RU215853U1 - Linear nanodisplacement transducer - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для масштабного преобразования линейных перемещений, а именно, где требуется высокая чувствительность перемещений исполнительного органа. Задачей заявляемой полезной модели является увеличение высокой чувствительности устройства, не усложняя конструкцию преобразователя. Указанная задача решается тем, что преобразователь линейных наноперемещений содержит корпус, ведущий и ведомый элементы, передающий элемент, расположенный между ними. В качестве передающего элемента использован рычаг, выполненный с корпусом как одно целое и соединенный с ним упругой связью. Рычаг разделен на три плеча, размещенные в одной плоскости и соединенные между собой упругими связями. Ведущий и ведомый элементы выполнены в виде шариков, установленных на концах первого и третьего плеч рычага. Шарик ведущего элемента контактирует с измерительным наконечником задатчика величины перемещения, а шарик ведомого элемента контактирует с измерительным наконечником нанометрического измеряемого элемента. Корпус и рычаг преобразователя выполнены из пластмассы и напечатаны на 3D-принтере как одна деталь. Использование указанной полезной модели позволяет получить увеличение высокой чувствительности устройства, не усложняя конструкцию преобразователя. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

The utility model relates to measuring technology and can be used for large-scale transformation of linear displacements, namely, where high sensitivity of the movements of the executive body is required. The objective of the claimed utility model is to increase the high sensitivity of the device without complicating the design of the transducer. This problem is solved by the fact that the transducer of linear nanodisplacements contains a body, leading and driven elements, a transmitting element located between them. As a transmitting element, a lever is used, made with the body as a whole and connected to it by an elastic connection. The lever is divided into three arms placed in the same plane and interconnected by elastic links. The driving and driven elements are made in the form of balls installed at the ends of the first and third arms of the lever. The ball of the leading element is in contact with the measuring tip of the displacement amount adjuster, and the ball of the driven element is in contact with the measuring tip of the nanometric measured element. The case and transducer arm are made of plastic and 3D printed as one piece. The use of this utility model makes it possible to obtain an increase in the high sensitivity of the device without complicating the design of the transducer. 2 w.p. f-ly, 2 ill.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для масштабного преобразования линейных перемещений, а именно, где требуется высокая чувствительность перемещений исполнительного органа.The utility model relates to measuring technology and can be used for large-scale transformation of linear displacements, namely, where high sensitivity of the movements of the executive body is required.

Известен преобразователь линейных перемещений, содержащий корпус, скользящие электрические контакты с изоляционным держателем, втулку, установленную с возможностью перемещения и фиксации в корпусе, воспринимающий элемент с возвратной пружиной, соединенный с управляющим элементом скользящих контактов и установленный в отверстии втулки. Изоляционный держатель скользящих электрических контактов выполнен с пазами для каждой щетки, центральным отверстием сечением в виде многогранника, при этом в стенках пазов выполнены отверстия под контактные элементы щеток, а управляющий элемент скользящих контактов, повторяющий форму отверстия держателя, размещен в отверстии держателя, при этом на управляющем элементе выполнены продольные скругленные выступы и впадины для контактирования с цилиндрическими поверхностями щеток, оси которых перпендикулярны к осям выступов управляющего элемента (см.патент на ИЗ РФ №2201003 по кл. МПК H01H 13/18, G01B7/14, 2000)A linear displacement transducer is known, comprising a housing, sliding electrical contacts with an insulating holder, a sleeve mounted for movement and fixation in the housing, a receiving element with a return spring connected to the sliding contacts control element and installed in the sleeve hole. The insulating holder of sliding electrical contacts is made with grooves for each brush, a central hole with a cross section in the form of a polyhedron, while holes for the contact elements of the brushes are made in the walls of the grooves, and the control element of the sliding contacts, repeating the shape of the holder hole, is placed in the holder hole, while on the the control element is made of longitudinal rounded protrusions and depressions for contact with the cylindrical surfaces of the brushes, the axes of which are perpendicular to the axes of the protrusions of the control element (see patent for IZ RF No.

Указанное решение очень сложное и дорогое.This solution is very complex and expensive.

Известно устройство для наноперемещений изделия, содержащие неподвижную направляющую и стол, шесть пьезоэлектрических преобразователей, жестко связанных с неподвижной направляющей и посредством опор с точечным контактом - со столом по структуре L-координат, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введено подвижное основание и двенадцать пьезоэлектрических преобразователей, причем шесть из них жестко связаны с неподвижной направляющей и жестко - с подвижным основанием по структуре L-координат, а другие шесть жестко связаны с подвижным основанием и посредством опор с точечным контактом - со столом также по структуре L-координат, причем жесткие связи двенадцати пьезоэлектрических преобразователей расположены на различных торцевых поверхностях подвижного основания по шесть на каждом торце (см. патент на ПМ №33463 по кл. МПК H01L 41/00, 2002).A device is known for nanodisplacement of a product, containing a fixed guide and a table, six piezoelectric transducers rigidly connected to a fixed guide and, by means of supports with point contact, to a table according to the structure of L-coordinates, characterized in that a movable base and twelve piezoelectric transducers are additionally introduced into the device. , and six of them are rigidly connected to the fixed guide and rigidly to the movable base according to the structure of L-coordinates, and the other six are rigidly connected to the movable base and through supports with point contact - to the table also according to the structure of L-coordinates, and the rigid connections of twelve piezoelectric transducers are located on different end surfaces of the movable base, six at each end (see patent for PM No. 33463 according to class IPC H01L 41/00, 2002).

В качестве преобразователя наноперемещений используется дорогостоящий пьезодвигатель, состоящий из двенадцати пьезоэлектрических преобразователей.An expensive piezoelectric motor consisting of twelve piezoelectric transducers is used as a nanodisplacement transducer.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является преобразователь линейных перемещений, содержащий соосные корпус, ведущее и ведомое звенья, мембраны для сопряжения ведущего звена с ведомым и ведомого звена с корпусом, размещенные в параллельных плоскостях и имеющие разные жесткости. В преобразователе выполнена мембрана для сопряжения ведущего звена с корпусом, параллельная и равная по размеру и жесткости мембране для сопряжения ведомого звена с корпусом, при этом мембрана для сопряжения ведущего звена с ведомым размещена между мембранами для сопряжения ведущего и ведомого звеньев с корпусом. Ведомое и ведущее звенья расположены внутри корпуса (см. патент на ИЗ №2237 864 по кл. МПК G01B 9/02, 2003)..The closest in technical essence to the claimed utility model is a linear displacement transducer containing a coaxial body, a driving and a driven link, a membrane for pairing the driving link with the driven link and the driven link with the body, placed in parallel planes and having different rigidities. The converter has a membrane for pairing the drive link with the housing, parallel and equal in size and rigidity to the membrane for pairing the driven link with the housing, while the membrane for pairing the drive link with the driven link is placed between the membranes for pairing the driving and driven links with the housing. The driven and driving links are located inside the body (see patent for IZ No. 2237 864 according to class IPC G01B 9/02, 2003).

В данном устройстве в качестве преобразователя линейных перемещений использована простая по конструкции шарико-винтовая пара, но дискретность измерения линейного перемещения прибора составляет более 1 мкм.In this device, a ball screw pair of simple design is used as a linear displacement transducer, but the discreteness of measuring the linear displacement of the device is more than 1 μm.

Задачей заявляемой полезной модели является увеличение чувствительности устройства, не усложняя конструкцию преобразователя.The objective of the claimed utility model is to increase the sensitivity of the device without complicating the design of the transducer.

Указанная задача решается тем, что преобразователь линейных наноперемещений содержит корпус, ведущий и ведомый элементы, передающий элемент, расположенный между ними. В качестве передающего элемента использован рычаг, выполненный с корпусом как одно целое и соединенный с ним упругой связью. Рычаг разделен на три плеча, размещенные в одной плоскости и соединенные между собой упругими связями. Ведущий и ведомый элементы выполнены в виде шариков, установленных на концах первого и третьего плеч рычага. Шарик ведущего элемента контактирует с измерительным наконечником задатчика величины перемещения, а шарик ведомого элемента контактирует с измерительным наконечником нанометрического измериеля.This problem is solved by the fact that the transducer of linear nanodisplacements contains a body, leading and driven elements, a transmitting element located between them. As a transmitting element, a lever is used, made with the body as a whole and connected to it by an elastic connection. The lever is divided into three arms placed in the same plane and interconnected by elastic links. The driving and driven elements are made in the form of balls installed at the ends of the first and third arms of the lever. The ball of the leading element is in contact with the measuring tip of the displacement value generator, and the ball of the driven element is in contact with the measuring tip of the nanometer gauge.

Кроме того, корпус и рычаг преобразователя выполнены из пластмассы.In addition, the housing and the transducer lever are made of plastic.

Корпус и рычаг напечатан на 3D-принтере как одна деталь.The body and lever are 3D printed as one piece.

Технический результат заключается в совокупности всех существенных признаков. Чувствительность преобразователя линейных наноперемещений обеспечивается передаточным отношением, а именно, длинами плеч рычага и за счет достижения дискретности перемещения его ведомого звена. Но рычаг с большим соотношением плеч увеличивает габариты и массу и повышает восприимчивость преобразователя к температурным изменениям окружающей среды. Предложена новая конструкция рычага, который не увеличивает габариты и массу преобразователя, но увеличивает длину плеч рычага, а, следовательно, повышает чувствительность преобразователя линейных наноперемещений. Кроме того, предложенная конструкция преобразователя позволяет напечатать на 3D-принтере рычаг и корпус преобразователя как одну деталь.The technical result consists in the totality of all essential features. The sensitivity of the converter of linear nanodisplacements is provided by the gear ratio, namely, by the lengths of the lever arms and by achieving discreteness of the movement of its driven link. But a lever with a large ratio of leverage increases the size and weight and increases the susceptibility of the converter to temperature changes in the environment. A new design of the lever is proposed, which does not increase the dimensions and weight of the transducer, but increases the length of the lever arms, and, consequently, increases the sensitivity of the linear nanodisplacement transducer. In addition, the proposed transducer design makes it possible to 3D print the lever and transducer housing as one piece.

На фиг. 1 показан общий вид преобразователя линейных наноперемещений.In FIG. 1 shows a general view of the linear nanodisplacement converter.

На фиг. 2 - фото преобразователя в работе.In FIG. 2 - photo of the converter in operation.

Преобразователь линейных наноперемещений содержит корпус 1, ведущий 2 и ведомый 3 элементы и передающий элемент 4, расположенный между ними. В качестве передающего элемента 4 использован рычаг, выполненный с корпусом 1 как одно целое и соединенный с ним упругими связями 5,6 и 7. Рычаг 4 разделен на три плеча 8, 9,10, размещенные в одной плоскости и соединенные между собой упругими связями 11 и 12. Ведущий 2 и ведомый 3 элементы выполнены в виде шариков, установленных на концах первого 8 и третьего 10 плеч рычага 4. Шарик ведущего 2 элемента контактирует с измерительным наконечником задатчика величины перемещения 13, а шарик ведомого элемента 3 контактирует с измерительным наконечником нанометрического измерителя 14. Корпус 1 и рычаг 4 преобразователя выполнены из пластмассы и напечатаны на 3D-принтере как одна деталь.The converter of linear nanodisplacements contains a body 1, a leading 2 and a driven 3 elements and a transmitting element 4 located between them. As a transmission element 4, a lever is used, made with the body 1 as a whole and connected to it by elastic links 5,6 and 7. The lever 4 is divided into three arms 8, 9,10, placed in the same plane and interconnected by elastic links 11 and 12. Leading 2 and driven 3 elements are made in the form of balls installed at the ends of the first 8 and third 10 arms of the lever 4. The ball of the leading 2 element is in contact with the measuring tip of the displacement value generator 13, and the ball of the driven element 3 is in contact with the measuring tip of the nanometric meter 14. The case 1 and the transducer arm 4 are made of plastic and 3D printed as one piece.

В качестве наномерического измерителя 14 можно использовать, например, тестируемый наноизмеритель. В качестве задатчика величины перемещения 13 можно использовать, например, микрометрический винт.As nanometer 14 can be used, for example, tested nanometer. As a setting value of displacement 13, you can use, for example, a micrometric screw.

Преобразователь линейных перемещений работает следующим образом. Базируемый наномерический измеритель 14 устанавливают на корпусе 1 преобразователя линейных наноперемещений таким образом, чтобы измерительный наконечник наномерического измерителя 14 контактировал с шариком ведомого элемента 3. Далее при помощи задатчика 13 устанавливают через передающий элемент 4 ведомый элемент 3 на наконечник тестируемого нанометрического измерителя 14.The linear displacement converter works as follows. The based nanometer 14 is installed on the housing 1 of the linear nanodisplacement converter in such a way that the measuring tip of the nanometer 14 is in contact with the ball of the driven element 3. Then, using the setter 13, the driven element 3 is installed through the transmitting element 4 on the tip of the tested nanometer meter 14.

Устройство используется на предприятии ЗАО «Мезон» при изготовлении прибора ДГ-30 и в процессе исследования, доводки и производства экспериментальных образцов.The device is used at CJSC Mezon in the manufacture of the DG-30 device and in the process of research, development and production of experimental samples.

Использование указанной полезной модели позволяет получить увеличение высокой чувствительности устройства, не усложняя конструкцию преобразователя.The use of this utility model makes it possible to obtain an increase in the high sensitivity of the device without complicating the design of the transducer.

Claims (3)

1. Преобразователь линейных наноперемещений, содержащий корпус, ведущий и ведомый элементы и передающий элемент, расположенный между ними, отличающийся тем, что в качестве передающего элемента использован рычаг, выполненный с корпусом как одно целое и соединенный с ним упругой связью, причем рычаг разделен на три плеча, размещенные в одной плоскости и соединенные между собой упругими связями, а ведущий и ведомый элементы выполнены в виде шариков, установленных на концах первого и третьего плеч рычага, причем шарик ведущего элемента контактирует с измерительным наконечником задатчика величины перемещения, а шарик ведомого элемента контактирует с измерительным наконечником нанометрического измерителя.1. A linear nanodisplacement transducer containing a body, a driving and a driven element and a transmission element located between them, characterized in that a lever is used as a transmission element, made with the body as a whole and connected to it by an elastic connection, and the lever is divided into three arms placed in the same plane and interconnected by elastic links, and the driving and driven elements are made in the form of balls installed at the ends of the first and third arms of the lever, and the ball of the leading element is in contact with the measuring tip of the displacement value generator, and the ball of the driven element is in contact with measuring tip of the nanometer meter. 2. Преобразователь линейных перемещений по п. 1, отличающийся тем, что корпус и рычаг выполнены из пластмассы.2. Linear displacement transducer according to claim 1, characterized in that the body and lever are made of plastic. 3. Преобразователь линейных перемещений по п. 1, отличающийся тем, что корпус и рычаг напечатан на 3D-принтере как одна деталь.3. Linear displacement transducer according to claim 1, characterized in that the body and lever are printed on a 3D printer as one piece.

Images