DE3814829A1 - Anordnung zur verdrehung einer flaeche - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum einachsigen Verdrehen einer Fläche für ein auszurichtendes Bauteil, insbesondere eines Spiegels, in kleinen Einstellbereichen.

In der Raumfahrttechnik werden Anordnungen dieser Art z. B. zur Satelliten- Kommunikation mittels Laserstrahlen verwendet. Um den Laserstrahl genau zum Empfänger zu lenken, wird eine verdrehbare Spiegelanordnung mit Raumfahrteigenschaften benötigt.

Raumfahrteigenschaften bedeuten in diesem Fall: Kleine Leistungsaufnahme, kleines Gewicht, kompakte Bauweise, Wartungsfreiheit, lange Lebensdauer.

Wartungsfreiheit, kleines Gewicht, kompakte Bauweise und lange Lebensdauer werden durch den mechanischen Aufbau bzw. durch die mechanische Anordnung der einzelnen Bauteile erreicht. Um eine kleine Leistungsaufnahme zu erzielen, werden Piezotranslatoren verwendet, deren Temperaturabhängigkeit und Hysterese durch geeignete Anordnung der Sensoren und durch den Regelkreis kompensiert werden. Die translatorische Bewegung des Piezotranslators wird durch eine Hebelanordnung in eine Verdrehbewegung umgesetzt. Durch die kleinen Verdrehbereiche der Spiegelanordnung von etwa 10′-15′ wird eine große Linearität der Anordnung gewährleistet.

Das mechanische Parallelogramm besteht aus einem flachen Körper in den Schlitze erodiert sind. Vier dünne mechanische Stege bilden Gelenkstellen, die eine kleine translatorische Bewegung zulassen.

Auf das mechanische Parallelogramm ist eine aus zwei erodierten Schlitzen und zwei mechanischen Verbindungen bestehende Hebelanordnung, die an drei Punkten gelagert ist und auf deren Frontseite sich der zu verdrehende Spiegel befindet, angeordnet.

Um die Mittelachse des mechanischen Parallelogramms ist der Piezotranslator untergebracht. Er stützt sich auf der einen Seite am Grundkörper ab. Auf der anderen Seite greift er in das Parallelogramm ein.

Dieser Piezotranslator kann bei größeren Abmessungen der erfindungsgemäßen Anordnung ein auf dem freien Markt erhältlicher Piezotranslator oder, wenn die erfindungsgemäße Anordnung bestimmte äußere Abmessungen nicht überschreiten soll, ein nach eigenen Vorstellungen entwickelter Piezotranslator sein.

Beide Piezotranslatoren sollten, um mechanische Zugspannungen am Piezotranslator bei dynamischen Bewegungen zu vermeiden mechanisch, z. B. durch eine Feder, vorgespannt sein. Die Feder ist auf der einen Seite zwischen dem Piezotranslator und dem Grundkörper angeordnet. Auf der gegenüberliegenden Seite befindet sich eine Justierschraube.

Über die Justierschraube kann die Nullstellung der Anordnung eingestellt werden.

Die Kennlinie der Feder ist im Arbeitsbereich der Vorrichtung annähernd konstant, so daß über den gesamten Arbeitsbereich der Vorrichtung eine annähernd konstante Vorspannung des Piezotranslators erreicht wird.

Bei Längenänderungen des Piezotranslators wird eine Verschiebung des Parallelogramms und über die Hebelanordnung eine Verdrehung des Spiegels erreicht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen prinzipiellen Aufbau eines Ausführungsbeispiels der Anordnung,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel in einem Schnitt entlang der Längsachse der Anordnung,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel in einer Seitenansicht,

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel in einer Frontansicht,

Fig. 5 einen prinzipiellen Aufbau einer Weiterbildung.

In Fig. 1 ist mit 1 der Grundkörper der Anordnung bezeichnet. Auf diesem Grundkörper 1 ist ein mechanisches Parallelogramm, bestehend aus drei mechansichen Verbindungen A, B, C angeordnet. Die vierte mechanische Verbindung des mechanischen Parallelogramms wird durch den Abstand a, b des Grundkörpers 1 der Gelenkstellen a, b auf dem Grundkörper 1 gebildet. Die senkrechten mechanischen Verbindungen A und C des mechanischen Parallelogramms sind über zwei Gelenkstellen b und a mit dem Grundkörper 1 und die waagerecht liegende mechanische Verbindung B ist über zwei Gelenkstellen c und d mit den mechanischen Verbindungen A und C verbunden. Um die Mittelachse des mechanischen Parallelogramms ist ein Piezotranslator 2 in einer Bohrung untergebracht, der sich auf der einen Seite am Grundkörper 1 abstützt und auf der anderen Seite auf die mechanische Verbindung C oder auf eine, an der mechanischen Verbindung B befestigten Verbreiterung (Fig. 2 und 5) wirkt.

Zwischen dem Grundkörper 1 und dem Piezotranslator 2 ist eine Feder (nicht dargestellt) angeordnet, um mechanische Zugspannungen am Piezotranslator bei dynamischen Bewegungen zu vermeiden.

Mittels einer Justierschraube (nicht dargestellt) kann die Nullstellung der Anordnung eingestellt werden. Diese Justierschraube wirkt vom Grundkörper 1 direkt auf den Piezotranslator 2.

Auf der mechanischen Verbindung B des mechanischen Parallelogramms befindet sich eine Gelenkstelle e einer Hebelanordnung D, E. Eine zweite und dritte Gelenkstelle f und g der Hebelanordnung D, E ist neben dem mechanischen Parallelogramm angeordnet. Die Gelenkstelle g ist mit dem Grundkörper 1 auf der einen Seite und über eine mechanische Verbindung E mit der Gelenkstelle f und über eine weitere mechanische Verbindung D der Hebelanordnung D, E mit der Gelenkstelle e verbunden.

Zwei berührungsfrei, z. B. induktiv, arbeitende Sensoren 7 sind in Bewegungsrichtung gesehen auf einer Seite der mechanischen Verbindung E angeordnet. Jeder der beiden Sensoren 7 ist über eine separate Leitung mit dem Differentialverstärker 10 elektrisch verbunden. Durch einen dritten Eingang läßt sich der Regelkreis 2, 7, 10 von außen mit einem Stellsignal beeinflussen. Der Differentialverstärker 10 wirkt auf den Piezotranslator 2.

Wird dem Differentialverstärker 10 ein Stellsignal über den dritten Eingang zugeführt, dann erzeugt der Piezotranslator 2 eine Längenänderung. Da sich der Piezotranslator auf der einen Seite am Grundkörper 1 abstützt und auf der anderen Seite auf die mechanische Verbindung C (oder B) wirkt, wird diese Längenänderung über die mechanische Verbindung B des mechanischen Parallelogramms A, B, C auf die Hebelanordnung D, E übertragen und der Spiegel 6 auf der mechanischen Verbindung E um die Gelenkstellen f und g verdreht. Die Sensoren 7 erfassen die Verdrehung des Spiegels 6 und melden den Betrag der Verdrehung an den Differentialverstärker 10, der solange ein Stellsignal liefert, bis die Sensoren die gewünschte Position melden.

Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel in einer senkrechten Schnittzeichnung entlang der Längsachse des Piezotranslators.

Der Grundkörper 1 ist durch einen erodierten Schlitz von den Gelenkstellen b, c des mechanischen Parallelogramms 1, A, B, C getrennt. Ein weiterer Schlitz trennt die Gelenkstellen a und d des mechanischen Parallelogramms 1, A, B, C von der Hebelanordnung, die durch die Gelenkstellen e, f, g und durch die mechanischen Verbindungen D, E gebildet wird.

Der in einer Bohrung im Grundkörper 1 und im mechanischen Parallelogramm 1, A, B, C untergebrachte Piezotranslator 2 drückt bei einer Längenänderung auf die mechanische Verbindung B, so daß sich das mechanische Parallelogramm 1, A, B, C oben nach rechts oder links bewegt, je nach Richtung der Längenänderung des Piezotranslators 2. Über die mechanische Verbindung D der Hebelanordnung D, E mit den Gelenkstellen e, f, g wird diese Längenänderung auf die mechanische Verbindung E und dem auf der Frontfläche befindlichen Spiegel übertragen.

In Fig. 3 ist eine Seitenansicht des Ausführungsbeispiels dargestellt. Die die Stellung des Spiegels 6 fühlenden Sensoren 7 sind in Sensorkörpern 5 und 8 untergebracht und mit einer Sensorhalterung 4 am Grundkörper 1 festgeklemmt. Mit 3 ist ein Anschlußkabel für einen der Sensoren bezeichnet und mit 9 ein Anschlußkabel für den Piezotranslator 2.

Die Fig. 4 zeigt das Ausführungsbeispiel in einer Frontansicht. Die seitliche Verlängerung des Spiegels 6 liegt vor den Sensoren (die nicht sichtbar sind) und bildet mit seiner Rückseite die Meßfläche für die Sensoren.

Die Fig. 5 zeigt einen prinzipiellen Aufbau einer Weiterbildung der Anordnung. Bei dieser Weiterbildung ist die mechanische Verbindung E der Hebelanordnung D, E über die Gelenkstelle g mit dem Grundkörper 1 verbunden. Die mechanische Verbindung D der Hebelanordnung D, E greift über die Gelenkstelle f etwa in der Mitte der mechanischen Verbindung E an. Der Spiegel 6 liegt mit seiner Fläche parallel zur mechanischen Verbindung D der Hebelanordnung D, E.

Der Vorteil dieser Weiterbildung besteht darin, daß der Spiegel 6 mit seiner Fläche auch parallel zur mechanischen Verbindung E der Hebelanordnung D, E angeordnet werden kann. Hierdurch wird die Anwendungsmöglichkeit der Anordnung wesentlich erhöht.

Ferner wird die mechanische Verbindung D in dieser Anordnung nur auf Zug beansprucht. Dies wirkt sich günstig auf die Gelenke e, f aus, wenn diese z. B. in Form von Blattfedergelenken ausgeführt werden.

• Bezugszeichenliste  1Grundkörper  2Piezotranslator  3Anschlußkabel für Sensor  4Sensorhalterung  5Sensorkörper  6Spiegel  7Sensoren  8Sensorkörper  9Anschlußkabel für Piezotranslator 10Differentialverstärker a-dGelenkstellen des mechanischen Parallelogramms e-gGelenkstellen der Hebelanordnung A-Cmechanische Verbindungen des Parallelogramms D-Emechanische Verbindungen der Hebelanordnung

Claims (3)

1. Anordnung zur Verdrehung einer Fläche für ein auszurichtendes Element (insbesondere eines Spiegels) in einem kleinen Verdrehbereich, dadurch gekennzeichnet, daß ein Piezotranslator (2) und eine Hebelanordnung (D, E) vorgesehen sind und daß durch Einführen der Translationsbewegung in die Hebelanordnung (D, E) die Verdrehung erzielt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an zwei festen Punkten (a, b) ein mechanisches Parallelogramm A, B, C) angeordnet ist und daß ein vom Piezotranslator (2) zu verschiebendes Teil (D) an diesem mechanischen Parallelogramm A, B, C) befestigt ist, wobei der Abstand zwischen den Punkten a und b bedeutet.

3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkstelle (e) der Hebelanordnung (D, E) mit dem zu verschiebenden Teil (D) verbunden ist.