DD286053A5 - COINCIDENCE MANIPULATOR - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Koinzidenzmanipulator zur Justierung von in funktionellen Zusammenhang stehenden geometrisch bestimmten Objekten. Sie kann insbesondere im optischen Geraetebau zur Justierung gefaszter optischer Bauelemente zu einer vorgegebenen Geraeteachse eingesetzt werden. Erfindungsgemaesz sind mindestens drei Translationselemente auf die Unterseite eines ueber ein Federelement gelagerten Objektaufnahmetisch gerichtet, gestellfest angeordnet. Die vertikal verstellbaren Translationselemente sind mit magnetostriktiven Wegaufnehmern versehen und stehen unter Ausbildung von Rueckkoppelkreisen mit einem Netz/Ansteuergeraet und einem Mikroprozessor in Verbindung. Durch voneinander unabhaengige Ansteuerungen und Laengenaenderungen der Translationselemente werden sowohl eine vertikale Bewegung als auch Kippungen des Objektaufnahmetisches um einen beliebigen Raumpunkt moeglich. Der erfindungsgemaesze Koinzidenzmanipulator arbeitet nach dem dynamischen Wirkprinzip und ermoeglicht eine spiel- und stick-slip-freie Justierung. Figur{Koinzidenzmanipulator; Objektjustierung; optisches Bauelement; Achsenjustierung; verstellbarer Objektaufnahmetisch; Federelementlagerung; Translationselementanordnung; dynamisches Wirkprinzip; stick-slip-freie Justierung}The invention relates to a coincidence manipulator for the adjustment of functionally related geometrically determined objects. In particular, it can be used in the optical device construction for adjusting bevelled optical components to a predetermined axis of the device. According to the invention, at least three translation elements are directed onto the underside of an object-receiving table mounted over a spring element, arranged fixed to the frame. The vertically adjustable translational elements are provided with magnetostrictive displacement sensors and are connected to form a feedback circuit with a network / Ansteuergeraet and a microprocessor in combination. By mutually independent controls and Laengenaenderungen the translational elements both a vertical movement and tilting of the object shooting table to any point in space are possible. The inventive coincidence manipulator works on the dynamic principle of action and allows a play and stick-slip-free adjustment. FIG {coincidence manipulator; Object alignment; optical component; Axis adjustment; adjustable object receiving table; Spring element storage; Translation assembly; dynamic action principle; stick-slip-free adjustment}

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft einen Koinzidenzmanipulator zur Justierung von im funktionellen Zusammenhang stehenden geometrisch bestimmten Objekten. Sie kann insbesondere im optischen Gerätebau zur Justierung gefaßter optischer Bauelemente in einer vorgegebenen Geräteachse oder zur Justierung einer optischen Achse zur mechanischen Achse einer Aufnahme noch zu fassender optischer Bauelemente eingesetzt werden. Weiterhin ist ein Einsatz als Justierstisch für die Montage von Gerätegruppen im wissenschaftlichen Gerätebau möglich.The invention relates to a coincidence manipulator for adjusting functionally related geometrically defined objects. It can be used, in particular, in the field of optical instrumentation for adjusting captured optical components in a given device axis or for adjusting an optical axis to the mechanical axis of a recording of optical components yet to be captured. Furthermore, use as an adjustment table for the assembly of device groups in scientific instrument construction is possible.

Charakteristik des bekannten Standet der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Bekannt sind Vorrichtungen und Verfahren zur Justierung und Lagefixierung optischer Elemente, bei denen die optischen Elemente in vorgearbeitete mechanische Fassungen eingebracht und mittels mechanischer oder chemischer Mittel lagefixiert werden, wie in OD Wf 80998 und DD-WP 206591.Known are devices and methods for adjusting and fixing the position of optical elements, in which the optical elements are incorporated into preprocessed mechanical versions and fixed in position by means of mechanical or chemical means, as in OD Wf 80998 and DD-WP 206591.

Zur Realisierung der Übereinstimmung zwischen der optischen und der mechanischen Bezugsachse erfolgt eine Justierung über einen Bewegungsmechanismus, dessen Basis ein Kugelfutter bildet, mit sich anschließender spanender Feinbearbeitung der mechanischen Funktionsfläche, zwecks Ausrichtung derselben zur optischen Achsefbie in DD-WP 154046 offenbarte, auf DD-WP 0899D basierende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zentrierung von in Ringen gefaßten optischen Gliedern mit dem Ziel der Einsparung von einer Vielzahl von Vorrichtungen und dar dabei auftretenden Umrüstarbeiten. Damit wird der Anwendungsbereich der Vorrichtung gemäß DD 80998 bezüglich unterschiedlicher Flächenradien der optischen Glieder wesentlich erweitert. Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die Vorrichtung zwei auf der Achse der Arbeitsspindel angeordnete Kugelkalotten enthält, die mit einem Mittelstück an zwei sphärischen Gleitflächen befestigt sind, und daß beide Kugelkalotten feststellbar um den jeweiligen Kugelkalottenmittelpunkt kippbar gelagert sind.To achieve the correspondence between the optical and the mechanical reference axis adjustment via a moving mechanism, the base is a spherical chuck, with subsequent machining fine machining of the mechanical functional surface, in order to align the same optical axis flex in DD-WP 154046 revealed on DD-WP 0899D based invention relates to a device for centering in wrestled optical members with the aim of saving a variety of devices and thereby occurring retooling. Thus, the scope of the device according to DD 80998 is significantly extended with respect to different surface radii of the optical members. This object is achieved in that the device comprises two arranged on the axis of the work spindle spherical caps, which are fastened with a central piece on two spherical sliding surfaces, and that both spherical caps are detectably mounted tiltable about the respective Kugelkalottenmittelpunkt.

Zur Justierung von Linsen mit beliebigen Flächenradie.n sind nach DD-WP 224910 Vorrichtungen bekannt, bei denen für jeden Radius eine entsprechende Schwenkkalotte der Justiervorrichtung verwendet wird. In US-PS 109217 wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Zentrieren optischer Bauteile ermöglicht. Dabei erfolgt die Justierung mehrerer optischer Elemente zueinander durch Variation von drei Abstandsbolzen, deren Länge justierbar ist. Ein analoges Justierprinzip beinhaltet die DD-WP 247618.For adjustment of lenses with any Flächenradie.n devices according to DD-WP 224910 are known in which a corresponding pivoting calotte of the adjusting device is used for each radius. In US-PS 109217 an apparatus and a method for centering optical components is made possible. In this case, the adjustment of several optical elements to each other by variation of three spacers, whose length is adjustable. An analogue adjustment principle includes the DD-WP 247618.

Eine weitere Vorrichtung zur Justierung von Linsen oder Linsengruppen mit beliebigen Flächenradien ist in DD-WP 210766 veröffentlicht. Der Aufbau der Vorrichtung verwirklicht in Anlehnung an eine kardanisnhe Aufhängung die Bewegung einer Kugelkalotte mit definierten Radien.Another device for adjusting lenses or lens groups with arbitrary surface radii is published in DD-WP 210766. The construction of the device realizes, based on a cardan suspension, the movement of a spherical cap with defined radii.

Alle bekannten Vorrichtungen und Verfahren zur Justierung optischer Bauelemente basieren auf dem Kalottenprinzip undAll known devices and methods for adjusting optical components are based on the dome principle and

weisen den Nachteil auf, daß entweder nur eine begrenzte Genauigkeit erzielt wird, wobei die Ursachen in auftretenden Stick-have the disadvantage that either only a limited accuracy is achieved, the causes occurring in embroidery

Slip-Effekten begründet liegen, oder der Aufwand bezüglich des Justiervorganges, infolge der Einstellnotwendigkeit derSlip effects are justified, or the effort with respect to the adjustment process, due to the need to adjust the Mittelpunktsbedingung, und des Umrüstens der Vorrichtung auf maßlich voneinander abweichende optische Baugruppen sehrCenter point condition, and the conversion of the device to dimensionally divergent optical assemblies very

hoch ist.is high.

Sämtlichen Justiermerhaniemen haftet der Nachteil der Reibung der Formflächen zweier Bewegungsglieder an, der GrundlageAll Justiermerhaniemen adheres to the disadvantage of the friction of the molding surfaces of two movement members, the basis

für die die Reproduzif arkeit der Stellbewegung nachteilig beeinflussenden Stick-Slip-Effekte ist.for the Reproduzif the efficiency of the adjusting movement adversely affecting stick-slip effects.

Sowohl dem Kugelfutter, als auch dem nach kardanischen Prinzip wirkenden Stellmechanismus ist eine erheblicheBoth the pellet chuck, as well as the acting according to Kardan principle actuating mechanism is a considerable Masseanhäufung eigen, die den prinzipiell-fertigungstechnischen Aufwand an peripheren Einrichtungen (Spindel) unnötigMass accumulation own, which makes the basic manufacturing technical effort on peripheral devices (spindle) unnecessary

steigert. Die Stellbewegung erfolgt bei bekannten automatisierten Verfahren bei Rotation.increases. The adjusting movement takes place in known automated methods during rotation.

Die Justierung der Achsen zueinender erfolgt in allen Lösungen nach demselben Grundprinzip speziell ausgewählterThe adjustment of the axes zueinender takes place in all solutions according to the same basic principle specially selected Krümmungsmittelpunkte. Die Genauigkeit der Justierung steht damit in indirektproportional-funktionellen Zusammenhang mitOf curvature. The accuracy of the adjustment is thus in indirect proportional-functional relationship with

der Meh fachgliedrigkeit der optischen Baugruppen. In 6ngem Zusammenhang damit ist eine aufwändigere Justierhirarchia,begründet in erwähnter funktionaler Abhängigkeit und einem Mehranteil an Stcllbewsgungen zu sehen.the Meh fachgliedrigkeit the optical assemblies. In connection with this is a more elaborate Justierhirarchia, founded in mentioned functional dependence and an increase in Stcllbewsgungen to see.

ZIaI der ErfindungZIaI the invention

Ziel der Erfindung .'<tt es, die Qualität des justierten Zustande« bei Reduzierung von Stellbewegungen sowie anordnungstechnischen Mitteln zu verbessern.The aim of the invention is to improve the quality of the adjusted state with the reduction of setting movements as well as arrangement-technical means.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Koinzidenzmnnipulator zur Justierung von in iunktionellen ZusammenhangThe invention is based on the object, a coincidence mnnipulator for adjustment of in iunctional connection

stehenden geometrisch bestimmten Objekten, insbesondere zur Justierung von gefaßten optischen Bauelementen zu einervorgegebenen Geräteachso oder zur Justierung einer optischen Achse zur mechanischen Achse einer Aufnahme nach zufassender optischer Bauelemente zu entwickeln, die unter Vermeidung von Stick-Slip-Effekten sowie eine dynamische als aucheine reproduzierbare Justierung im statischen und dynamischen Zustand der Objekte ohne eine Mittelpunktsjuatierbedingungermöglicht.standing geometrically determined objects, in particular for the adjustment of composited optical components to a given device or to adjust an optical axis to the mechanical axis of a recording after receiving optical components, avoiding stick-slip effects and a dynamic as well as a reproducible adjustment in the static and dynamic state of the objects without a midpoint jitter condition.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Koinzidenzmanipulator mit einem Objektaufnahmetisch, welcher über ein alsAccording to the invention the object is achieved by a coincidence manipulator with an object shooting table, which as a Gegenlager ausgebildetes Federelement mit einem Gestell verbunden ist sowie Translationselementen, dadurch gelöst, daßAnvil trained spring element is connected to a frame and translation elements, solved in that

mindestens drei Translationselemente auf die Unterseite des Objektaufnahmetisches orientiert, radial verstellbar sowie aufeiner konzentrischen Bahn zu einer Manipulatorachse gleichmäßig verteilt angeordnet sind, die Translationselemente mitmagnetostriktion Wegaufnehmern versehen sind und die Translationselemente sowie die magnetostriktion Wegaufnehmerunter Ausbildung von Rückkoppelkreisen mit einem Netz/Ansteuergerät sowie einem Mikroprozessor in Vorbindung stehen.oriented at least three translation elements on the underside of the object picking table, radially adjustable and evenly distributed on a concentric path to a manipulator axis, the translation elements mitmagnetostriktion Wegaufnehmer are provided and the translation elements and the magnetostriction Wegaufnehmerunterbildung of feedback circuits with a network / drive device and a microprocessor in Vorbindung stand.

Vorteilhafterweise sind analog der Verteilung der Tram Jationselemente auf einer zweiten, inneren konzentrischen Bahn zurAdvantageously, analogous to the distribution of the tram Jationselemente on a second, inner concentric path to Manipulatorachse Wandlerelemente im Federelement angeordnet, die ebenfalls mit dem Netz/Ansteuergerät und demManipulator axis transducer elements arranged in the spring element, which also with the network / drive unit and the Mikroprozessor in Verbindung stehen.Microprocessor communicate. Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Tranelationselemente und die Wandt srelemente über horizontal wirkende, mitFurthermore, it is advantageous if the Tranelationselemente and Wandt srelemente on horizontally acting, with

magnetostriktiven Wegaufnehmorn versehene Stellelemente miteinander verbunden und die Stellelemente an das Netz/magnetostrictive Wegaufnehmorn provided actuators connected to each other and the control elements to the network /

Ansteuergerät sowie den Mikroprozessor gekoppelt sind.Actuator and the microprocessor are coupled. In vorteilhafter Ausgestaltung sind Translations-, Wandler- und Stellelemente als Piezoelemente ausgebildet.In an advantageous embodiment, translational, transducer and control elements are designed as piezoelectric elements. Durch voneinander unabhängige Ansteuerung und damit Längsänderung der einzelnen Translationselemente wird erreicht, daßBy independent control and thus longitudinal change of the individual translation elements is achieved that

sowohl eine vertikale Bewegung als auch Kippungen des Objektaufnahmetisches um einen beliebigen Raumpunkt durchgeführtwerden können. In Verbindung mit den magnetostriktiven Wegaufnehmern, einer entsprechenden Ansteuerschaltungausgehend vom Netz/Ansteuergerät und dom Mikroprozessor erfolgen die Stollbewegungen innerhalb geschlossenerboth a vertical movement and tilting of the object shooting table can be performed around any point in space. In conjunction with the magnetostrictive transducers, a corresponding drive circuit from the network / driver and dom microprocessor, the Stollbewegungen done within closed

Rückkoppelkreise. Damit ist sowohl die Messung als auch eine Justierung nach einem dynamischen Wirkprinzip realisierbar.Feedback circuits. Thus, both the measurement and an adjustment according to a dynamic action principle can be realized. Durch radiale Verschiebung der Translationselemente wird die Feinfühligr.eit iios Manipulators verbessert.By radial displacement of the translation elements the Feinfühligr.eit iios manipulator is improved. Der Einsatz des erfindungsgemäßen Manipulators führt infolge seines dynamischerrWirkprinzipes und der spiel- und stick-slip-The use of the manipulator according to the invention, due to its dynamic action principle and the play and stick slip

freien konstruktiven Ausführung zu einer Erhöhung der Qualität der Justierung und damit zu einer Qualitätssteigerung an denzur Koinzidenz zu bringenden Objekten, bei gleichzeitiger Senkung von technologischen Kosten.free structural design to an increase in the quality of the adjustment and thus to an increase in the quality of the objects to be brought to coincidence, while reducing technological costs.

Ausführungsbeispielembodiment In einem nachstehenden Ausführungsbeispiel soll der erfindungsgemäße Koinzidenzmanipulator zur Justierung einerIn an embodiment below, the coincidence manipulator according to the invention for adjusting a

windschief im Raum liegenden Geraden zu einer im Normal verkörpernden Geräteachse näher erläutert werden.skewed in space straight lines are explained in more detail to a device embodying the standard axis.

Die dazu gehörende Figur zeigt ein Gestell 1, auf welchem durch ein Federelemont 2 ein Tisch 3 spielfrei angeordnet ist. DerThe accompanying figure shows a frame 1, on which a spring element 2, a table 3 is arranged without play. The Tisch 3 trägt eine gefaßte optische Baugruppe 4, deren optische Achse 5a mit einer Manipulatorachse 5b in ÜbereinstimmungTable 3 carries a mounted optical assembly 4, the optical axis 5a with a manipulator axis 5b in accordance

zu bringen ist. Mit dem Tisch 3 in mechanischem Kontakt stehend, sind Translationselemente 6,7 und 8 um 120 Grad versetzt aufgleichem Radius vertikal angeordnet. Analog zu weiteren, nicht mit dem Tisch 3 in Verbindung stehenden Wandlerelementen 9,10 und 11, sind die Translationselemente 6,7 und 8 weiterhin relativ fest mit dem Gestell 1 verbunden.to bring is. Standing in mechanical contact with the table 3, translation elements 6, 7 and 8 are arranged vertically offset by 120 degrees with the same radius. Analogously to other transducer elements 9, 10 and 11 not associated with the table 3, the translation elements 6, 7 and 8 are furthermore connected relatively firmly to the frame 1.

Weitere drei Steilelemente 12,13 und 14 bilden eine horizontale Verbindung der in Flucht stehenden Wandlorolemento 9,10 undAnother three steep elements 12,13 and 14 form a horizontal connection of the aligned Wandlorolemento 9,10 and In den Translationselementen β, 7 und 8 und den Stellelementen 12,13 und 14 sind magnetostriktive Wegaufnehmer 15,16,17,In the translation elements β, 7 and 8 and the actuating elements 12, 13 and 14 are magnetostrictive transducers 15, 16, 17,

18,19 und 20 integriert. Jedes Translationsstellelement mit magnetostriktivem Wegaufnehmer befindet sich neben einem18,19 and 20 integrated. Each translational actuator with magnetostrictive transducer is located next to one

Netz/Ansteuerger8t 21 und einem Mikroprozessor 22 in einem RücAkoppelkreis.Mains / Ansteuger8t 21 and a microprocessor 22 in a RücAkoppelkreis. Je nach Lage der optischen Achse 5a werden im Mikroprozessor 22 die Stellungen und Zustände der anzusteuernden ElementeDepending on the position of the optical axis 5a in the microprocessor 22, the positions and states of the elements to be controlled

ermittelt.determined.

Zunächst erfolgt eine Kippung der optischen Achse 5a bis zum Schnitt mit der Manipulatorachse 5b. Daraufhin erfolgt eineFirst, a tilting of the optical axis 5a takes place until it intersects with the manipulator axis 5b. Then there is a

weitere Kippung um diesen Schnittpunkt bei axialkompensierendor Auszugsbewegung. Diese Kippung erfoigt durch dieprozessorgestutzte Ansteuerung der Translationselemente 6,7 und 8 in Korrelation im Regelkreis bis zur Übereinstimmung mitden von den magnetostriktiven We^aufnehmern 15,16 und 17 gelieferten Input.further tilt around this point of intersection with axial compensating pull-out movement. This tilting is achieved by the microprocessor-controlled actuation of the translation elements 6, 7 and 8 in correlation in the control loop until they match the input supplied by the magnetostrictive transducers 15, 16 and 17.

Eine Erhöhung der Feinfühligkeit des Koinzidenzmanipulators läßt sich durch eine laterale Verschiebung derAn increase in the sensitivity of the coincidence manipulator can be achieved by a lateral displacement of the Translationselemente 6,7 und 8 in Richtung größerer Radien erreichen.Achieve translation elements 6,7 and 8 towards larger radii. Diese Verschiebung wird durch wechselseitige Ansteuerung der jeweils fluchtenden Translations- bzw. Wandlerelemente 6 undThis shift is achieved by mutual control of the respectively aligned translation or conversion elements 6 and

9,7 und 10 sowie 8 und 11, bei ebenfalls zu den Wandelementen 9,10 und 11 gleichgetakteten Stellelementen 12,13 und 14,erreicht. Der bestehende Regelkreis mit den Wegaufnehmern 19,19 und 20 realisiert die erforderlichen Radien, die imfunktioneilen Zusammenhang mit der Feinfühligkeit des Gesamtsystems stehen.9,7 and 10, and 8 and 11, also with the wall elements 9,10 and 11 gleichgetakteten control elements 12,13 and 14, achieved. The existing control loop with the displacement transducers 19, 19 and 20 realizes the required radii which are in functional connection with the sensitivity of the overall system.

Claims (4)

1. Koinzidenzmanipulator zur Justierung von im funktionellen Zusammenhang stehenden geometrisch bestimmten Objekten, insbesondere neuer Geräteteile oder virtueller Gebilde mit einem Objektaufnahmetisch, welcher über ein als Gegenlager ausgebildetes Federelement mit einem Gestell verbunden ist sowie Translationselementen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei Translationselemente (6,7,8) auf die Unterseite des Objektaufnahmetisches (3) orientiert, radial verstellbar sowie auf einer konzentrischen Bahn zu einer Manipulatorachse (5 b) gleichmäßig verteilt gestellfest angeordnet sind, die Translationselemente (6,7,8) mit Wegaufnehmern (15,16,17) versehen sind und die Transl&tionselemente (6,7,8) sowie die Wegaufnehmer (15,16,17) unter Ausbildung von Rückkoppelkreisen mit einem Netz/ Antteuergerät (21) sowie einem Mikroprozessor (22) in Verbindung stehen.1. coincidence manipulator for the adjustment of functionally related geometrically defined objects, in particular new device parts or virtual structure with an object receiving table, which is connected via a designed as an abutment spring element with a frame and translation elements, characterized in that at least three translation elements (6,7 , 8) on the underside of the object receiving table (3) oriented radially adjustable and on a concentric path to a manipulator axis (5 b) are evenly distributed fixed to the frame, the translation elements (6,7,8) with displacement sensors (15,16,17 ) and the translational elements (6, 7, 8) and the displacement transducers (15, 16, 17) are connected to a network / anti-theft device (21) and a microprocessor (22) to form feedback circuits. 2. Koinzidenzmanipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß analog der Verteilung der Translationselemente (6,7,8) auf einer zweiten inneren konzentrischen Bahn zur Manipulatorachse (5b), Wandlerelemente (9,10,11) im Federelement (2) angeordnet sind und mit dem Netz/Ansteuergerät (21) und dem Mikroprozessor (22) in Verbindung stehen.2. coincidence manipulator according to claim 1, characterized in that analogously to the distribution of the translation elements (6,7,8) on a second inner concentric path to the manipulator axis (5b), transducer elements (9,10,11) in the spring element (2) are arranged and in communication with the network / driver (21) and the microprocessor (22). 3. Koinzidenzmanipuli'tor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Translationselemente (6,7,8) und die Wandlerelemente (9,10,11) über horizontal wirkende, mit magnetostriktiven Wegaufnehmern (18,19,20) versehene Stellelemente (12,13,14) verbunden und die Stellelemente (12,13,14) an das Netz/Ansteuergerät (21) und den Mikroprozessor (22) gekoppelt sind.3. coincidence manipuli'tor according to claim 1, characterized in that the translation elements (6,7,8) and the transducer elements (9,10,11) via horizontally acting, with magnetostrictive displacement transducers (18,19,20) provided adjusting elements (12 , 13, 14) and the adjusting elements (12, 13, 14) are coupled to the network / drive device (21) and the microprocessor (22). 4. Koinzidenzmanipulator nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Translationselemente (6,7,8), die Wandlerelemente (9,10,11) und die Stellelemente (12,13,14) als Piezoelemente ausgebildet sind.4. coincidence manipulator according to claim 1 to 3, characterized in that the translation elements (6,7,8), the transducer elements (9,10,11) and the adjusting elements (12,13,14) are formed as piezoelectric elements.