto dažnio maitinimo šaltinio ( fig. nepavaizduotas) įtampą į išorinius 3,4,5, elektrodus bei vidinį elektrodą 6, nupjautos sferos pjezoelementas pradeda virpėti su maksimalia amplitude trinčiai atsparių elementų 7 tvirtinimo vietose. Virpesiai per trinčiai atsparius elementus 7 kontaktuoja su kontaktiniu paviršiumi 1, ant kurio yra padėtas nupjautos sferos pjezokeraminis elementas. To pasekoje, dėl trinties tarp trinčiai atsparių elementų 7 ir kontaktinio paviršiaus 1, formuojamas sukamasis judesys. Sukamąjį judesį sukuria nupjautos sferos formos pjezoelementas maksimalios amplitudės vietose, t. y. trinčiai atsparių elementų 7 tvirtinimo vietose, kuriose susidaro elipsiniai mikrojudesiai, kurie per trintį su kontaktuojančiu paviršiumi sąveikoja nupjauto sferos formos pjezokeraminio elemento judesį, tuo pačiu ir pozicionuojamojo objekto 8 padėtį, Padavus aukšto dažnio įtampą į vieną iš išorinių elektrodų, pavyzdžiui 3 ir vidinį 6, formuojamas kryptingas judesys plokštumoje per tinčiai atsparų elementą esantį žadinamo elektrodo zonoje. Norint pakeisti pozicionavimo kryptį, aukšto dažnio įtampa paduodama į sekantį išorinį elektrodą, pavyzdžiui 4 ir vidinį 6. Tokiu būdu esantis ant centrinės išorinės aukščiausios nupjauto sferos formos pjezokeraminio elemento dalies taško pritvirtintas pozicionuojamasis objektas 8 juda užduota kryptimi. Šiame nupjautos sferos formos pjezokeraminio elemento taške virpesių amplitudė yra lygi nuliui (žiūr. 2 fig.). Čia tamsūs tonai rodo maksimalias amplitudes, o šviesūs - nulines. Todėl virpesiai sužadinti trinčiai atspariuose elementuoe nepersiduoda į pozicionuojamą elementą 8, tuo pačiu užtikrina pozicionavimo tikslumą.
[0015] Palyginus su prototipu, nurodyto įrenginio konstrukcija supaprastėja išeliminavus pjezoelemento tvirtinimą korpuse. Šioje konstrukcijoje pjezoelementas yra laisvas nuo tvirtinimo grandžių. Nupjautos sferos formos pjezoelementas įgalina eliminuoti aukšto dažnio virpesių įtaką į pozicionuojamąjį objektą, tuo pačiu padidina pozicionavimo tikslumą ir galimybę sukurti trijų laisvės laipsnių judesį pozicionuojamam objektui plokštumoje.
1.Trijų laisvės laipsnių pozicionavimo įrenginys susidedantis iš kontaktinio paviršiaus, pjezokeraminio elemento su elektrodais, prijungtais prie aukšto dažnio maitinimo šaltinio, trijų trinčiai atsparių elementų bei pozicionuojamojo objekto, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad pjezokeraminis elementas yra nupjautos sferos formos su prijungtais išoriniais ir vidiniu elektrodais, o visi trys trinčiai atsparūs elementai vienais paviršiais yra nejudamai pritvirtinti horizontaliojoje nupjautos sferos formos pjezokeraminio elemento plokštumoje, o kitais - laisvai remiasi į kontaktinį paviršių.
2.Trijų laisvės laipsnių pozicionavimo įrenginys pagal 1 punktą b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad išorinis elektrodas yra padalintas į tris vienodas dalis, išdėstytas 120° kampu nupjautos sferos formos pjezokeraminio elemento ašies atžvilgiu.
3.Trijų laisvės laipsnių pozicionavimo įrenginys pagal 1 punktą b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad vidinis elektrodas yra ištisinis ir yra išsidėstęs per visą nupjautos sferos formos pjezokeraminio elemento paviršiaus vidinę dalį.
4.Trijų laisvės laipsnių pozicionavimo įrenginys pagal 1 punktą b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad pozicionuojamasis objektas yra įtvirtintas ant nupjautos sferos formos pjezokeraminio elemento išorinės dalies aukščiausio taško.
5.Trijų laisvės laipsnių pozicionavimo įrenginys pagal 1 punktą b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad visi trys trinčiai atsparūs elementai yra išdėstyti 120° kampu vienas kito atžvilgiu bei 60° kampu nuo išorinių elektrodų padalinimo linijų.