Микроманипулятор

 

МИКРОМАНИПУЛЯТОР, содержащий корпус из двух пластин и устройство крепления микроинструмента, о тличающийся тем, что, с целью плавного движения и стабильного поддержания положения микрринструмента, корпус выполнен из биметаллической пластины с термостабилизацией.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (! (!

4(5!) 6 02 В 21/32

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3588593/28-13 (22) 04.05.83 (46) 15.06.85. Бюл. Р 22 (72) В.И. Горячев и Е.В. Межбурд (53) 615.75(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР ((- 930795, кл. (j 02 В 21/32, 1979. (54) (57) МИКРОМАНИПУЛЯТОР, содержащий корпус из двух пластин и устройство крепления микроинструмента, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью плавного движения и стабильного поддержания положения микроинструмента, корпус выполнен из биметаллической пластины с термостабилизацией.

1 l 61910

Изобретение относится к микроманипуляторам, обеспечивающим малые, но точные перемещения инструмента.

Цель изобретения — плавное движение и стабильное поддержание положе- 5 ния микроинструмента.

На фиг. 1 схематически представлен микроманипулятор вид сбоку, на фиг.2— разрез A-А, на фиг, 1, на фиг. 3 одна из возможных схем средства зада-1О ния и поддержания температуры каж— дого из термоуправляемых устройств перемещения микроинструмента, на фиг ° 4 — схема поясняющая расчет перемещения конца микроинструмента. !

5 3

Микроманипулятор содержит (фиг. 1) устройство осевого (продольного) перемещения микроинструмента, установленное в корпусе 1. Корпус 1 с устройством осевого перемещения расположен 20 в каркасе 2. На корпусе 1 укреплено червячное колесо 3, связанное с червяком 4. На каркасе 2 установлены прижимная гайка 5 и ограничитель 6.

Между корпусом 1 и каркасом 2 распо- >5 ложена конусная фиксирующая втулка 7.

Каркас 2 установлен на шарнире 8 с устройством жесткой фиксации каркаса 2, например, стопорным винтом (на фиг. 1 не показан). Шарнир 8 укреп- 30 лен на теплоизоляторе 9, который установлен на конце горизонтальной биметаллической пластины 10. На биметаллической пластине 10.закреплены термочувствительный элемент 11 и нагрева- Э5 тельный элемент 12, связанные со сред" ством 13 задания и поддержания температуры, причем вход средства связан с термочувствительным элементом 11, а выход — с нагревательным элементом gg

12. Горизонтальная биметаллическая пластина 10 другим своим концом закреплена на теплоизоляторе 14, который установлен на конце вертикальной биметаллической пластины 15, другой конец которой закреплен на теплоизоляторе 16. Теплоизолятор 16 установлен на основании, например, микроскопа (не указан). На вертикальной биметаллической пластине 15 расположены 5О термочувствительный элемент 11 и на.— гревательный элемент 12, связанные со средством 13 задания и поддержания температуры. Горизонтальная биметаллическая пластина 10 окружена тепло- 55 выравнивающим экраном 17, Вертикаль" ная биметаллическая пластина 15 окружена тепловыравнивающим экраном 18.

Для лучшего температурного выравнивания на внешней поверхности каждого из тепловыравнивающих экранов 17 и 18 расположены термочувствительный элемент и пленочный нагреватель, связанные с регулятором температуры экрана (эти элементы не указаны), обеспечивающие при необходимости поддержание требуемой температуры экрана с точностью 0,1 град и выше.

Одна из возможных сред средства задания и поддержания температуры каждой из биметаллической пластин представлена на фиг. 3 (на фиг. 3 представлена схема для горизонтальной ппастины 10, для вертикальной пластины 15 схема аналогична). Само средство 13 на фиг. 3 ограничено пунктирной линией. На пластине 10 укрепи ен термочувствительный элемент 1 l, например термометр сопротивлений. Термометр "îïðîòèâëåíèé 1 l, пассивный резистор 19 и переменный резистор 20 соединены по мостовой схеме. К измерительной диагонали моста подключен регулятор 21 температуры пластины. Выход регулятора 21 подключен к нагревательному элементу 12, например распределенному пленочному нагревателю, укрепленному на пластине

10, Подвижный контакт переменного резистора 20 соединен с валом электродвигателя 22, например шагового, который связан с блоком задания скорости двигателя 23.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Для выбора правильного положения микроинструмента вращают червяк 4.

Вращение червяка 4 передается червячному колесу 3 и связанному с ним корпусу 1 с расположенным в нем устройством осевого перемещения микроинструмента и укрепленному на нем микроинструменту, тем самым обеспечивается вращение микроинструмента относительно оси. Правильность положения микроинструмента относительно объекта контролируется при помощи микроскопа. Правильным положением считается такое положение, при котором прогиб Микроинструмента направлен вверх, После выбора правильного положения микроинструмента корпус 1 неподвижно фиксируется в каркасе 2 прижимной гайкой 5 и конусной втулкой 7. Вращение гайки 5 обеспечивает перемещение втулки 7 до упора в кор116 i пус 1, тем самым обеспечивается фиксация корпуса 1 в каркасе 2. Усилие прижима и воспроиэводимость осевого смещения при фиксации обеспечивается ограничителем 6. Предварительное (на- 5 чальное) положение устройства осевого перемещения задается вращением каркаса 2 на шарнире 8. После чего каркас 2 неподвижно фиксируется на шарнире 8, например, стопорным винтом (не указан). Предварительное перемещение обеспечивается микрометрическими подачами (не указаны) .

Точные перемещения микроинструмента обеспечиваются следующим образом. Блок задания скорости вращения двигателя 23 (фиг. 3) задает программу вращения вяла двигателя 22, например непрерывное вращение вала с постоянной скоростью или дискретное вращение вала с наперед заданной величиной шага и скоростью внутри шага.

При этом вал двигателя 22, связанный с подвижным контактом переменного резистора 20, обеспечивает перемещение подвижного контакта 8 соответствии с заданной программой. Сигнал с подвижного контакта переменного резистора

20 сравнивается мостовой схемой с М сигналом, поступающим с термочувствительного элемента 11. Разность сигналов поступает на регулятор 21 температуры биметаллической пластины (10. Регулятор 21 температуры усилива-35 ет разностный сигнал и передает его на тепловой исполнительный элемент, который изменяет температуру пластины 10 так, чтобы разность сигналов с измерительной диагонали моста свести% к нулю, т.е. при этом обеспечивается равенство. сигналов с термочуствительного элемента 11 и переменного резистора 20, что обеспечивает программный нагрев и охлаждение пластины 10.4S

При неподвижном контакте переменного резистора 20 регулятор 21 обеспечивает постоянную температуру пластины 10 с точностью 0,01-0,001 град..

Подвижный контакт переменного рези- SO стора 20 имеет переключение на ручное управление (не указано),которое обеспечивает ручное задание температуры пластины 10 с точностью 0,05О, 1 град при поддержании заданной тем- SS пературы пластины с точностью 0,010,001 град., Изменение температуры биметаллической пластины вызывает ее

910 4 изгиб. Горизонтальная биметаллическая пластина 10 закреплена одним концом в теплоизоляторе 14. Поэтому при ее нагреве будет перемещаться вертикально противоположный конец 10 с закрепленным на нем устройством осевого перемещения микроинструмента причем пластина 10 расположена так, что ее нагрев вызывает перемещение конца пластины 10, например, вниз, а ее охлаждение — перемещение конца пластины 10 вверх. Вертикальная биметаллическая пластина 15 одним концом неподвижно закреплена в теплоизоляторе 16, Поэтому при ее на-. греве горизонтально будет перемещаться противоположный конец пластины 15 с закрепленным на нем теплоиэолятором 14 и биметаллической пластиной

10. Причем пластина 15 расположена так, что ее нагрев вызывает перемещение конца пластины 15, например, влево, а ее охлаждение — перемещение конца пластины 15 вправо. Таким образом, вертикальный изгиб горизон,тальной биметаллической пластины 10 обеспечивает перемещение микроинструмента в вертикальном направлении, а горизонтальный изгиб вертикальной биметаллической пластины 15 обеспечивает перемещение микроинструмента в горизонтальном направлении. Для уменьшения влияния изменения температуры окружающей среды на температуру пластин и влияния температуры одной пластины на температуру другой пластины каркас 2 закреплен иа конце пластины 10 через теплоизолятор 9, пластина 10 закреплена на конце пластины 15 через теплоизолятор 14, пластина 15 закреплена на основании, например, микроскопа череэ теплоизолятор 16. При этом пластины окружены тепловыравнивающими экранами, температура которых поддерживается с точностью выше 0,1 С. Для обеспечения режима охлаждения температура экрана задается на несколько градусов ниже температуры пластины.

Точность вертикальных и горизонтальных перемещений микроинструмента составляет (1-2) ° 1(Г мкм.

Диапазон необходимых микроперемещений, например от 5 мкм до 10 мкм, обеспечивается подбором материалов биметаллических пластин и выбором их геометрических размеров. Для более равномерного прогрева исполни1161910

A-A

6 тельного элемента вместо биметаллических пластин могут быть применены биметаллические стержни, имеющие в сечении, например, круг.

1161910

Фиг. Ф

Составитель А.. Пешков

Техред О.Ващишина Корректор А, Тяско

Редактор М. Бандура

Тираж 526 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-ÇS, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 3967/49

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4