WO1999041791A1 - Method for electrical control of piezoelectric or electrostrictive actuators in drive mechanisms for step-by-step motion - Google Patents

Method for electrical control of piezoelectric or electrostrictive actuators in drive mechanisms for step-by-step motion Download PDF

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WO1999041791A1
WO1999041791A1 PCT/DE1999/000411 DE9900411W WO9941791A1 WO 1999041791 A1 WO1999041791 A1 WO 1999041791A1 DE 9900411 W DE9900411 W DE 9900411W WO 9941791 A1 WO9941791 A1 WO 9941791A1
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actuator
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voltage signal
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Artur Zrenner
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Sizmann, Richard
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/06—Drive circuits; Control arrangements or methods
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    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/021—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors using intermittent driving, e.g. step motors, piezoleg motors
    • H02N2/025—Inertial sliding motors

Definitions

  • the invention relates to methods for the electrical control of drives with piezoelectric or electrostrictive actuators for a gradual movement in, for example. Sliding and positioning devices. With such displacement and positioning devices, objects with suitable electrical voltage signals can be used both in the area of the change in length of the actuator and in steps, for example. according to the inertia principle, shifted and positioned.
  • piezoelectric or electrostrictive actuators which are also referred to below as actuators and, for example. can be designed as shear, tube or platelet-shaped piezo elements in such drives by a
  • the force transmission element in or on the clamping device thus overcomes the static friction at the clamping point, the amount of the displacement determines the step size.
  • a force transmission element is understood to mean an element that is firmly connected to the actuator, the reference mass or the object mass and the forces caused by the actuator, such as, for example. Inertial forces on a clamping device, for example. can also consist of only one friction surface for the power transmission element.
  • the reference mass is assumed to be static.
  • a second part of the voltage signal e.g. the flat voltage rise or fall of a sawtooth-like voltage signal leads to a sufficiently slow change in length of the piezoelectric or electrostrictive actuator, so that no displacement of the force transmission element in the clamping device, for example. because of the too small
  • Voltage signal U (t) is therefore understood in the following to mean a voltage variation U (t) over time as the signal unit that must be applied to the actuator in order to achieve a movement step of the object.
  • Periodic sequence of such voltage signals leads to a sequence of incremental displacements of the object with a displacement speed for a given voltage signal, which results from the step size per voltage signal multiplied by the repetition frequency.
  • the maximum possible repetition frequency is 2 ⁇ / ⁇ T with ⁇ T, the time interval for a voltage signal.
  • One method of driving piezoelectric actuators in inertial drives is to apply a voltage signal with a cycloidal voltage profile (Ch.Renner et al., Rev.ScLInstrurn. 61, S965 (1990), DE-OS 39 33 291).
  • the cycloidal voltage curve leads to a high acceleration of the moving mass in one direction and to a sufficiently weak acceleration in the other direction at the reversal points, so that the object mass moves in steps, as explained above.
  • the disadvantages of this method are the voltage signal, which is complex to produce and has a quadratic time dependency, both for analog and for digitally generated signals.
  • a DA converter with a high converter frequency is required in order, in particular, at low voltage amplitudes, i.e. generate a sufficiently well-defined waveform with small increments.
  • the step size is set via the voltage amplitude, so that disadvantageously a variation of the operating voltage and thus also a variation of the signal form is required to set the step size.
  • the step size is often not varied for fine adjustment of the object, but a static voltage is applied to the piezoelectric or electrostrictive actuator (EP 0611 485).
  • the disadvantage of this method is that the voltage at the actuator must have a constant value over time in order to maintain the set position. The set position is therefore disadvantageously not kept in the de-energized or de-energized state.
  • the invention has for its object to position inertial drives, the set position is kept in the de-energized and de-energized state and the above-mentioned disadvantages are reduced or eliminated by the above.
  • the voltage signal U (t) for driving piezoelectric or electrostrictive actuators, for example. in inertial drives advantageously a combination of at least one rising and at least one filing voltage flank with eg. voltage swings of different sizes ⁇ U.
  • the signal also advantageously has, for example.
  • the movable object mass shifts in this signal range, for example. the rotor of a positioning table, corresponding to the change in length of the actuator or the change in voltage on the actuator.
  • the step size per voltage signal advantageously results from the difference between the voltage strokes ⁇ U, which are determined by the rising and filing voltage edges. With such voltage signals, for example. Pipe, shear piezo elements or plate-like multilayer piezo elements can be controlled. The above also applies analogously to equivalent signal forms, for example.
  • the voltage signal may first have a filing and then a rising voltage flank or may have several rising and / or filing voltage flanks with different curvatures and with several areas of slow voltage change speeds.
  • the operating voltage can take positive as well as negative values.
  • the Actuator is usually controlled with a periodic sequence of voltage signals in order to move the moving mass step by step over a range at a speed dependent on the repetition frequency and step size.
  • the height of the voltage edges can advantageously be set by increments, for example. to vary a piezoelectric inertial drive without changing the operating voltage. This makes it possible, in particular, to position the object with an accuracy in the nanometer range.
  • the step size per voltage signal advantageously results from the difference between the voltage strokes ⁇ U of the rising and filing voltage edges in
  • the voltage swing is advantageously chosen to be so small that the change in length of the actuator is less than the minimum change in length required to achieve a displacement of the force transmission element in the clamp.
  • the threshold value for the minimum required length change is a system size of the drive and is, for example. determined by the rigidity of the drive elements.
  • Reference voltage or the operating voltage is reached without disadvantageously causing a shift in this area than without this voltage edge. This enables advantageous a high repetition frequency for such a voltage signal, as explained above, and thus a high displacement speed of the drive.
  • the voltage signal has a combination of at least one area with a slowly increasing or filing voltage and an adjoining rising or filing voltage flank which, for example, switches the voltage signal to the operating voltage or reference voltage.
  • the voltage change speed causes no or a displacement of the force transmission element in or on the clamping device.
  • the level of the voltage swing of the voltage edge is controlled by the area with slowly varying voltage.
  • RC element consisting of charging or discharging resistance R and capacitance C of the piezo element. If the step size is controlled with the same charging or discharging time, the voltage change during charging is the same as when the piezo element is discharged, regardless of the capacitance of the piezo element. In this way, it is advantageously achieved that the voltage swings of the voltage flanks and thus the resulting step size for both directions of movement are essentially the same regardless of the capacitance of the piezo element.
  • a voltage signal according to claim 4 at least two areas with, for example. a slowly increasing or decreasing
  • the step size and direction of movement can be set by setting the loading time relative to the discharging time of the capacity of the actuator. These times can be e.g. Simply set and control digitally via a MOS-FET transistor as a switch.
  • the voltage signal advantageously has a combination of at least one Area by the length of the actuator with a voltage, eg. by hand using a potentiometer or by mouse or joystick using a computer, until the object is in the correct position, and by at least one voltage edge.
  • the voltage on the actuator is advantageously switched off with the voltage edge.
  • the voltage change speed of the voltage flank is chosen so large that, for example. the inertia of the object mass causes a displacement of the force transmission element in the clamping device or on a friction surface.
  • the object By switching off the voltage with the voltage flank, the object will therefore advantageously remain essentially in the set position, the actuator being in a voltage and currentless state. It is advantageous not to apply a constant voltage in order to hold the position. This process allows the most precise possible positioning of the object in the de-energized and de-energized state, which can be achieved with a given positioning device. System parameters of positioning devices, such as rigidity of the power transmission element, etc. limit the accuracy.
  • the step size is thus advantageously determined during the positioning of the object with the adjustable or controllable voltage before the actuator is brought into a currentless state by a voltage edge.
  • the actuator For fine positioning of the object, it may be necessary to first use the actuator, for example. to stretch by a voltage edge, as specified in claim 7, so that the power transmission element, for example. is shifted by the inertia of the object mass in the nip. The position of the object is then set with the method specified in claim 6 and the actuator is brought into a voltage-free and current-free state with a corresponding voltage edge.
  • phase-correlated movement in phase opposition is. required for actuators on the opposite sides of the object in the direction of movement, e.g. of a runner from a positioning table.
  • the at least two actuators are electrically connected in series and a bias voltage, for example. the operating voltage is applied.
  • Actuators that have to perform an in-phase movement are connected in parallel.
  • the voltage signal for controlling the actuators e.g. a signal as explained above is advantageously applied to the contacts of the actuators which are electrically connected to one another. It is thereby advantageously achieved that the actuators can be actuated with only one voltage signal and the actuators change the length in correlation with one another in phase and in the correct time without complex control electronics.
  • the actuators are then advantageously in a de-energized and de-energized state after each step, the set position being held without voltage.
  • the bias voltage on or off with voltage edges, the voltage change speed being chosen so large that the object mass, for example. due to the inertia forces occurring, essentially not moved, but rather the force transmission element or elements in the clamping device or devices. This advantageously ensures that the displacement is kept as small as possible when the bias voltage is switched on or off.
  • the bias voltage is applied so that it, for example. via the actuator drops from the at least two actuators, which has the smaller clamping force of the force transmission element in the clamping device.
  • the pretension is advantageously applied to the group of actuators connected in parallel, which, compared to the other group, together have the smaller clamping force of the
  • FIGS. 6a and 6b show a measuring table with a piezoelectric inertial drive, the actuators having to perform a phase change in length for a stepwise movement.
  • FIG. 8 shows a schematic circuit diagram for generating those according to the invention
  • FIGS. 1 The movement of an inertial drive as a function of a voltage signal U (t) 1 according to the invention is shown schematically in FIGS.
  • the voltage signals 1, 1 ' are composed of the following parts:
  • the inertial drive consists of a piezoelectric or electrostrictive actuator 7 with an object mass 9 to be positioned and a force transmission element 8, which is located in a clamping device 10.
  • the clamping device 10 is connected to the reference mass 11, which is assumed to be stationary. For the sake of clarity, the electrical connections of the actuator 7 are not shown. In Fig.la there is no voltage at the actuator 7.
  • a voltage flank 2 is applied to the actuator 7, as shown in Fig.lb, with a voltage change speed of the voltage flank 2, which is advantageously chosen so large that the inertial force of the object mass 9 to be positioned causes a displacement of the force transmission element 8 in the clamping device 10.
  • a slowly filing voltage 4 is applied to the actuator 7 with a voltage change speed of the voltage 4, which is advantageously chosen such that the inertial force of the object mass 9 to be positioned is not sufficient to cause a displacement of the force transmission element 8 in the clamping device 10. Due to the change in length of the actuator 7 with the change in voltage 4, the object mass 9 shifts, as shown in FIG. 1c.
  • FIG. 1c Due to the change in length of the actuator 7 with the change in voltage 4, the object mass 9 shifts, as shown in FIG. 1c.
  • the voltage 4 is now brought to the reference voltage 0V 5 with the voltage edge 3 on the actuator 7.
  • the voltage change rate of the voltage flank 3 is advantageously chosen to be so great that the inertial force of the object mass 9 to be positioned causes the force transmission element 8 to shift
  • the step size of the displacement of the object mass per voltage signal 1 advantageously results from the difference between the voltage swings of the voltage edges 2 and 3.
  • the voltage signal 1 can be applied periodically with a certain repetition frequency to the actuator 7 by an adjustable displacement speed of the object mass 9, which results from the step size times repeat frequency results.
  • the step size per voltage signal 1, 1 ' can advantageously be set without having to vary the operating voltage, as shown in FIGS. 2a and 2b.
  • the voltage signals 1, 1 'on the left side of FIGS. 2a and 2b produce a larger shifting step of the object mass 9 per voltage signal 1 than the signals 1, 1' on the right. It is therefore advantageously possible to carry out a precise positioning of the object 9 with this method, the position is then kept in the de-energized or de-energized state of the actuators 7.
  • the voltage signals 1 'in Fig.2b differ from the voltage signals 1 in Fig.2a in that they move the object 9 in the opposite direction, as shown in Fig.la-d.
  • a voltage edge 2 'or 3 can advantageously be used to shorten the time interval T' to the time interval T without changing the overall step width compared to a voltage signal without the voltage edges 2 'or 3 (dashed lines) .
  • the voltage swings of the voltage edges 2 'and 3 must be chosen so small that the change in length of the actuator 7 is not sufficient to shift the force transmission element 8 in the clamping device 10 due to the not infinitely high rigidity of the drive. In this way, the voltage of the voltage signal 1, 1 'can advantageously be quickly brought back to the reference voltage 5 without shortening the step size.
  • the maximum repetition frequency increases from 2 ⁇ / T 'to 2 ⁇ T and thus advantageously the maximum displacement speed.
  • 4a and 4b show voltage signals 1, 1 'which have a region 4 ", 4'” with a speed of change in voltage that does not lead to any displacement of the force transmission element 8 in or on the clamping device 10 of the drive, and one thereon subsequent voltage edge 2, 3 '.
  • Voltage flank 2, 3 ' is advantageously controlled via the voltage change in the range 4 ", 4"' and thus the step size caused by the voltage flank 2, 3 '.
  • the step size per voltage signal 1,1 'on the right in FIGS. 4a and 4b is shorter than that per signal 1,1' on the left.
  • the change in voltage in the range 4 "or 4 '" is advantageously controlled via the charging or discharging time. Irrespective of the capacitance C of the piezo element 7, due to essentially the same RC constants, with R a charging or discharging resistance, voltage changes of the same magnitude are then obtained in the range 4 "and 4 '", and thus in both directions of movement (cf.
  • Fig.4a and Fig.4b substantially equal step sizes through the voltage edges 2, 3 '.
  • the charging and discharging time can be advantageous, for example. can be set digitally with a MOSFET as a switch, such as. shown in Fig.8.
  • the voltage signal 1 'in FIG. 4c advantageously has two areas 4' or 4 '"with the adjoining voltage edge 2' or 3 '.
  • the loading time ti and the unloading time t 2 can be set without having to vary the operating voltage 6.
  • the drive moves in the opposite direction than for t, ⁇ t 2.
  • essentially determines the step size of the drive per voltage signal 1 '.
  • 5a to 5c show voltage signals 1 "according to the invention, which are particularly suitable for fine positioning of objects 9. Fine positioning of the object 9 takes place in the area of the change in length of the actuator 7 with an adjustable or adjustable voltage 4" "of the voltage signal 1", for example. by hand using a potentiometer or by joystick on the computer. It is crucial that, after adjustment with a voltage 4 "", the voltage on the actuator 7 is brought to the reference voltage 5 with a voltage edge 3 ", ie there is no voltage on the actuator 7 after the positioning process.
  • the voltage change rate of the voltage edge 3" becomes advantageously chosen so large that, for example.
  • the inertial force of the object mass 9 to be positioned causes a displacement of the force transmission element 8 in the clamping device 10 and the object mass 9 essentially does not move.
  • the position of the object 9 set with the voltage 4 "" is advantageously kept in the de-energized and de-energized state after the voltage on the actuator 7 has been switched off. This process allows fine positioning in the nanometer range or very precise
  • a shift by the voltage edge 3" with a voltage edge 3 "" is at least partially compensated.
  • This method is advantageously suitable if the amount of the displacement that occurs is independent of the magnitude of the voltage swing of the rising 3 "" and the filing voltage flank 3 ", but is different in direction.
  • the actuator 7 is, for example, the set voltage 4" " switched to operating voltage 6 with the voltage edge 3 "” and then switched off with the voltage edge 3 ", as shown in Fig.5a in the right signal 1".
  • FIG. 13 6a and 6b show a displacement table with a rotor 9 which, as the object 9 to be displaced, is firmly clamped by three force transmission elements 8 via the clamping device 10 on the stator as reference mass 11.
  • This arrangement advantageously leads to absolute freedom of play for the runner 9.
  • the runner 9 must be displaced
  • the actuators 7, 7 ' are correlated in terms of time and voltage.
  • the actuators 7 and T become electrical in series
  • the actuators 7 ' perform a movement with the same phase and are therefore electrically connected in parallel.
  • the bias voltage 15, which preferably corresponds to the operating voltage 6, is applied between the connections 13 and 13 '.
  • the voltage signal 1 ′ ′′ is advantageously applied to the connections 12, 12 ′ of the actuators 7, 7 ′, which are electrically connected
  • the bias voltage 15 advantageously files off the actuator 7, without voltage signal 1 '"12 and 12' are at reference voltage 5. Without signal 1 '" there is therefore no voltage at the actuators 7'.
  • the sum of the clamping forces of the force transmission elements 8, which are connected to the actuators 7 ', is greater than the clamping force of the force transmission element 8 of the actuator 7. Under these conditions
  • FIG. 7a and 7b show how the voltage signal 1 '"and the bias voltage 15 can advantageously be switched in time.
  • the bias voltage 15 is switched on and off with voltage edges 15' and 30 15", the voltage change rate of the
  • Voltage flanks 15 'and 15 is advantageously chosen to be so large that, for example, the inertia of the object mass 9 causes the force transmission elements 8 to shift in the clamping devices 10. This ensures that when the
  • Preload 15 largely prevents displacement of the object mass
  • the position of the object 9 is essentially set by the voltage signal 1 '".
  • FIG. 7b shows preload 15 and signal voltage 1""in the event that the preload 15 is before the start of the signal 1 '"is switched on and after the end of the signal V" is switched off.
  • the object mass 9 is advantageously positioned in the de-energized and de-energized state, a displacement of the object mass 9 by switching the bias voltage 15 on and off can simply be added to the displacement of the object mass 9 by the voltage signal 1 ′′, in order to increase the total displacement to get per signal unit.
  • the MOSFET transistors M1-M4 can be switched directly with a digital signal via the gate electrode. Areas, for example. 4,4 ', 4 ", in the voltage signal 1 with slowly increasing or filing voltage change speeds can with Rl and Ml or R2 and M2, rising or filing voltage edges, for example. 2,3, can be generated with M3 or M4.
  • the voltage signals 1 ′′ in FIGS. 5 a to 5 c can be generated, for example, in the range 4 ′′ by setting the resistance value of R 1 and / or R 2 when M 1 and M 2 are switched through, R 1 and / or R 2 representing potentiometers in this case.

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)

Abstract

The invention aims at improving the method for electrical control of piezoelectric or electrostrictive actuators in displacement and positioning devices so that, for instance, objects can be positioned with greater accuracy in the nm range by varying the step size, whereby the regulated position is maintained in a currentless or idle state. This is achieved in that the electrical voltage signal for controlling the actuator has an appropriate combination of ranges with slow voltage changing speeds and voltage flanks, whereby the voltage ranges of the voltage flanks determine the step size for the voltage signal which can be regulated without varying the operating voltage. The methods are particularly suitable for piezoelectric inertia drives which should have a variable step size and high position accuracy in a currentless state.

Description

Beschreibung description
Verfahren zur elektrischen Ansteuerung von piezoelektrischen oder elektrostriktiven Aktuatoren in Antrieben für eine schrittweise BewegungProcess for the electrical control of piezoelectric or electrostrictive actuators in drives for a gradual movement
Die Erfindung betrifft Verfahren zur elektrischen Ansteuerung von Antrieben mit piezoelektrischen oder elektrostriktiven Aktuatoren für eine schrittweise Bewegung in zB. Verschiebe- und Positioniervorrichtungen. Bei solchen Verschiebe- und Positioniervorrichtungen können Objekte mit geeigneten elektrischen Spannungssignalen sowohl im Bereich der Längenänderung des Aktuators als auch schrittweise, zB. nach dem Trägheitspriiizip, verschoben und positioniert werden.The invention relates to methods for the electrical control of drives with piezoelectric or electrostrictive actuators for a gradual movement in, for example. Sliding and positioning devices. With such displacement and positioning devices, objects with suitable electrical voltage signals can be used both in the area of the change in length of the actuator and in steps, for example. according to the inertia principle, shifted and positioned.
Die Ansteuerung von piezoelektrischen oder elektrostriktiven Aktuatoren, die im folgenden auch nur als Aktuatoren bezeichnet werden und zB. als Scher-, Rohr- oder plättchenförmige Piezoelemente ausgebildet sein können, erfolgt in solchen Antrieben durch einThe control of piezoelectric or electrostrictive actuators, which are also referred to below as actuators and, for example. can be designed as shear, tube or platelet-shaped piezo elements in such drives by a
Spannungssignal, das sich im allgemeinen zumindest aus folgenden Teilen zusammensetzt: Ein Teil des Spannungssignals, zB. die Flanke eines sägezahnartigen Spannungssignals, führt aufgrund einer hohen Spannungsänderungsgeschwindigkeit dU/dt zu einer stossartigen Längenänderung des piezoelektrischen oder elektrostriktiven Aktuators, sodass eine Trägheitskraft F=ma der Objektmasse m, die im folgenden als bewegliche, zu positiomerende Masse angenommen wird, hervorgerufen wird, die zu einer Verschiebung des Kraftübertragungselements an der Klemmstelle flihrt. Das Kraftübertragungselement in oder an der Klemmeinrichtung überwindet also die Haftreibung an der Klemmstelle, der Betrag der Verschiebung bestimmt die Schrittweite. Unter Kraftübertragungselement wird im folgenden ein Element verstanden, das fest mit dem Aktuator, der Referenzmasse oder der Objektmasse verbunden ist und die vom Aktuator hervorgerufenen Kräfte, wie zB. Trägheitskräfte auf eine Klemmeinrichtung, die zB. auch nur aus einer Reibfläche für das Kraftübertragungselement bestehen kann, überträgt. Die Referenzmasse wird im folgenden als statisch angenommen.Voltage signal, which is generally composed of at least the following parts: A part of the voltage signal, for example. the flank of a sawtooth-like voltage signal, due to a high voltage change speed dU / dt, leads to a sudden change in length of the piezoelectric or electrostrictive actuator, so that an inertial force F = ma of the object mass m, which is assumed in the following to be a movable mass to be positiomerized, is caused leads to a displacement of the force transmission element at the clamping point. The force transmission element in or on the clamping device thus overcomes the static friction at the clamping point, the amount of the displacement determines the step size. In the following, a force transmission element is understood to mean an element that is firmly connected to the actuator, the reference mass or the object mass and the forces caused by the actuator, such as, for example. Inertial forces on a clamping device, for example. can also consist of only one friction surface for the power transmission element. In the following, the reference mass is assumed to be static.
Ein zweiter Teil des Spannungssignals, zB. der flache Spannungsanstieg bzw. -abfall eines sägezahnartigen Spannungssignals, flihrt zu einer ausreichend langsamen Längenänderung des piezoelektrischen oder elektrostriktiven Aktuators, sodass keine Verschiebung des Kraftübertragungselements in der Klemmeinrichtung zB. aufgrund der zu kleinenA second part of the voltage signal, e.g. the flat voltage rise or fall of a sawtooth-like voltage signal leads to a sufficiently slow change in length of the piezoelectric or electrostrictive actuator, so that no displacement of the force transmission element in the clamping device, for example. because of the too small
1 Trägheitskraft der Objektmasse hervorgerufen wird. Dadurch wird die bewegliche Objektmasse verschoben entsprechend der Längenänderung des Aktuators bzw. der Spannungsänderung am Aktuator.1 Inertia of the object mass is caused. As a result, the movable object mass is shifted in accordance with the change in length of the actuator or the change in voltage on the actuator.
Unter Spannungssignal U(t) wird also im folgenden eine zeitliche Spannungsvariation U(t) als die Signaleinheit verstanden, die am Aktuator angelegt werden muss, um einen Bewegungsschritt des Objekts zu erreichen. Eine zB. periodische Folge von solchen Spannungssignalen führt zu einer Folge von schrittweisen Verschiebungen des Objekts mit einer Verschiebegeschwindigkeit bei gegebenem Spannungssignal, die sich aus der Schrittweite pro Spannungssignal multipliziert mit der Wiederholfrequenz ergibt. Die maximal mögliche Wiederholfrequenz beträgt 2π/ΔT mit ΔT, dem Zeitintervall für ein Spannungssignal.Voltage signal U (t) is therefore understood in the following to mean a voltage variation U (t) over time as the signal unit that must be applied to the actuator in order to achieve a movement step of the object. An example. Periodic sequence of such voltage signals leads to a sequence of incremental displacements of the object with a displacement speed for a given voltage signal, which results from the step size per voltage signal multiplied by the repetition frequency. The maximum possible repetition frequency is 2π / ΔT with ΔT, the time interval for a voltage signal.
Gemäß dem Stand der Technik sind unterschiedliche Verfahren zur elektrischen Ansteuerung von Trägheitsantrieben mit piezoelektrischen Aktuatoren bekannt, die zu einer schrittweisen Bewegung führen:According to the prior art, different methods for electrically actuating inertial drives with piezoelectric actuators are known, which lead to a step-wise movement:
Ein Verfahren, piezoelektrische Aktuatoren in Trägheitsantrieben anzusteuern, ist ein Spannungssignal anzulegen mit zykloidem Spannungsverlauf (Ch.Renner et al., Rev.ScLInstrurn. 61, S965 (1990), DE-OS 39 33 291). Der zykloide Spannungsverlauf führt an den Umkehrpunkten zu einer hohen Beschleunigung der beweglichen Masse in einer Richtung und zu einer ausreichend schwachen Beschleunigung in der anderen Richtung, sodass eine schrittweisen Bewegung der Objektmasse erfolgt, wie oben erläutert. Die Nachteile von diesem Verfahren sind das aufwendig zu erzeugende Spannungssignal mit einer quadratischen Zeitabhängigkeit, sowohl bei analog als auch bei digital generierten Signalen. Bei digital generierten Signalen ist ein DA- Wandler mit hoher Wandlerfrequenz nötig, um insbesondere bei niedrigen Spannungsamplituden, d.h. bei kleinen Schrittweiten eine ausreichend gut definierte Wellenform zu erzeugen. Die Schrittweite wird bei dieser Signalform über die Spannungsamplitude eingestellt, sodass nachteilig eine Variation der Betriebsspannung und damit auch eine Variation der Signalform zur Einstellung der Schrittweite erforderlich ist.One method of driving piezoelectric actuators in inertial drives is to apply a voltage signal with a cycloidal voltage profile (Ch.Renner et al., Rev.ScLInstrurn. 61, S965 (1990), DE-OS 39 33 291). The cycloidal voltage curve leads to a high acceleration of the moving mass in one direction and to a sufficiently weak acceleration in the other direction at the reversal points, so that the object mass moves in steps, as explained above. The disadvantages of this method are the voltage signal, which is complex to produce and has a quadratic time dependency, both for analog and for digitally generated signals. In the case of digitally generated signals, a DA converter with a high converter frequency is required in order, in particular, at low voltage amplitudes, i.e. generate a sufficiently well-defined waveform with small increments. In this signal form, the step size is set via the voltage amplitude, so that disadvantageously a variation of the operating voltage and thus also a variation of the signal form is required to set the step size.
Andere Verfahren benutzen sägezahnartige Spannungssignale, um eine schrittweise Bewegung von Trägheitsantrieben zu erreichen (EP 0611 485; US-PS 5,410,206, DE 19644 550, US 5,589,723). Die grosse Spannungsänderungsgeschwindigkeit dU/dt der steilen Spannungsflanke erzeugt zB. eine grosse Trägheitskraft der Objektmasse, die die Blockierkraft des Antriebs übertreffen, wie oben erläutert. Der langsam ansteigende oder abfeilende Teil des Spannungssignal flihrt zu einer Verschiebung des Objekts und in Fig.1 der Patentschrift DE 196 44 550 gezeigt. Die sägezahnartigen Spannungssignale in der Patentschrift US 5,589,723 in Fig.25 und 26 bzw. US 5,410,206 in Fig.18 werde» mit Hilfe von Steuerverfehren erzeugt, die Konstantstrom-Quellen bzw. Induktivitäten aufweisen. Dadurch wird erreicht, dass der Abschnitt sich langsam ändernder Spannung nach begrenzter Zeit auf Referenzspannung oder Betriebsspannung ist. Der Nachteil dieser Verfehren ist, dass bei dieser Signalform die Schrittlänge pro Sägezahn nur über die Betriebsspannung eingestellt werden kann. Zudem wird bei Abschnitten nach einer e-Funktion sich langsam ändernder Spannung ein relativ langer Zeitraum ΔT benötigt, um die Spannung im langsam variierenden Teil des Spannungssignals auf den ursprünglichen Spannungswert hier zB. 0V, die hier auch als Referenzspannung bezeichnet wird, zu bringen, was die Wiederholfrequenz des Spannungssignals und damit die Verschiebegeschwindigkeit der Objektmasse begrenzt, wie oben erläutert. Verkürzt man die Abfallzeit und lässt man den Wert nicht bis zum Ausgangswert abfeilen, wird die anliegende Betriebsspannung nachteilig nicht voll genutzt, was die maximal mögliche Schrittweite verkürzt und damit ebenfalls die Verschiebegeschwindigkeit limitiert.Other methods use sawtooth-like voltage signals to achieve a gradual movement of inertia drives (EP 0611 485; US Pat. No. 5,410,206, DE 19644 550, US 5,589,723). The large voltage change rate dU / dt of the steep voltage edge generates, for example. a large inertial force of the object mass, the blocking force drive, as explained above. The slowly rising or filing-off part of the voltage signal leads to a displacement of the object and is shown in FIG. 1 of patent specification DE 196 44 550. The sawtooth-like voltage signals in US Pat. No. 5,589,723 in FIGS. 25 and 26 and US Pat. No. 5,410,206 in FIG. 18 are generated with the aid of control methods which have constant current sources or inductors. This ensures that the section of slowly changing voltage is after a limited time on reference voltage or operating voltage. The disadvantage of this method is that with this signal form the step length per sawtooth can only be set via the operating voltage. In addition, for sections after an e-function of slowly changing voltage, a relatively long time period ΔT is required in order for the voltage in the slowly varying part of the voltage signal to reach the original voltage value here, for example. 0V, which is also referred to here as the reference voltage, which limits the repetition frequency of the voltage signal and thus the speed of displacement of the object mass, as explained above. If you shorten the fall time and do not allow the value to be filed down to the initial value, the applied operating voltage is disadvantageously not fully used, which shortens the maximum possible step size and thus also limits the speed of movement.
Zur Feineinstellung des Objekts wird häufig nicht die Schrittweite variiert, sondern am piezoelektrischen oder elektrostriktiven Aktuator wird eine statische Spannung angelegt (EP 0611 485). Nachteilig ist bei diesem Verfehren, dass die Spannung am Aktuator zeitlich einen konstanten Wert aufweisen muss, um die eingestellte Position zu halten. Die eingestellte Position wird also nachteilig nicht im stromlosen bzw. spannungslosen Zustand gehalten.The step size is often not varied for fine adjustment of the object, but a static voltage is applied to the piezoelectric or electrostrictive actuator (EP 0611 485). The disadvantage of this method is that the voltage at the actuator must have a constant value over time in order to maintain the set position. The set position is therefore disadvantageously not kept in the de-energized or de-energized state.
Zudem sind Verfehren bekannt die zur Ansteuerung von Trägheitsantrieben mit mindestens zwei piezoelektrischen oder elektrostriktiven Aktuatoren, deren Bewegung gegenphasig erfolgen muss, um eine schrittweise Bewegung zu erreichen (DE-OS 39 33 296). Dies ist zB. erforderlich, wenn die gegenüberliegenden Seiten der Objektmasse in Bewegungsrichtung mit Aktuatoren versehen sind. Diese gegenüberliegend an der Objektmasse angebrachten Aktuatoren werden einzeln mit Spannungssignalen angesteuert (siehe DE-OS 39 33 296), wie oben erläutert, die zeitlich korreliert und zB. spannungsmässig invertiert sind. Dazu ist nachteilig eine aufwendige Elektronik erforderlich. Zudem sind Doppelstapelantriebe bekannt (EP 0 800 220), die zwar keine Trägheitsantiebe darstellen, aber aufgrund der Anordnung gegensinnig angesteuert werden müssen. Nachteilig ist, dass die Auslenkung des Objekts auf Längenänderung der Piezoelemente mit der Spannung begrenzt ist. Die eingestellte Position kann nicht im ström- und spannungslosen Zustand gehalten werden. Bei Kraft- Weg- Übersetzungen wie in EP 0 800 220 wird zwar aufgrund der Hebelwirkung ein relativ grosser Verschiebeweg auf Kosten der Einstellgenaugikeit gemass des Hebelgesetzes erreichtIn addition, methods are known which are used to control inertial drives with at least two piezoelectric or electrostrictive actuators, the movement of which must be in phase opposition in order to achieve a gradual movement (DE-OS 39 33 296). This is for example. required if the opposite sides of the object mass are provided with actuators in the direction of movement. These actuators located opposite one another on the object mass are individually controlled with voltage signals (see DE-OS 39 33 296), as explained above, which correlates in time and, for example. are inverted in terms of voltage. This requires disadvantageous elaborate electronics. In addition, double-stack drives are known (EP 0 800 220), which do not represent inertial drives, but must be driven in opposite directions due to the arrangement. The disadvantage is that the deflection of the object Change in length of the piezo elements with the voltage is limited. The set position cannot be kept in a de-energized and de-energized state. With force-path translations as in EP 0 800 220, a relatively large displacement path is achieved at the expense of adjustment accuracy in accordance with the lever law due to the leverage effect
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Trägheitsantriebe zu positionieren, wobei die eingestellte Position im ström- und spannungslosen Zustand gehalten wird und die oben erwähnten Nachteile von den Verfehren vermindert oder beseitigt werden.The invention has for its object to position inertial drives, the set position is kept in the de-energized and de-energized state and the above-mentioned disadvantages are reduced or eliminated by the above.
Die Aufgabe wird mit den erfindungsgemässen Verfehren gelöst. Nach Anspruch 1 weist das Spannungssignal U(t) zur Ansteuerung von piezoelektrischen oder elektrostriktiven Aktuatoren zB. in Trägheitsantrieben vorteilhaft eine Kombination von zumindest einer ansteigenden und zumindest einer abfeilenden Spannungsflanke auf mit zB. unterschiedlich grossen Spannungshüben ΔU. Diese Spannungsflanken besitzen eine Spannungsänderungsgeschwindigkeit dU/dt , die am piezoelektrischen oder elektrostriktiven Aktuator eine stossartige Längenänderung hervorruft, sodass zB. aufgrund der Trägheitskraft F=ma der Objektmasse m eine Verschiebung des Kraftübertragungselements in oder an der Kleinmeinrichtung des Antriebs ermöglicht wird. Neben dem oben erwähnten Spannungsflanken weist das Signal vorteilhaft auch zB. einen Bereich mit ausreichend langsam abfeilender oder ansteigender Spannung aufj in dem die Trägheitskraft der beweglichen Objektmasse zu keiner Verschiebung des Kraftübertragungselements in oder an der Klemmeinrichtung des Antriebs führt. In diesem Signalbereich verschiebt sich die bewegliche Objektmasse, zB. der Läufer eines Positioniertisches, entsprechend der Längenänderung des Aktuators bzw. der Spannungsänderung am Aktuator. Vorteilhaft ergibt sich die Schrittweite pro Spannungssignal aus der Differenz der Spannungshübe ΔU, die bestimmt werden durch die ansteigenden und abfeilenden Spannungsflanken. Mit derartigen Spannungssignalen können zB. Rohr-, Scherpiezoelemente oder plättchenartige Vielschichtpiezoelemente angesteuert werden. Das oben Gesagte gilt analog auch für äquivalente Signalformen, zB. kann das Spannungssignal zuerst eine abfeilende und anschliessend eine ansteigende Spannungsflanke besitzen oder mehrere ansteigende und/oder abfeilende Spannungsflanken mit verschiedenen Krümmungen und mit mehreren Bereichen langsamer Spannungsänderungs-geschwindigkeiten aufweisen. Die Betriebsspannung kann positive wie negative Werte annehmen. Zudem wird der Aktuator meistens mit einer periodischen Folge von Spannungssignalen angesteuert, um die bewegliche Masse über einen Bereich schrittweise mit einer von der Wiederholfrequenz und Schrittweite abhängigen Geschwindigkeit zu verschieben.The object is achieved with the methods according to the invention. According to claim 1, the voltage signal U (t) for driving piezoelectric or electrostrictive actuators, for example. in inertial drives advantageously a combination of at least one rising and at least one filing voltage flank with eg. voltage swings of different sizes ΔU. These voltage edges have a voltage change rate dU / dt, which causes a sudden change in length on the piezoelectric or electrostrictive actuator, so that, for example. due to the inertia force F = ma of the object mass m, a displacement of the force transmission element in or on the small device of the drive is made possible. In addition to the voltage edges mentioned above, the signal also advantageously has, for example. an area with sufficiently slow filing or increasing tension in which the inertial force of the movable object mass does not lead to any displacement of the force transmission element in or on the clamping device of the drive. The movable object mass shifts in this signal range, for example. the rotor of a positioning table, corresponding to the change in length of the actuator or the change in voltage on the actuator. The step size per voltage signal advantageously results from the difference between the voltage strokes ΔU, which are determined by the rising and filing voltage edges. With such voltage signals, for example. Pipe, shear piezo elements or plate-like multilayer piezo elements can be controlled. The above also applies analogously to equivalent signal forms, for example. The voltage signal may first have a filing and then a rising voltage flank or may have several rising and / or filing voltage flanks with different curvatures and with several areas of slow voltage change speeds. The operating voltage can take positive as well as negative values. In addition, the Actuator is usually controlled with a periodic sequence of voltage signals in order to move the moving mass step by step over a range at a speed dependent on the repetition frequency and step size.
Vorteilhaft kann nach Anspruch 2 bei einem solchen Spannungssignal die Höhe der Spannungsflanken eingestellt werden, um Schrittweiten zB. eines piezoelektrischen Trägheitsantriebs zu variieren ohne die Betriebsspannung zu ändern. Das ermöglicht, insbesondere eine Positionierung des Objekts mit einer Genauigkeit im Nanometerbereich vorzunehmen. Die Schrittweite pro Spannungssignal ergibt sich vorteilhaft aus der Differenz der Spannungshübe ΔU der ansteigenden und abfeilenden Spannungsflanken imIn the case of such a voltage signal, the height of the voltage edges can advantageously be set by increments, for example. to vary a piezoelectric inertial drive without changing the operating voltage. This makes it possible, in particular, to position the object with an accuracy in the nanometer range. The step size per voltage signal advantageously results from the difference between the voltage strokes ΔU of the rising and filing voltage edges in
Spannungssignal. D.h. es muss, wie erwähnt, vorteilhaft nicht die Betriebsspannung variiert werden, um die Schrittweite zu variieren, sondern nur eine geeignete Differenz der Spannungshübe der beiden Spannungsflanken eingestellt werden mit zB. einem Bereich langsamer Spannungsänderungsgeschwindigkeit zwischen den Spannungsflanken. Dies erfordert vorteilhaft keine aufwendige Elektronik. Von Vorteil ist auch, dass die eingestellte Position des Objekts durch dieses Positionierverfehren im ström- und spannungslosen Zustand gehalten wird im Gegensatz zu einer Positionierung mit einer statischen Spannung anr Aktuator.Voltage signal. That As mentioned, it is advantageous not to vary the operating voltage in order to vary the step size, but only to set a suitable difference in the voltage swings of the two voltage edges with, for example. a range of slow voltage change speed between the voltage edges. This advantageously does not require any complex electronics. It is also advantageous that the set position of the object is kept in a de-energized and de-energized state by this positioning procedure, in contrast to a positioning with a static voltage on the actuator.
Nach Anspruch 3 kann es vorteilhaft sein, den Spannungshub ΔU zumindest einerAccording to claim 3, it may be advantageous to at least one voltage swing .DELTA.U
Spannungsflanke so klein zu wählen, dass das Kraftübertragungselement in der Klemmstelle nicht verschoben wird. Aufgrund der Spannungsänderungsgeschwindigkeit dU/dt der Spannungsflanke würde zB. die Trägheitskraft der Objektmasse ausreichen, eine Verschiebung hervorzurufen. Der Spannungshub wird vorteilhaft aber, wie erwähnt, so klein gewählt, dass die Längenänderung des Aktuator kleiner ist als die mindestens erforderliche Längenänderung, um eine Verschiebung des Kraftübertragungselements in der Klemmung zu erreichen. Der Schwellenwert für die mindestens erforderliche Längenänderung ist eine Systemgrösse des Antriebs und wird zB. durch die Steifigkeit der Antriebselemente bestimmt. Mit einer solchen Spannungsflanke in Bereich des Signals mit langsamer Spannungsänderungsgeschwindigkeit wird erreicht, dass innerhalb eines kürzeren Zeitintervalls des Spannungssignal ΔT dieSelect the voltage flank so small that the force transmission element is not moved in the clamping point. Due to the voltage change speed dU / dt the voltage edge would, for example. the inertial force of the object mass is sufficient to cause a displacement. However, as mentioned, the voltage swing is advantageously chosen to be so small that the change in length of the actuator is less than the minimum change in length required to achieve a displacement of the force transmission element in the clamp. The threshold value for the minimum required length change is a system size of the drive and is, for example. determined by the rigidity of the drive elements. With such a voltage edge in the area of the signal with a slow voltage change rate, it is achieved that the voltage signal .DELTA.T within a shorter time interval
Referenzspannung oder die Betriebsspannung erreicht wird ohne nachteilig in diesem Bereich eine Verschiebung hervorzurufen als ohne diese Spannungsflanke. Das ermöglicht vorteilhaft eine hohe Wiederholfrequenz für ein solches Spannungssignal, wie oben erläutert, und damit eine hohe Verschiebegeschwindigkeit des Antriebs.Reference voltage or the operating voltage is reached without disadvantageously causing a shift in this area than without this voltage edge. This enables advantageous a high repetition frequency for such a voltage signal, as explained above, and thus a high displacement speed of the drive.
Nach einem vorteilhaften Verfehren in Anspruch 4 weist das Spannungssignal eine Kombination von zumindest einen Bereich mit langsam ansteigender bzw. abfeilender Spannung und einer an den Bereich anschliessenden ansteigenden bzw. abfeilenden Spannungsflanke, die zB, das Spannungssignal auf Betriebsspannung bzw. Referenzspannung schaltet, auf. Im Bereich langsam variierender Spannung bzw. an der Spannungsflanke wird durch die Spannungsänderungsgeschwindigkeits keine bzw. eine Verschiebung des Kraftübertragungselements in oder an der Klemmeinrichtung hervorgerufen. Die Höhe des Spannungshubs der Spannungsflanke wird gesteuert durch den Bereich mit langsam variierender Spannung. Vorteilhaft kann durch das Zusammenwirken bzw. durch die Kombination des Bereichs langsam variierender Spannung und der Spannungsflanke die Schrittweite, die durch die Spannungsflanke hervorgerufen wird, eingestellt werden, ohne die Betriebsspannung zu variieren. Die Spannungsänderung in dem Bereich mit langsam variierender Spannung wird im wesentlichen bestimmt zB. durch ein RC-Glied bestehend aus Lade- bzw. Entladewiderstand R und Kapazität C des Piezoelements. Bei Steuerung der Schrittweite mit gleicher die Lade- bzw. Entladezeit ist die Spannungsänderung beim Laden gleich der beim Entladen des Piezoelements, unabhängig von der Kapazität der Piezoelements. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass die Spannungshübe der Spannungsflanken und damit die dadurch hervorgerufene Schrittweite für beide Bewegungsrichtungen unabhängig von der Kapazität des Piezoelements im wesentlichen gleich gross sind.According to an advantageous method in claim 4, the voltage signal has a combination of at least one area with a slowly increasing or filing voltage and an adjoining rising or filing voltage flank which, for example, switches the voltage signal to the operating voltage or reference voltage. In the area of slowly varying voltage or on the voltage flank, the voltage change speed causes no or a displacement of the force transmission element in or on the clamping device. The level of the voltage swing of the voltage edge is controlled by the area with slowly varying voltage. By means of the interaction or the combination of the range of slowly varying voltage and the voltage flank, the step size which is caused by the voltage flank can advantageously be set without varying the operating voltage. The change in voltage in the area with slowly varying voltage is essentially determined, for example. by an RC element consisting of charging or discharging resistance R and capacitance C of the piezo element. If the step size is controlled with the same charging or discharging time, the voltage change during charging is the same as when the piezo element is discharged, regardless of the capacitance of the piezo element. In this way, it is advantageously achieved that the voltage swings of the voltage flanks and thus the resulting step size for both directions of movement are essentially the same regardless of the capacitance of the piezo element.
Nach Anspruch 5 kann es vorteilhaft sein, dass ein Spannungssignal nach Anspruch 4 zumindest zwei Bereiche mit zB. einer langsam zunehmenden bzw. abnehmendenAccording to claim 5, it can be advantageous that a voltage signal according to claim 4 at least two areas with, for example. a slowly increasing or decreasing
Spannungsänderung und einer nachfolgenden ansteigender bzw abfeilender Spannungsflanke aufweist. Durch Einstellen der Beladezeit relativ zur Entladezeit der Kapazität des Aktuators kann die Schrittweite und Bewegungsrichtung eingestellt werden. Diese Zeiten lassen sich zB. digital über einen MOS-FET-Transistor als Schalter einfach einstellen und steuern.Voltage change and a subsequent rising or filing voltage edge. The step size and direction of movement can be set by setting the loading time relative to the discharging time of the capacity of the actuator. These times can be e.g. Simply set and control digitally via a MOS-FET transistor as a switch.
Ein vorteilhaftes Verfehren zur Feinpositionierung des Objekts imNanometerbereich ist im Anspruch 6 angegeben, wobei die Position des Objekts im spannungs- und stromlosen Zustand gehalten wird. Das Spannungssignal weist vorteilhaft eine Kombination von zumindest einen Bereich, indem die Länge des Aktuators mit einer Spannung, zB. per Hand über ein Potentiometer oder per Maus oder Joystick über Computer, eingestellt oder eingeregelt wird, bis das Objekt sich in der richtigen Position befindet, und von zumindest einer Spannungsflanke auf. Nach dem Positionieren wird vorteilhaft die Spannung am Aktuator mit der Spannungsflanke abgeschaltet. Die Spannungsänderungsgeschwindigkeit der Spannungsflanke wird so gross gewählt, dass zB. die Trägheit der Objektmasse eine Verschiebung des Kraftübertragungselements in der Klemmeinrichtung oder an einer Reibungsfläche hervorruft. Das Objekt wird also durch das Abschalten der Spannung mit der Spannungsflanke vorteilhaft im wesentlichen in der eingestellten Position bleiben, wobei der Aktuator sich in einem spannungs- und stromlosen Zustand befindet. Es muss vorteilhaft keine zeitlich konstante Spannung angelegt werden, um die Position zu halten. Dieses Verfehren erlaubt die genauest mögliche Positionierung des Objekt im spannungs- und stromlosen Zustand, die mit einer gegebenen Positioniervorrichtung erreichbar ist. Systemparameter von Positioniervorrichtungen, wie Steifigkeit des Kraftübertragungselements usw. begrenzen die Genauigkeit. Die Schrittweite wird also vorteilhaft während der Positionierung des Objekts mit der einstellbaren oder regelbaren Spannung festgelegt, bevor der Aktuator durch eine Spannungsflanke in einen stromlosen Zustand überführt wird.An advantageous method for fine positioning of the object in the nanometer range is specified in claim 6, the position of the object being kept in the de-energized and de-energized state. The voltage signal advantageously has a combination of at least one Area by the length of the actuator with a voltage, eg. by hand using a potentiometer or by mouse or joystick using a computer, until the object is in the correct position, and by at least one voltage edge. After positioning, the voltage on the actuator is advantageously switched off with the voltage edge. The voltage change speed of the voltage flank is chosen so large that, for example. the inertia of the object mass causes a displacement of the force transmission element in the clamping device or on a friction surface. By switching off the voltage with the voltage flank, the object will therefore advantageously remain essentially in the set position, the actuator being in a voltage and currentless state. It is advantageous not to apply a constant voltage in order to hold the position. This process allows the most precise possible positioning of the object in the de-energized and de-energized state, which can be achieved with a given positioning device. System parameters of positioning devices, such as rigidity of the power transmission element, etc. limit the accuracy. The step size is thus advantageously determined during the positioning of the object with the adjustable or controllable voltage before the actuator is brought into a currentless state by a voltage edge.
Zur Feinpositionierung des Objekts kann es erforderlich sein, vorteilhaft zuerst den Aktuator zB. zu dehnen durch eine Spannungsflanke, wie in Anspruch 7 angegeben, sodass das Kraftübertragungselement zB. durch die Trägheit der Objektmasse in der Klemmstelle verschoben wird. Anschliessend wird mit dem in Anspruch 6 angegebenen Verfehren die Position des Objekts eingestellt und der Aktuator mit einer entsprechenden Spannungsflanke in einen spannungs- und stromlosen Zustand überführt.For fine positioning of the object, it may be necessary to first use the actuator, for example. to stretch by a voltage edge, as specified in claim 7, so that the power transmission element, for example. is shifted by the inertia of the object mass in the nip. The position of the object is then set with the method specified in claim 6 and the actuator is brought into a voltage-free and current-free state with a corresponding voltage edge.
Bei der Überführung des Aktuators mit einer Spannungsflanke in einen stromlosen Zustand nach Anspruch 6, kann es zu systematischen Verschiebungen kommen, insbesondere wenn zB. die Trägheit der Objektmasse, hervorgerufen durch die Spannungsflanke, nicht sehr gross ist gegen die Klemmkraft des Kraftübertragungselements. Diese systematischen Abweichungen können vorteilhaft nach Anspruch 8 durch eine geeignet eingestellte Spannungsänderung vor dem Abschalten der Spannung mit einer Spannungsflanke zumindest teilweise kompensiert werden. Das Objekt wird also mit einer einstellbaren Spannung positioniert, vor dem Abschalten der Spannung mit der Spannungsflanke nach Anspruch 6 wird die eingestellte Spannung nach Anspruch 8 geändert, sodass die Verschiebung des Objekts durch die Spannungsflanke durch eine entsprechend geänderte Länge des Aktuators vorteilhaft möglichst vollständig ausgeglichen wird. Mit diesem Verfehren lässt sich die Positioniergenauigkeit des Antriebs verbessern.When moving the actuator with a voltage edge into a de-energized state according to claim 6, systematic shifts can occur, especially if, for example. the inertia of the object mass, caused by the voltage flank, is not very great against the clamping force of the force transmission element. These systematic deviations can advantageously be at least partially compensated for by a suitably set voltage change before switching off the voltage with a voltage edge. The object is thus positioned with an adjustable voltage, before switching off the voltage with the voltage edge according to claim 6, the set Voltage changed according to claim 8, so that the displacement of the object by the voltage edge is advantageously completely compensated for by a correspondingly changed length of the actuator. With this method, the positioning accuracy of the drive can be improved.
Ein weiteres vorteilhaftes Verfehren zur Kompensation von systematischen Verschiebungen beim Abschalten der Spannung über eine Spannungsflanke nach Anspruch 6 ist in Anspruch 9 angegeben. Für Antriebe, bei welchen diese Verschiebung im wesentlichen unabhängig ist von dem Spannungshub der Spannungsflanke und diese Verschiebung für ansteigende und abfeilende Spannungen im wesentlichen betragsmässig gleich, richtungsmässig aber entgegengesetzt ist, kann die Verschiebung wie folgt kompensiert werden: Nach Positionierung des Objekts mit einer einstellbaren Spannung, wie in Anspruch 6 erläutert, wird die Spannung vorteilhaft erst mit einer Spannungsflanke erhöht, bevor sie mit einer Spannungsflanke abgeschaltet wird. Dadurch kann zumindest ein Teil der Verschiebung des Objekts durch eine abfeilende Spannungsflanke kompensiert werden.Another advantageous method for compensating for systematic displacements when switching off the voltage via a voltage edge according to claim 6 is specified in claim 9. For drives in which this displacement is essentially independent of the voltage swing of the voltage flank and this displacement for increasing and filing voltages is essentially the same in amount but opposite in terms of direction, the displacement can be compensated as follows: After positioning the object with an adjustable voltage As explained in claim 6, the voltage is advantageously increased only with a voltage edge before it is switched off with a voltage edge. As a result, at least part of the displacement of the object can be compensated for by a filing voltage flank.
Ein vorteilhaftes Verfehren zur Ansteuerung von zumindest zwei Aktuatoren mit gegenphasiger, zeitlich korrelierter Bewegung ist in Anspruch 10 angegeben, das vorteilhaft auch mit obigen Verfehren zur Ansteuerung kombiniert werden kann. Gegenphasige zeitlich korrelierte Bewegung ist zB. für Aktuatoren erforderlich, die an den gegenüberliegenden Seiten des Objekts in Bewegungsrichtung, zB. eines Läufers von einem Positioniertisch, angebracht sind. Erfindungsgemäss werden dazu die zumindest zwei Aktuatoren elektrisch in Serie geschaltet und eine Vorspannung, zB. die Betriebsspannung angelegt. Aktuatoren die eine gleichphasige Bewegung durchführen müssen werden parallel geschaltet. Das Spannungssignal zur Ansteuerung der Aktuatoren, zB. ein Signal wie oben erläutert, wird vorteilhaft auf die Kontakte der Aktuatoren gegeben, die elektrisch miteinander verbunden sind. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass die Ansteuerung der Aktuatoren mit nur einem Spannungssignal erfolgen kann und die Aktuatoren gegenphasig und zeitlich richtig korreliert die Länge ändern ohne aufwendige Steuerelektronik.An advantageous method for actuating at least two actuators with an opposite phase, time-correlated movement is specified in claim 10, which can advantageously also be combined with the above methods for actuation. For example, phase-correlated movement in phase opposition is. required for actuators on the opposite sides of the object in the direction of movement, e.g. of a runner from a positioning table. According to the invention, the at least two actuators are electrically connected in series and a bias voltage, for example. the operating voltage is applied. Actuators that have to perform an in-phase movement are connected in parallel. The voltage signal for controlling the actuators, e.g. a signal as explained above is advantageously applied to the contacts of the actuators which are electrically connected to one another. It is thereby advantageously achieved that the actuators can be actuated with only one voltage signal and the actuators change the length in correlation with one another in phase and in the correct time without complex control electronics.
Nach Anspruch 11 ist es vorteilhaft, die Vorspannung in Anspruch 10 vor dem Anlegen des Spannungssignals anzuschalten und nach dem Signal abzuschalten, da es beim An- und Abschalten der Vorspannung zu einer Verschiebung der Objektmasse kommen kann.According to claim 11, it is advantageous to switch on the pretension in claim 10 before applying the voltage signal and to switch it off after the signal, since the object mass can shift when the pretension is switched on and off.
8 Vorteilhaft sind die Aktuatoren dann nach jedem Schritt in einem spannungs- und stromlosen Zustand, die eingestellte Position ohne Spannung gehalten werden.8th The actuators are then advantageously in a de-energized and de-energized state after each step, the set position being held without voltage.
Nach Anspruch 12 ist es vorteilhaft, die Vorspannung mit Spannungsflanken zu- oder abzuschalten, wobei die Spannungsänderungsgeschwindigkeit so gross gewählt wird, dass sich die Objektmasse zB. aufgrund der auftretenden Trägheitskräfte im wesentlich nicht bewegt, sondern das bzw. die Kraftübertragungselement bzw. -elemente in der bzw. den Klemmeinrichtung bzw. -einrichtungen. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass die Verschiebung beim Zu- oder Abschalten der Vorspannung möglichst klein gehalten wird.According to claim 12, it is advantageous to switch the bias voltage on or off with voltage edges, the voltage change speed being chosen so large that the object mass, for example. due to the inertia forces occurring, essentially not moved, but rather the force transmission element or elements in the clamping device or devices. This advantageously ensures that the displacement is kept as small as possible when the bias voltage is switched on or off.
Vorteilhaft wird nach Anspruch 13 die Vorspannung so angelegt, dass sie zB. über den Aktuator von den mindestens zwei Aktuatoren abfällt, der die kleinere Klemmkraft des Kraftübertragungselements in der Klemmeinrichtung aufweist. Bei mehreren Aktuatoren wird die Vorspannung vorteilhaft an die Gruppe von parallel geschalteten Aktuatoren angelegt, die im Vergleich zur anderen Gruppe in der Summe die kleinere Klemmkraft derAdvantageously, the bias voltage is applied so that it, for example. via the actuator drops from the at least two actuators, which has the smaller clamping force of the force transmission element in the clamping device. In the case of several actuators, the pretension is advantageously applied to the group of actuators connected in parallel, which, compared to the other group, together have the smaller clamping force of the
Kraftübertragungselemente in den Klemmeinrichtungen aufweist. Dadurch wird erreicht, dass beim Ein- und Ausschalten der Vorspannung die Objektmasse nicht verschiebt. Vorteilhaft bleibt die Objektmasse nach diesem Verfehren in der Position, die durch die Spannungssignale eingestellt worden ist.Has power transmission elements in the clamping devices. This ensures that the object mass does not shift when the bias voltage is switched on and off. After this process, the object mass advantageously remains in the position which has been set by the voltage signals.
Die erzielbaren Vorteile werden an den nun folgenden Ausführungsbeispielen erläutert. In den Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise veranschaulicht und zwar zeigenThe achievable advantages are explained in the following exemplary embodiments. The invention is illustrated, for example, in the drawings in which it is shown
- die Figur la bis ld wie ein Aktuator in einem Trägheitsantrieb mit erfindungsgemässen Spannungssignal angesteuert wird, um eine schrittweise Bewegung zu erreichen. - die Figur 2a und 2b Spannungssignale mit gleicher Betriebsspannung aber unterschiedlicher Schrittweite.- Figures la to ld how an actuator in an inertial drive is controlled with the voltage signal according to the invention in order to achieve a gradual movement. - Figures 2a and 2b voltage signals with the same operating voltage but different step size.
- die Figur 3a und 3b Spannungssignale mit gleicher Betriebsspannung und gleicher Schrittweite, aber mit unterschiedlich langen Zeitintervallen.- Figures 3a and 3b voltage signals with the same operating voltage and the same step size, but with different time intervals.
- die Figur 4a bis 4c Spannungssignale, bei denen der Spannungshub einer Spannungsflanke durch eine Bereich mit langsam variierender Spannung gesteuert wird.- Figures 4a to 4c voltage signals, in which the voltage swing of a voltage edge is controlled by an area with slowly varying voltage.
- die Figur 5a bis 5c erfindungsgemässe Spannungssignale zur Feinpositionierung eines piezoelektischen oder elektrostriktiven Antriebs. - die Figur 6a und 6b einen Messtisch mit piezoelektischen Trägheitsantrieb, wobei die Aktuatoren für eine schrittweise Bewegung eine gegenphasige Längenänderung durchführen müssen.- Figures 5a to 5c voltage signals according to the invention for fine positioning of a piezoelectric or electrostrictive drive. FIGS. 6a and 6b show a measuring table with a piezoelectric inertial drive, the actuators having to perform a phase change in length for a stepwise movement.
- die Figur 7a und 7b Vorspannung und Spannungssignale zum Ansteuern von Aktuatoren. -die Figur 8 einen schematischen Schaltplan, zum Erzeugen von den erfindungsgemässen- Figures 7a and 7b bias and voltage signals for driving actuators. FIG. 8 shows a schematic circuit diagram for generating those according to the invention
Spannungssignalen.Voltage signals.
In Fig. la bis ld ist die Bewegung eines Trägheitsantriebs in Abhängigkeit von einem erfindungsgemässen Spannungssignal U(t) 1 schematisch dargestellt. In diesem Beispiel setzen sich die Spannungssignale 1, 1' aus folgenden Teilen zusammen:The movement of an inertial drive as a function of a voltage signal U (t) 1 according to the invention is shown schematically in FIGS. In this example, the voltage signals 1, 1 'are composed of the following parts:
Einer Referenzsspannung 5, die als 0V angenommen wird, einer Betriebsspannung 6, die positive oder negative Spannungswerte relativ zur Referenzspannung haben kann, der ansteigenden Spannungsflanken 2, der abfeilenden Spannungsflanken 3 und einem Bereich mit einer langsam variierender Spannung 4. Der Trägheitsantrieb besteht aus einem piezoelektrischen oder elektrostriktiven Aktuator 7 mit einer zu positionierenden Objektmasse 9 und einem Kraftübertragungselement 8, das sich in einer Klemmvorrichtung 10 befindet. Die Klemmvorrichtung 10 ist mit der Referenzmasse 11 verbunden, die als ortfest angenommen wird. Die elektrischen Anschlüsse des Aktuators 7 sind übersichtshalber nicht eingezeichnet. In Fig.la liegt keine Spannung am Aktuator 7 an. Nun wird eine Spannungsflanke 2 auf den Aktuator 7 gegeben, wie in Fig.lb gezeigt, mit einer Spannungsänderungsgeschwindigkeit der Spannungsflanke 2, die vorteilhaft so gross gewählt, dass die Trägheitskraft der zu positionierenden Objektmasse 9 eine Verschiebung des Kraftübertragungselements 8 in der Klemmeinrichtung 10 hervorruft. Anschliessend wird in Fig. lc eine langsam abfeilende Spannung 4 am Aktuator 7 angelegt mit einer Spannυngsänderungsgeschwindigkeit der Spannung 4, die vorteilhaft so gewählt ist, dass die Trägheitskraft der zu positionierenden Objektmasse 9 nicht ausreicht eine Verschiebung des Kraftübertragungselements 8 in der Klemmeinrichtung 10 hervorzurufen. Durch die Längenänderung des Aktuators 7 mit der Spannungsänderung 4 verschiebt sich die Objektmasse 9, wie in Fig.lc gezeigt. In Fig. ld wird nun die Spannung 4 mit der Spannungsflanke 3 am Aktuator 7 auf Referenzspannung 0V 5 gebracht. Die Spannungsänderungsgeschwindigkeit der Spannungsflanke 3 wird vorteilhaft so gross gewählt, dass die Trägheitskraft der zu positionierenden Objektmasse 9 eine Verschiebung des Kraftübertragungselements 8 in derA reference voltage 5, which is assumed to be 0V, an operating voltage 6, which can have positive or negative voltage values relative to the reference voltage, the rising voltage edges 2, the filing voltage edges 3 and a region with a slowly varying voltage 4. The inertial drive consists of a piezoelectric or electrostrictive actuator 7 with an object mass 9 to be positioned and a force transmission element 8, which is located in a clamping device 10. The clamping device 10 is connected to the reference mass 11, which is assumed to be stationary. For the sake of clarity, the electrical connections of the actuator 7 are not shown. In Fig.la there is no voltage at the actuator 7. Now, a voltage flank 2 is applied to the actuator 7, as shown in Fig.lb, with a voltage change speed of the voltage flank 2, which is advantageously chosen so large that the inertial force of the object mass 9 to be positioned causes a displacement of the force transmission element 8 in the clamping device 10. Then, in FIG. 1 c, a slowly filing voltage 4 is applied to the actuator 7 with a voltage change speed of the voltage 4, which is advantageously chosen such that the inertial force of the object mass 9 to be positioned is not sufficient to cause a displacement of the force transmission element 8 in the clamping device 10. Due to the change in length of the actuator 7 with the change in voltage 4, the object mass 9 shifts, as shown in FIG. 1c. In FIG. 1d, the voltage 4 is now brought to the reference voltage 0V 5 with the voltage edge 3 on the actuator 7. The voltage change rate of the voltage flank 3 is advantageously chosen to be so great that the inertial force of the object mass 9 to be positioned causes the force transmission element 8 to shift
10 Klemmeinrichtung 10 hervorruft und sich die Objektmasse 9 im wesentlichen nicht bewegt, wie in Fig.ld dargestellt. Vorteilhaft ergibt sich die Schrittweite der Verschiebung der Objektmasse pro Spannungssignal 1 aus der Differenz der Spannungshübe der Spannungsflanken 2 und 3. Das Spannungssignal 1 kann periodisch mit einer gewissen Wiederholfrequenz am Aktuator 7 angelegt werden, um eine einstellbare Verschiebegeschwindigkeit der Objektmasse 9, die sich aus Schrittweite mal Wiederholfrequenz ergibt, zu erreichen.10 Clamping device 10 causes and the object mass 9 does not move substantially, as shown in Fig.ld. The step size of the displacement of the object mass per voltage signal 1 advantageously results from the difference between the voltage swings of the voltage edges 2 and 3. The voltage signal 1 can be applied periodically with a certain repetition frequency to the actuator 7 by an adjustable displacement speed of the object mass 9, which results from the step size times repeat frequency results.
Vorteilhaft kann durch Einstellen der Spannungsdifferenzen der Spannungsflanken 2 und 3 die Schrittweite pro Spannungssignal 1, 1' eingestellt werden ohne die Betriebsspannung variieren zu müssen, wie in Fig.2a und 2b gezeigt. Die Spannungssignale 1, 1' auf der linken Seite von Fig.2a und 2b erzeugen einen grösseren Verschiebeschritt der Objektmasse 9 pro Spannungssignal 1 als die Signale 1, 1 ' auf der rechten Sehe. Vorteilhaft kann also eine genaue Positionierung des Objekts 9 mit diesem Verfehren vorgenommen werden, die Position wird dann im spannungslosen bzw. stromlosen Zutand der Aktuators 7 gehalten. Die Spannungssignale 1 ' in Fig.2b unterscheiden sich von den Spannungssignalen 1 in Fig.2a dadurch, dass sie das Objekt 9 in die entgegengesetzte Richtung bewegen, wie in Fig.la-d gezeigt.By setting the voltage differences of the voltage edges 2 and 3, the step size per voltage signal 1, 1 'can advantageously be set without having to vary the operating voltage, as shown in FIGS. 2a and 2b. The voltage signals 1, 1 'on the left side of FIGS. 2a and 2b produce a larger shifting step of the object mass 9 per voltage signal 1 than the signals 1, 1' on the right. It is therefore advantageously possible to carry out a precise positioning of the object 9 with this method, the position is then kept in the de-energized or de-energized state of the actuators 7. The voltage signals 1 'in Fig.2b differ from the voltage signals 1 in Fig.2a in that they move the object 9 in the opposite direction, as shown in Fig.la-d.
Vorteilhaft kann nach Fig. 3a und 3b eine Spannungsflanke 2' oder 3 dazu genutzt werden, das Zeitintervall T' auf das Zeitintervall T zu verkürzen, ohne die Gesamtschrittweite zu ändern im Vergleich zu einem Spannungssignal ohne die Spannungsflanken 2' oder 3 (gestrichelte Linien). Die Spannungshübe der Spannungsflanken 2' und 3 müssen so klein gewählt werden, dass die Längenänderung des Aktuators 7 nicht ausreicht, das Kraftübertragungselement 8 in der Klemmvorrichtung 10 zu verschieben aufgrund der nicht unendlich grossen Steifigkeit des Antriebs. Auf diese Weise kann vorteilhaft die Spannung des Spannungssignals 1, 1' schnell wieder auf die Referenzspannung 5 gebracht werden, ohne die Schrittweite zu verkürzen. Die maximale Wiederholfrequenz erhöht sich von 2π/T' auf 2π T und damit vorteilhaft die maximale Verschiebegeschwindigkeit.3a and 3b, a voltage edge 2 'or 3 can advantageously be used to shorten the time interval T' to the time interval T without changing the overall step width compared to a voltage signal without the voltage edges 2 'or 3 (dashed lines) . The voltage swings of the voltage edges 2 'and 3 must be chosen so small that the change in length of the actuator 7 is not sufficient to shift the force transmission element 8 in the clamping device 10 due to the not infinitely high rigidity of the drive. In this way, the voltage of the voltage signal 1, 1 'can advantageously be quickly brought back to the reference voltage 5 without shortening the step size. The maximum repetition frequency increases from 2π / T 'to 2π T and thus advantageously the maximum displacement speed.
In den Fig.4a und 4b sind Spannungssignale 1,1 ' gezeigt, die einen Bereich 4", 4'" mit einer Spannungsänderungsgeschwindigkeit aufweisen, die zu keiner Verschiebung des Kraftübertragungselements 8 in oder an der Klemmeinrichtung 10 des Antriebs führt, und einer sich daran anschliessenden Spannungsflanke 2, 3'. Die Spannungshub der4a and 4b show voltage signals 1, 1 'which have a region 4 ", 4'" with a speed of change in voltage that does not lead to any displacement of the force transmission element 8 in or on the clamping device 10 of the drive, and one thereon subsequent voltage edge 2, 3 '. The voltage swing of the
11 Spannungsflanke 2, 3 ' wird vorteilhaft über die Spannungsänderung im Bereich 4", 4"' gesteuert und damit die durch die Spannungsflanke 2, 3 ' hervorgerufene Schrittweite. Die Schrittweite pro Spannungssignal 1,1 ' rechts in Fig.4a und 4b kürzer als die pro Signal 1,1 ' links. Vorteilhaft wird die Spannungsänderung im Bereich 4" bzw. 4'" gesteuert über die Lade- bzw. Entladezeit. Unabhängig von der Kapazität C des Piezoelements 7, bedingt durch im wesentlichen gleiche RC-Konstanten, mit R einem Lade- bzw. Entladewiderstand, erhält man dann gleich grosse Spannungsänderungen im Bereich 4" und 4'", und damit in beiden Bewegungsrichtungen (vgl. Fig.4a und Fig.4b) im wesentlichen gleich grosse Schrittweiten durch die Spannungsflanken 2, 3'. Vorteilhaft kann die Lade- und Entladezeit zB. digital mit einem MOSFET als Schalter eingestellt werden, wie zB. in Fig.8 gezeigt.11 Voltage flank 2, 3 'is advantageously controlled via the voltage change in the range 4 ", 4"' and thus the step size caused by the voltage flank 2, 3 '. The step size per voltage signal 1,1 'on the right in FIGS. 4a and 4b is shorter than that per signal 1,1' on the left. The change in voltage in the range 4 "or 4 '" is advantageously controlled via the charging or discharging time. Irrespective of the capacitance C of the piezo element 7, due to essentially the same RC constants, with R a charging or discharging resistance, voltage changes of the same magnitude are then obtained in the range 4 "and 4 '", and thus in both directions of movement (cf. Fig.4a and Fig.4b) substantially equal step sizes through the voltage edges 2, 3 '. The charging and discharging time can be advantageous, for example. can be set digitally with a MOSFET as a switch, such as. shown in Fig.8.
Das Spannungssignal 1 ' in Fig.4c weist vorteihaft zwei Bereiche 4' bzw. 4'" mit der sich daran anschliessenden Spannungsflanke 2' bzw. 3' auf. Die Schrittweite und die Bewegungsrichtung kann bei einem solchen Signal 1 ' in Fig.4c über die Beladezeit ti und die Entladezeit t2 eingestellt werden, ohne die Betriebsspannung 6 variieren zu müssen. Für ti > t2 bewegt sich der Antrieb in die entgegengesetzte Richtung als für t,<t2. Die Grosse der Differenz |tι-t2| bestimmt im wesentlichen die Schrittweite des Antriebs pro Spannungssignal 1 '.The voltage signal 1 'in FIG. 4c advantageously has two areas 4' or 4 '"with the adjoining voltage edge 2' or 3 '. With such a signal 1' in FIG the loading time ti and the unloading time t 2 can be set without having to vary the operating voltage 6. For ti> t 2 the drive moves in the opposite direction than for t, <t 2. The size of the difference | tι-t 2 | essentially determines the step size of the drive per voltage signal 1 '.
Fig. 5a bis 5c zeigen erfindungsgemässe Spannungssignale 1 ", die sich insbesondere zur Feinpositionierung von Objekten 9 eignen. Die Feinpositionierung des Objekts 9 erfolgt im Bereich der Längenänderung des Aktuators 7 mit einer einstellbaren oder regelbaren Spannung 4"" des Spannungssignals 1 ", zB. per Hand über ein Potentiometer oder über Joystick per Computer. Entscheidend ist, dass vorteilhaft nach Justierung mit einer Spannung 4"" , die Spannung am Aktuator 7 mit einer Spannungsflanke 3" auf Referenzspannung 5 gebracht wird, d.h. es liegt nach dem Positioniervorgang keine Spannung am Aktuator 7 an. Die Spannungsänderungsgeschwindigkeit der Spannungsflanke 3" wird vorteilhaft so gross gewählt, dass zB. die Trägheitskraft der zu positionierenden Objektmasse 9 eine Verschiebung des Kraftübertragungselements 8 in der Klemmeinrichtung 10 hervorruft und sich die Objektmasse 9 im wesentlichen nicht bewegt. Die mit der Spannung 4"" eingestellte Position des Objekts 9 wird vorteilhaft nach Abschalten der Spannung am Aktuator 7 im spannungs- und stromlosen Zustand gehalten. Dieses Verfehren erlaubt eine Feinpositionierung im Nanometerbereich bzw. eine sehr genaue5a to 5c show voltage signals 1 "according to the invention, which are particularly suitable for fine positioning of objects 9. Fine positioning of the object 9 takes place in the area of the change in length of the actuator 7 with an adjustable or adjustable voltage 4" "of the voltage signal 1", for example. by hand using a potentiometer or by joystick on the computer. It is crucial that, after adjustment with a voltage 4 "", the voltage on the actuator 7 is brought to the reference voltage 5 with a voltage edge 3 ", ie there is no voltage on the actuator 7 after the positioning process. The voltage change rate of the voltage edge 3" becomes advantageously chosen so large that, for example. the inertial force of the object mass 9 to be positioned causes a displacement of the force transmission element 8 in the clamping device 10 and the object mass 9 essentially does not move. The position of the object 9 set with the voltage 4 "" is advantageously kept in the de-energized and de-energized state after the voltage on the actuator 7 has been switched off. This process allows fine positioning in the nanometer range or very precise
12 Positionierung im stromlosen Zustand, die nur aufgrund zB. der Mechanik und Steifigkeit des Antriebs begrenzt ist.12 Positioning in the de-energized state, which is only due to e.g. the mechanics and rigidity of the drive is limited.
Zur Feinpositionierung des Objekts 9 kann es erforderlich und vorteilhaft sein, den Aktuator 7 zuerst zB. mit einer ansteigenden Spannungsflanke 2" auf die Spannung 6' zu dehnen, um dann eine Feineinstellung in die Bewegungsrichtung vorzunehmen, wie in Fig.la-d angegeben. Die Spannungsänderungsgeschwindigkeit der Spannungsflanke 2" ist vorteilhaft so gross gewählt, dass die Trägheitskraft der zu positionierenden Objektmasse 9 eine Verschiebung des Kraftübertragungselements 8 in der Klemmeinrichtung 10 hervorruft und sich die Objektmasse 9 im wesentlichen nicht bewegt. Anschliessend wird, wie oben erläutert, das Objekt 9 mit der Spannung 4"" feinpositioniert, und schliesslich die Spannung 4"" mit der Spannungsflanke 3" am Aktuator 7 abgeschaltet. Ein solches Spannungssignal 1 " ist in Fig.5b gezeigt. Mit den Spannungssignalen 1 " in Fig.5a wird eine Feinpositionierung für einen Antrieb, wie in Fig.la-d schematisch gezeigt, genau in die entgegengesetzte Richtung, wie für das Spannungssignal 1 " in Fig.5b, vorgenommen.For fine positioning of the object 9, it may be necessary and advantageous to first of all, for example, the actuator 7. with a rising tension flank 2 "to stretch the tension 6 'in order to then make a fine adjustment in the direction of movement, as indicated in Fig.la-d. The rate of tension change of the tension flank 2" is advantageously chosen so large that the inertia force of the item to be positioned Object mass 9 causes a displacement of the force transmission element 8 in the clamping device 10 and the object mass 9 essentially does not move. Subsequently, as explained above, the object 9 is finely positioned with the voltage 4 "", and finally the voltage 4 "" with the voltage edge 3 "is switched off at the actuator 7. Such a voltage signal 1" is shown in FIG. 5b. With the voltage signals 1 "in FIG. 5a, a fine positioning for a drive, as shown schematically in Fig.la-d, is carried out exactly in the opposite direction as for the voltage signal 1" in FIG. 5b.
Beim Abschalten der Spannung 4"" am Aktuator 7 mit der Flanke 3" kann es systembedingt zu einer Verschiebung der Objektmasse 9 kommen, wodurch die Positioniergenauigkeit begrenzt wird. Diese Verschiebung kann kompensiert werden durch eine Spannungsänderung 3 '", die die Länge des Aktuators 7 um den Betrag ändert, der beim Abschalten der Spannung 4"" durch die Spannungsflanke 3" als Verschiebung zu erwarten ist. Solche Spannungssignale 1 " sind in Fig.5c gezeigt. Mit diesem Verfehren lassen sich systembedingte Verschiebungen durch die Spannungsflanke 3" des Antriebs zumindest teilweise kompensieren und die Einstellgenauigkeit erhöhen.When the voltage 4 "" on the actuator 7 with the flank 3 "is switched off, the object mass 9 can shift due to the system, which limits the positioning accuracy. This shift can be compensated for by a voltage change 3" "which changes the length of the actuator 7 changes by the amount that is to be expected as a shift when voltage 4 "" is switched off by voltage edge 3 ". Such voltage signals 1" are shown in FIG. 5c. With this method, system-related displacements can be at least partially compensated for by the voltage flank 3 "of the drive and the setting accuracy can be increased.
In Fig.5a, rechtes Signal 1 ", wird eine Verschiebung durch die Spannungsflanke 3 " mit einer Spannungsflanke 3"" zumindest teilweise kompensiert. Dieses Verfehren eignet sich dann vorteilhaft, wenn die auftretende Verschiebung betragsmässig unabhängig ist von der Höhe des Spannungshubes der ansteigenden 3"" und der abfeilenden Spannungsflanke 3" ist, aber richtungsmässig verschieden ist. Der Aktuator 7 wird zB. von der eingestellten Spannung 4"" auf Betriebsspannung 6 geschaltet mit der Spannungsflanke 3"" und anschliessend mit der Spannungsflanke 3" abgeschaltet, wie in Fig.5a im rechten Signal 1 " gezeigt.In Fig. 5a, right signal 1 ", a shift by the voltage edge 3" with a voltage edge 3 "" is at least partially compensated. This method is advantageously suitable if the amount of the displacement that occurs is independent of the magnitude of the voltage swing of the rising 3 "" and the filing voltage flank 3 ", but is different in direction. The actuator 7 is, for example, the set voltage 4" " switched to operating voltage 6 with the voltage edge 3 "" and then switched off with the voltage edge 3 ", as shown in Fig.5a in the right signal 1".
13 In Fig. 6a und 6b ist ein Verschiebetisch mit einem Läufer 9 gezeigt, der als das zu verschiebende Objekt 9 fest durch drei Kraftübertragungselemente 8 über die Klemmeinrichtung 10 am Stator als Referenzmasse 11 eingespannt ist. Diese Anordnung führt vorteilhaft zu einer absoluten Spielfreiheit des Läufers 9. Zur Verschiebung des Läufers 9 muss13 6a and 6b show a displacement table with a rotor 9 which, as the object 9 to be displaced, is firmly clamped by three force transmission elements 8 via the clamping device 10 on the stator as reference mass 11. This arrangement advantageously leads to absolute freedom of play for the runner 9. The runner 9 must be displaced
5 eine zeitlich und spannungsmässig korrelierte Ansteuerung der Aktuatoren 7, 7' erfolgen. Die piezoelektischen oder elektrostriktiven Aktuatoren 7 und 7' müssen so angesteuert werden, dass der Aktuator 7 im Vergleich zu den Aktuatoren 7' eine gegenphasige Bewegung, d.h. Längenänderung durchführt, um den Läufer 9 zu bewegen. Erfindungsgemäss werden die Aktuatoren 7 und T elektrisch in Serie5, the actuators 7, 7 'are correlated in terms of time and voltage. The piezoelectric or electrostrictive actuators 7 and 7 'have to be controlled in such a way that the actuator 7 has a movement in opposite phase to the actuators 7', i.e. Changes the length to move the rotor 9. According to the invention, the actuators 7 and T become electrical in series
10 geschaltet, wie durch die elektrischen Leitungen 14 dargestellt. Die Aktuatoren 7' führen eine gleichpasige Bewegung durch und sind daher elektrisch parallel geschaltet. Zwischen den Anschlüssen 13 und 13' wird die Vorspannung 15, die vorzugsweise der Betriebsspannung 6 entspricht, angelegt. Vorteilhaft wird das Spannungssignal 1'" auf die Anschlüsse 12, 12' der Aktuatoren 7, 7' gegeben, die elektrisch verbunden sind. Mit diesem erfindungsgemässen10 switched, as shown by the electrical lines 14. The actuators 7 'perform a movement with the same phase and are therefore electrically connected in parallel. The bias voltage 15, which preferably corresponds to the operating voltage 6, is applied between the connections 13 and 13 '. The voltage signal 1 ′ ″ is advantageously applied to the connections 12, 12 ′ of the actuators 7, 7 ′, which are electrically connected
15 Verfehren wird erreicht, dass mit einem Signal 1 '" die drei Aktuatoren 7, 7' zeitlich richtig angesteuert werden: Der Aktuator 7 wird kontrahiert, wenn die Aktuatoren 7' durch das Spannungssignal 1 '" gedehnt werden und umgekehrt, um zB. eine schrittweise Bewegung des Läufers 9 zu erreichen.It is achieved that the three actuators 7, 7 'are actuated correctly in time with a signal 1' ": The actuator 7 is contracted when the actuators 7 'are stretched by the voltage signal 1" "and vice versa, for example. to achieve a gradual movement of the rotor 9.
20 Vorteilhaft feilt die Vorspannung 15 am Aktuator 7 ab, ohne Spannungssignal 1'" liegen 12 und 12' auf Referenzspannung 5. Ohne Signal 1 '" liegt also keine Spannung den Aktuatoren 7' an. Zudem wird angenommen, dass die Summe der Klemmkräfte der Kraftübertragungselemente 8, die mit den Aktuatoren 7' verbunden sind, grösser sind als die Klemmkraft des Kraftübertragungselements 8 von Aktuator 7. Unter diesen Bedingungen20 The bias voltage 15 advantageously files off the actuator 7, without voltage signal 1 '"12 and 12' are at reference voltage 5. Without signal 1 '" there is therefore no voltage at the actuators 7'. In addition, it is assumed that the sum of the clamping forces of the force transmission elements 8, which are connected to the actuators 7 ', is greater than the clamping force of the force transmission element 8 of the actuator 7. Under these conditions
25 verschiebt sich vorteilhaft beim Ein- und Ausschalten der Vorspannung 15 das25 moves advantageously when switching the bias voltage 15 on
Kraftübertragungselement 8 von Aktuator 7, der Läufer 9 wird vorteilhaft nicht verschoben.Power transmission element 8 of actuator 7, the rotor 9 is advantageously not moved.
Fig.7a und 7b zeigen, wie das Spannungssignal 1 '" und die Vorspannung 15 vorteilhaft zeitlich geschaltet werden können. In Fig.7a wird die Vorspannung 15 mit Spannungsflanken 15 'und 30 15 " ein- und ausgeschaltet, wobei die Spannungsänderungsgeschwindigkeit der7a and 7b show how the voltage signal 1 '"and the bias voltage 15 can advantageously be switched in time. In Fig. 7a, the bias voltage 15 is switched on and off with voltage edges 15' and 30 15", the voltage change rate of the
Spannungsflanken 15' und 15" vorteilhaft so gross gewählt ist, dass zB. die Trägheit der Objektmasse 9 eine Verschiebung der Kraftübertragungselemente 8 in den Klemmeinrichtungen 10 bewirkt. Dadurch wird erreicht, dass beim Ein- und Ausschalten derVoltage flanks 15 'and 15 "is advantageously chosen to be so large that, for example, the inertia of the object mass 9 causes the force transmission elements 8 to shift in the clamping devices 10. This ensures that when the
14 Vorspannung 15 weitgehend eine Verschiebung der Objektmasse vermieden wird, die Position des Objekts 9 wird im wesentlichen durch das Spannungssignal 1 '" eingestellt. Fig.7b zeigt Vorspannung 15 und Signalspannung 1 '" für den Fall, dass die Vorspannung 15 vor dem Anfang des Signals 1 '" eingeschaltet und nach den Ende des Signals V" ausgeschaltet wird. Nach jedem Schritt ist die Objektmasse 9 vorteilhaft im spannungs- und stromlosen Zustand positioniert, eine Verschiebung der Objektmasse 9 durch das Ein- und Ausschalten der Vorspannung 15 kann einfech zur Verschiebung des Objektmasse 9 durch das Spannungssignal 1 '" hinzuaddiert werden, um so die Gesamtverschiebung pro Signaleinheit zu erhalten.14 Preload 15 largely prevents displacement of the object mass, the position of the object 9 is essentially set by the voltage signal 1 '". FIG. 7b shows preload 15 and signal voltage 1""in the event that the preload 15 is before the start of the signal 1 '"is switched on and after the end of the signal V" is switched off. After each step, the object mass 9 is advantageously positioned in the de-energized and de-energized state, a displacement of the object mass 9 by switching the bias voltage 15 on and off can simply be added to the displacement of the object mass 9 by the voltage signal 1 ″, in order to increase the total displacement to get per signal unit.
Fig. 8 zeigt einen schematischen Schaltplan mit vier MOSFET-Transistoren M1,M2,M3,M4, den Belade- Rl und Entladewiderstand R2 zB. mit Rl = R2, sowie die Kapazität 7" als Ersatzschaltbild für einen piezoelektischen oder elektrostriktiven Aktuator 7. Die MOSFET- Transistoren M1-M4 können direkt mit einem digitalen Signal über die Gate-Elektrode geschaltet werden. Bereiche, zB. 4,4 ',4", im Spannungssignal 1 mit langsam ansteigenden bzw. abfeilenden Spannungsänderungsgeschwindigkeiten können mit Rl und Ml bzw. R2 und M2, ansteigende bzw. abfeilende Spannungsflanken, zB. 2,3 , können mit M3 bzw. M4 erzeugt werden. Die Spannungssignale 1 " in Fig.5a bis 5c lassen sich zB. im Bereich 4"" durch Einstellen des Widerstandwerts von Rl und/oder R2 bei durchgeschalteten Ml und M2 erzeugen, wobei Rl und/oder R2 in diesem Fall zB. Potentiometer darstellen.Fig. 8 shows a schematic circuit diagram with four MOSFET transistors M1, M2, M3, M4, the loading R1 and discharge resistor R2, for example. with Rl = R2, and the capacitance 7 "as an equivalent circuit diagram for a piezoelectric or electrostrictive actuator 7. The MOSFET transistors M1-M4 can be switched directly with a digital signal via the gate electrode. Areas, for example. 4,4 ', 4 ", in the voltage signal 1 with slowly increasing or filing voltage change speeds can with Rl and Ml or R2 and M2, rising or filing voltage edges, for example. 2,3, can be generated with M3 or M4. The voltage signals 1 ″ in FIGS. 5 a to 5 c can be generated, for example, in the range 4 ″ by setting the resistance value of R 1 and / or R 2 when M 1 and M 2 are switched through, R 1 and / or R 2 representing potentiometers in this case.
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Claims

Patentansprüche claims
1.Verfahren zur elektrischen Ansteuerung zumindest eines piezoelektrischen oder elektrostriktiveii Aktuators in einem Antrieb, der zumindest ein Kraftübertragungselement und zumindest eine Klemmeinrichtimg aufweist, mit einem elektrischen Spannungssignal, das an den piezoelektrischen oder elektrostriktiven Aktuator angelegt wird, und das pro Periode aufweist:1.Method for the electrical control of at least one piezoelectric or electrostrictive actuator in a drive which has at least one force transmission element and at least one clamping device with an electrical voltage signal which is applied to the piezoelectric or electrostrictive actuator and which has per period:
- mindestens eine Flanke mit einer grossen Steilheit, die das Kraftübertragungselement in der- At least one edge with a steep slope that the power transmission element in the
Klemmeinrichtung durchrutschen lässt, - mindestens einen Abschnitt langsam variierender Spannung, die einen Reibschluss desClamping device slips, - at least a section of slowly varying tension, the frictional engagement of the
Kraftübertragungselements in der Klemmeinrichtung ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Spannungssignal (1, 1 ') zumindest eine ansteigende Spannungsflanke (2, 2 ) und zumindest eine abfallende Spannungsflanke (3, 3' ) mit unterschiedlicher Amplitude aufweist, wobei zwischen den Flanken (2, 2' bzw. 3, 3 ') das Spannungssignal (1, 1 ') einenForce transmission element in the clamping device, characterized in that the electrical voltage signal (1, 1 ') has at least one rising voltage edge (2, 2) and at least one falling voltage edge (3, 3') with different amplitudes, with between the edges (2 , 2 'or 3, 3') the voltage signal (1, 1 ') one
Abschnitt (4) langsam variierender Spannung aufweist.Section (4) has slowly varying voltage.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die durch das elektrische Spannungssignal (1, 1 ') hervorgerufene Schrittweite über die2. The method according to claim 1, characterized in that the step size caused by the electrical voltage signal (1, 1 ') over the
Differenz der Spannungshübe der zumindest einen ansteigenden Spannungsflanke (2, 2') und der zumindest einen abfallenden Spannungsflanke (3, 3') eingestellt wird.Difference of the voltage swings of the at least one rising voltage edge (2, 2 ') and the at least one falling voltage edge (3, 3') is set.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längenänderung des Aktuators (7), die durch die kleinere Spannungsflanke (2,2' bzw. 3, 3 ') hervorgerufen wird, kleiner als die Mindestlängenänderung des Aktuators (7) ist, die erforderlich ist, um ein Durchrutschen des Kraftübertragungselements (8) in der Klemmstelle (10) hervorzurufen.3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the change in length of the actuator (7), which is caused by the smaller voltage edge (2,2 ' or 3, 3'), smaller than the minimum change in length of the actuator (7) is required to cause the power transmission element (8) to slip in the clamping point (10).
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4. Verfahren zur elektrischen Ansteuerung eines piezoelektrischen oder elektrostriktiven Aktuators in einem Antrieb mit einem elektrischen Spannungssignal, das an den piezoelektrischen oder elektrostriktiven Aktuator angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Spannungssignal (1, 1 ') zumindest einen Bereich (4 ", 4 '" ) mit einer4. A method for the electrical control of a piezoelectric or electrostrictive actuator in a drive with an electrical voltage signal which is applied to the piezoelectric or electrostrictive actuator, characterized in that the electrical voltage signal (1, 1 ') has at least one area (4 ", 4 '" ) with a
Spannungsänderungsgeschwindigkeit, die keine Verschiebung des Kraftübertragungselements (8) in oder an der Klemmeinrichtung (10) hervorruft, und eine an den Bereich (4 ", 4'" ) nachfolgende Spannungsflanke (2, 3 ' ) mit einer Spannungsänderungsgeschwindigkeit, die eine Verschiebung des Kraftübertragungselements (8) in oder an der Klemmeinrichtung (10) hervorruft, aufweist, wobei die Spannungshub der Spannungsflanke (2, 3 ') über den Bereich (4", 4'" ) eingestellt wird.Speed change rate, which does not cause a displacement of the force transmission element (8) in or on the clamping device (10), and a voltage flank (2, 3 ') following the area (4 ", 4'") with a speed change rate, which causes a shift of the force transmission element (8) in or on the clamping device (10), wherein the voltage swing of the voltage flank (2, 3 ') is set over the range (4 ", 4'").
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Spannungssignal (1, 1 ') zumindest einen weiteren Bereich (4' ) mit einer5. The method according to claim 4, characterized in that the electrical voltage signal (1, 1 ') at least one further region (4') with a
Spannungsänderungsgeschwindigkeit, die keine Verschiebung des Kraftübertragungselements (8) in oder an der Klemmeinrichtimg (10) hervorruft, und eine an den Bereich (4' ) ~ nachfolgende Spannungsflanke (2' ) mit einer Spannungsänderungsgeschwindigkeit, die eine Verschiebung des Kraftübertragungselements (8) in oder an der Klemmeinrichtung (10) hervorruft, aufweist, wobei die Spannungshub der Spannungsflanke (2' ) über den Bereich (4') eingestellt wird.Speed change rate, which does not cause a displacement of the force transmission element (8) in or on the clamping device (10), and a voltage flank (2 ') following the region (4') ~ with a voltage change speed, which causes a shift of the force transmission element (8) in or on the clamping device (10), wherein the voltage swing of the voltage flank (2 ') is set over the range (4').
6. Verfehren zur elektrischen Ansteuerung eines piezoelektrischen oder elektrostriktiven Aktuators in einem Antrieb mit einem elektrischen SpannungssignaL das an den piezoelektrischen oder elektrostriktiven Aktuator angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Spannungssignal (1 ") zumindest einen Bereich (4"") aufweist, in dem zur Positionierung des Objekts (9) die Längen des Aktuators (7) mit einer Spannung eingestellt wird, und zumindest eine Spannungsflanke (3") aufweist, die die Spannung am Aktuator (7) abschaltet, wobei die Spannungsänderungsgeschwindigkeit der Spannungsflanke (3 ") eine Verschiebung des Kraftübertragungselements (8) in oder an der Klemmeinrichtung (10) hervorruft.6. Procedure for the electrical control of a piezoelectric or electrostrictive actuator in a drive with an electrical voltage signal which is applied to the piezoelectric or electrostrictive actuator, characterized in that the electrical voltage signal (1 ") has at least one area (4" ") in which for positioning the object (9) the lengths of the actuator (7) are set with a voltage and has at least one voltage edge (3 ") which switches off the voltage at the actuator (7), the voltage change rate of the voltage edge (3") causes a displacement of the force transmission element (8) in or on the clamping device (10).
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7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannungssignal (1 ") zuerst zumindest eine Spannungsflanke (2") aufweist, die das Spannungssignal (1 ") von Referenzspannung (5) auf Spannung (6 ) bringt, wobei die Spannungsänderungsgeschwindigkeit der Spannungsflanke (2") eine Verschiebung des Kraftübertragungselements (8) in oder an der Klemmeinrichtung (10) hervorruft.7. The method according to claim 6, characterized in that the voltage signal (1 ") first has at least one voltage edge (2") which brings the voltage signal (1 " ) from reference voltage (5) to voltage (6), the voltage change rate of Voltage flank (2 " ) causes a displacement of the force transmission element (8) in or on the clamping device (10).
8. Verfahren nach Anspruch 7 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannungssignal (1 ") vor der Spannungsflanke (3 ") eine Spannungsänderung (3 '") mit einer Spannungsänderungsgeschwindigkeit aufweist, die zu keiner Verschiebung des Kraftübertragungselements (8) in oder an der Klemmeinrichtimg (10) führt, wobei die Spannungsänderung (3 ") so eingestellt ist, dass eine Verschiebung des zu positionierenden8. The method according to claim 7 or 6, characterized in that the voltage signal (1 ") before the voltage edge (3") has a voltage change (3 '") with a voltage change speed that does not cause any displacement of the power transmission element (8) in or on the Klemmeinrichtimg (10) leads, the voltage change (3 ") is set so that a displacement of the to be positioned
Objekts (9) durch die Spannungsflanke (3") zumindest teilweise kompensiert wird.Object (9) is at least partially compensated for by the voltage edge (3 " ).
9. Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8 dadurch gekennzeichnet, dass das Spannungssignal (1") zumindest eine weitere Spannungsflanke (3"") aufweist, die die Spannung am Aktuator (7) auf eine Spannung (6') schaltet, mit einer Spannungsänderungsgeschwindigkeit der Spannungsflanke (3""), die eine Verschiebung des Kraftübertragungselements (8) in oder an der Klemmeinrichtung (10) hervorruft.9. The method according to claim 6, 7 or 8, characterized in that the voltage signal (1 " ) has at least one further voltage edge (3""), which switches the voltage at the actuator (7) to a voltage (6 '), with a Voltage change speed of the voltage edge (3 ""), which causes a displacement of the force transmission element (8) in or on the clamping device (10).
10. Verfahren zur elektrischen Ansteuerung eines piezoelektrischen oder elektrostriktiven Antriebs, der zumindest zwei piezoelektrische oder elektrostriktive Aktuatoren (7, 7') aufweist, die für eine schrittweise Bewegung eine gegenphasige Längenänderung durchfuhren müssen, mit einem elektrischen Spannungssignal (1 '"), dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren (7, 7') elektrisch in Serie geschaltet sind, das elektrische Spannungssignal (1 '") zur Ansteuerung auf die elektrischen Anschlüsse (12, 12') der Aktuatoren (7, 7') gegeben wird, die elektrisch miteinander verbunden sind, und zwischen den anderen Anschlüssen (13,10. A method for the electrical control of a piezoelectric or electrostrictive drive, which has at least two piezoelectric or electrostrictive actuators (7, 7 ') which have to carry out a phase change in length for a stepwise movement, with an electrical voltage signal (1' "), characterized that the actuators (7, 7 ') are electrically connected in series, the electrical voltage signal (1' ") for control is given to the electrical connections (12, 12 ') of the actuators (7, 7') which are electrically connected to one another are connected, and between the other connections (13,
13') der Aktuatoren (7, 7') eine Vorspannung (15) angelegt wird.13 ') of the actuators (7, 7') a bias voltage (15) is applied.
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11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung (15) vor dem Anlegen des Spannungssignals (1 '") angeschaltet und nach dem Ende des Spannungssignals (1 ") abgeschaltet wird.11. The method according to claim 10, characterized in that the bias voltage (15) is switched on before the voltage signal (1 '") is applied and is switched off after the end of the voltage signal (1").
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung (15) mit einer Spannungsflanke (15') angeschaltet und oder mit einer Spannungsflanke (15") abgeschaltet wird, wobei die Spannungsflanke bzw. -flanken (15', 15") eine Spannungsänderungsgeschwindigkeit aufweist bzw. aufweisen, die eine Verschiebung des Kraftübertragungselements (8) in oder an der Klemmeinrichtung (10) hervorruft.12. The method according to claim 10 or 11, characterized in that the bias voltage (15) is switched on with a voltage flank (15 ') and or is switched off with a voltage flank (15 " ), the voltage flank or flanks (15', 15th ") has or have a voltage change rate which causes a displacement of the force transmission element (8) in or on the clamping device (10).
13. Verfahren nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung (15) an den zumindest einen Aktuator (7, 7') von den zumindest zwei13. The method according to claim 10, 11 or 12, characterized in that the bias (15) to the at least one actuator (7, 7 ') of the at least two
Aktuatoren (7, 7') abfallt, dessen Kraftübertragungselement (8) eine kleinere Haftreibungskraft in oder an der Klemmeinrichtung (10) aufweist, und die Anschlüsse (12, 12') der AktuatorenActuators (7, 7 ' ) drop, the force transmission element (8) of which has a smaller static friction force in or on the clamping device (10), and the connections (12, 12') of the actuators
(7, 7'), die elektrisch miteinander verbunden sind, auf Referenzspannung (5) Hegen, wenn kein(7, 7 ') which are electrically connected to each other to reference voltage (5), if none
Spannungssignal (1 '") anhegt.Voltage signal (1 '") is present.
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