Устройство прецизионного перемещения

Полезная модель относится к измерительной технике, предназначена для линейных подвижек и может быть использована для перемещения небольших и оптически прозрачных компонентов.
Из уровня техники известен двухкоординатный микропозиционер, содержащий основание, на котором закреплен первый привод по первой координате, сопряженный посредством первого рычага и первого гибкого поводка с первой подвижной кареткой, при этом первый рычаг установлен на основании с использованием первого гибкого шарнира, а первая подвижная каретка установлена на основании посредством первых гибких направляющих. На первой подвижной каретке расположена вторая подвижная каретка посредством вторых гибких направляющих. Имеется второй привод по второй координате со вторым рычагом, имеющим второй гибкий шарнир, и второй гибкий поводок. Второй привод закреплен на основании и сопряжен вторым рычагом посредством второго гибкого поводка со второй подвижной кареткой. Второй рычаг установлен на основании с использованием второго гибкого шарнира. Между основанием и первым и вторым гибкими шарнирами введены вставки с температурным коэффициентом расширения, отличающимся от температурных коэффициентов основания, первой и второй подвижных кареток, первого и второго рычагов, первых и вторых гибких направляющих и приводов. К первому и второму приводам по первой и второй координатам могут быть присоединены первый и второй тензодатчики измерения положения (RU 2306621 С1 20.09.2007).
Известно также устройство прецизионного перемещения, содержащее направляющую, выполненную из монокристаллического материала, каретку, сопряженную с ней, а также привод, установленный на направляющей и сопряженный с кареткой. В устройство введен базовый элемент, на котором закреплены направляющая и привод, а каретка содержит первый фрагмент и второй фрагмент, расположенные под углом друг к другу (RU 2537363 C2 10.01.2015).
Наиболее близким аналогом является устройство снабжено основанием, образующим с установленной на нем кареткой и с размещенным на каретке подвижным звеном двухкоординатный горизонтальный стол, приводами линейных перемещений каретки и подвижного звена. Механизм совмещения и позиционирования включает подвижную нижнюю раму, связанную посредством упругих шарниров с платформой, подвижную верхнюю раму, связанную с тремя приводами ее линейных перемещений по вертикали и предметным столиком. Приводы линейных перемещений по горизонтали механизма совмещения и позиционирования установлены на подвижном звене и связаны с нижней подвижной рамой и платформой. Приводы линейных перемещений по вертикали подвижной верхней рамы установлены на платформе, а предметный столик связан с приводами линейных перемещений по горизонтали, установленными с возможностью обеспечения его вращения относительно вертикальной оси. Изобретение направлено на расширение функциональных возможностей за счет перемещений выходного звена по шести степеням свободы (RU 2160884 C1 20.12.2000).
Основными недостатками указанных выше устройств является то, что при перемещении линейного позиционера вдоль вала помимо линейной составляющей в поперечной плоскости возможны колебания (вверх-вниз, влево-вправо). Это стандартный недостаток всех передач, построенных по принципу червячной передачи («гайка-винт»).
Техническая проблема заявленного устройства заключается в снижении указанных колебаний смещения платформы при горизонтальном движении.
Техническим результатом является обеспечение возможности равномерности перемещения платформы устройства.
Указанный технический результат достигается в устройстве прецизионного перемещения, содержащем по меньшей мере одну платформу, приводимую в движение электрическим приводом, включающим шаговый двигатель, передачу ходовой винт-гайка, образованную посредством резьбового вала шагового двигателя и гайки, объединенной с мембранной муфтой, сглаживающей осевые толчки при вращении вала двигателя с резьбовой передачей и выполненную с возможностью обеспечения равномерности перемещения платформы, при этом платформа выполнена с возможностью соединения с аналогичными платформами путем совмещения выступов одной платформы с углублениями, выполненными на другой платформе, и фиксации их посредством соединительных элементов.
Заявленная полезная модель поясняется с использованием чертежей, где
Фиг. 1 - заявленное устройство (соединение из трёх линейных подвижек), на которой: 1 - Поверхность А, устройство 1; 2 - Поверхность Б, устройство 1; 3 - Поверхность А, устройство 2; 4 - Поверхность Б, устройство 3; 5 - «Шипы» на поверхностях «Б»; 6 - Поверхность В, устройство 3; 7 - «Пазы» на поверхностях «А» и «В».
Фиг. 2 - схема устройства (вид изнутри), на которой 8 - Двигатель; 9 - Вал двигателя; 10 - Гайка, соединённая с мембранной муфтой; 11 - Элемент, «гасящий» колебания.
Мембранная муфта в заявленном техническом решении объединена с гайкой (поз. 10) и предназначена для снижения биений вала, т.е. мембранная муфта является элементом, «гасящим» колебания (поз. 11). Негативные колебания, которые характерны для таких систем гайка-винт, это биения винта во время движения, которые передаются в биения платформы. В том числе, речь о колебаниях в вертикальной плоскости при горизонтальном перемещении. В предложенной конструкции гайка конструктивно выполнена совместно с мембранной муфтой (поз. 10), а второй конец муфты неподвижно прикреплён к движимой платформе. В результате снижаются вертикальные смещения платформы при горизонтальном движении.
Принцип работы устройства построен на использовании шагового двигателя (поз. 8), работа которого приводит в движение вал (поз. 9) и, как следствие, перемещение вдоль вала (поз. 9) гайки, вращение которой конструктивно ограничено. Поскольку гайка перемещается вдоль вала (поз. 9) и жестко связана с платформами, то последние двигаются вместе с гайкой. Движение платформ и является желаемым результатом работы прибора.
Устройство прецизионного перемещения, содержащее одну платформу, осуществляет перемещение (перемещается) по одной координате (линейная подвижка - подвижка вдоль линии).
Поскольку подвижные платформы устройств не являются плоскими, т.к. обладают рельефом (выступы углубления), допускающим сочленение платформ двух (или более) устройств, которое обеспечивает их ортогональность.
Каждая платформа обладает тремя конструктивными поверхностями, которые могут участвовать в объединении с другими аналогичными платформами (условно, типов А (верх), Б (низ) и В (торец)). На фиг. 1 для иллюстрации обозначены поверхности А (поз. 1, 3), Б (поз. 2, 4), и В (поз. 6) трех платформ. Плоскости А (поз. 1, 3) и Б (поз. 2, 4) параллельны друг другу, а плоскость В (поз. 6) перпендикулярна им. Можно видеть, что поверхности «Б» (поз. 2, 4) платформ отличаются от А (поз. 1, 3) и В (поз. 6) наличием шипов (поз. 5), выступающих над поверхностью продолговатых элементов прямоугольного сечения, в то время, как на поверхностях А (поз. 1, 3) и В (поз. 6) присутствуют пазы (поз. 7), также продолговатые элементы, являющиеся углублениями на поверхностях. В рамках одного устройства прецизионного перемещения пазы (поз. 7) и шипы (поз. 5) поверхностей А (поз. 1, 3) и Б (поз. 2, 4) соответственно ортогональны друг другу. При этом ширина шипов (поз. 5) поверхности Б (поз. 2, 4) немного меньше, чем ширина пазов (поз. 7) на поверхностях А (поз. 1, 3) и В (поз. 6), что позволяет совмещать пазы (поз. 7) одной платформы и выступы (шипы) (поз. 5) другой, обеспечивая плотное соединение и ортогональность осей совмещаемых платформ. Также в поверхностях присутствуют отверстия, через которые, при помощи винтов, обеспечивается фиксация конструкции из соединённых устройств.  Никакие другие детали для организации сборок, обеспечивающих возможность перемещения по 2-3 осям, не требуются.