Устройство для манипулирования сферическим объектом

 

Изобретение относится к микроманипуляторной технике и может быть использовано при отборе микросфер, напылении и контроле мишеней для лазерного термоядерного синтеза или при контроле шариков для подшипников. Устройство содержит привод и две опоры, связанные с приводами. Привод одной опоры выполнен в виде вибратора, а второй - в виде привода вращения. В устройстве имеется прижим для объекта, выполненный с отверстием. С прижимом связано устройство для откачки жидкости или газа через данное отверстие. Опоры расположены под углом одна относительно другой и по разные стороны относительно оси отверстия. 1 ил.

Изобретение относится к микроманипуляторной технике и может быть использовано при отборе микросфер, напылении и контроле мишеней для лазерного термоядерного синтеза или при контроле шариков для подшипников.

При подготовке мишеней для ЛТС приходится проводить отбор и измерение параметров микросфер, напыление и контроль качества поверхности. Все операции требуют вращения сфер по заданному закону.

Известно устройство для расположения образца в герметичной газовой камере (патент Франции N 2115822, кл. B 25 J 7/00), содержащее два электромотора механически связанные друг с другом, что обеспечивает дополнительное поступательное перемещение и/или вращение. Валы электромоторов могут быть установлены перпендикулярно друг другу. Известное устройство обладает ограниченными функциональными возможностями, а именно, оно не обеспечивает вращение объекта по заданному закону.

Наиболее близким техническим решением является манипулятор для сферических объектов (авт. св. N 1366385, кл. B 25 J 7/00 опубл. в бюл. N 2, 1988). Манипулятор состоит из двух поверхностей, соединенных со столбиками, двигающимися во взаимно противоположных направлениях. Сфера, зажатая между двух поверхностей в двух диаметрально противоположных точках, при движении поверхностей вращается. Манипулятор может вращать сферу по заданному закону.

Однако скорость вращения сферы ограничена скоростью возвратно-поступательного движения двух столиков в противоположных направлениях. Относительно большой размер опорных поверхностей (не менее 3,5 диаметров) и их параллельное расположение значительно ограничивает доступ к поверхности сферы и затрудняет установку сферы и ее снятие, так как необходимо сначала раздвинуть плоскости, ввести сферу, затем сдвинув плоскости, зажать сферу и наоборот.

Новым техническим результатом изобретения является расширение функциональных и технологических возможностей манипулятора и повышение скорости вращения сфер.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для манипулирования сферическими объектами, содержащем привод и две опоры, одна из которых связана с этим приводом, дополнительно установлены прижим с отверстием и устройство откачки жидкости или газа, связанные с этим прижимом, а также вибратор, связанный со второй опорой, причем опоры расположены под углом друг относительно друга и по разные стороны относительно оси отверстия прижима, а привод выполнен в виде привода вращения.

Вращение первой опоры вызывает вращение сферы относительно одной оси, а колебания второй опоры вызывает вращение сферы по другой оси. Направление оси вращения сферы при одновременном движении обеих опор является суммой двух вращений. Скорость и направление оси вращения сферы по любому желаемому закону будут меняться при изменении направления и скорости вращения опор.

Опорные поверхности опор можно сделать достаточно малыми. Небольшие размеры опорных поверхностей и широкий диапазон их пространственного расположения (угол α находится в пределах 0^o < α < 180^o) увеличивают пространство для доступа к поверхности сферы для размещения контролирующих устройств и облегчают постановку сферы в рабочее положение. Постановка и снятие сферы могут осуществляться просто включением и выключением откачки, а при постановке манипулируемой сферы она всегда автоматически встает в одно и то же положение равновесия.

Расположение опор таким образом, что центральный угол α меньше 180^o, но не равен 0^o, обеспечивает более широкий доступ к поверхности манипулируемой сферы, устраняет необходимость перемещения опор или постановке и снятии манипулируемой сферы.

Расположение отверстия для поджатия сферы внутри угла α обеспечивает автоматическую постановку манипулируемой сферы в одно и то же положение равновесия.

Большая скорость вращения и колебания опор и возможность их регулировки обеспечивают высокую скорость вращения сферы и управляемое ее движение по заданному закону.

Указанная совокупность признаков обеспечивает технический результат - расширяет функциональные возможности манипулятора и увеличивает скорость вращения сферы.

Для исследования возможностей было изготовлено устройство для манипулирования сферическими объектами. Устройство содержит две опоры 1 и 2 (чертеж). Одна опора в виде тела вращения с приводом 1 - это диск, посаженный на вал электродвигателя, вторая опора соединена с вибратором 5. Между опорами расположен прижим с отверстием 3, соединенный с устройством откачки 4, Работает устройство следующим образом. Подносимая сфера 6, с некоторого расстояния захватывается потоком воздуха при вакуумировании отверстия 3 и поджимается к опорам 1 и 2, автоматически вставая в нужное место - положение равновесия. При этом сфера с опорными поверхностями имеет только две точки касания - точка А на опоре 1, точка В на опоре 2. Управляемое движение опор 1 и 2 заставляет сферу вращаться в требуемом направлении. В исследованном устройстве угол AOB составлял ≈ 90^o. Регулируя скорость и направление вращения двигателя, изменили скорость вращения сферы от 0 до 200 - 300 об/с и меняли направление оси вращения сферы во всем диапазоне углов от 0^o до 360^o. Для снятия сферы с устройства достаточно перекрыть откачку и сфера под действием силы тяжести покидает устройство.

Использование предложенного устройства обеспечивает по сравнению с существующими следующие преимущества: удобство постановки и снятие сферы в устройстве, автоматическую постановку сферы в нужное положение, повышение скорости манипулирования, малые колебания центра сферы при ее вращении, широкий доступ к поверхности сферы для ее контроля.

Формула изобретения

Устройство для манипулирования сферическим объектом, содержащее привод и две опоры, одна из которых связана с упомянутым приводом, отличающееся тем, что оно снабжено приводом второй опоры, выполненным в виде связанного с ней вибратора, прижимом для объекта, выполненным с отверстием, связанным с прижимом устройством для откачки жидкости или газа через отверстие, при этом опоры расположены под углом одна к другой и по разные стороны относительно оси отверстия, а привод выполнен в виде привода вращения.

РИСУНКИ

Рисунок 1