Basic considerations for circumferential adhesive bonds in order to reduce lens deformations

A critical aspect of designing lens mounts is to minimize lens deformation, since shape and position of the optical elements determine the performance of an optical system. The mounting of the lens to the lens-cell is a major contributor to lens deformation and therefore of particular interest during the design – of the lens-mount as well as the lens itself. A common technology used for lens mounting is the circumferential adhesive bonding. The adhesive system of lens-cell, lens, selected adhesive has been discussed in the literature predominantly focussing in minimizing forces on the lens at different temperatures by defining a optimized glue gap. However, these models are not always applicable due to volume constraints, technological restrictions and/or the different dimensions of lenses. Therefore this paper will focus on minimization of the effect of these forces by the design of the adhesive bond rather than reducing the amount of force itself. By applying straight robust design principles a rather simple way to minimize lens deformation for common lens mount concepts will be presented. A model to calculate the forces of a circumferential bond towards a lens will be presented. It will be pointed out how the position and shape of the circumferential adhesive bond can be optimized in order to minimize lens deformation due to forces transferred via the glue

Flexure hinge-based lens manipulators: a concept survey

A typical, but still challenging application of compliant mechanisms with flexure hinges are lens manipulators. Especially in high precision optical systems those are common means to correct optical imaging errors. The requirements for lens manipulators with respect to the resolution of motion are in the order of nanometres and nanoradians. The kinematic concepts and embodiment considerations of manipulators are proprietary knowledge of the companies using them and there is almost no literature about general design considerations available. However, general kinematic principles can be found in patents and used to compare their underlying compliant mechanisms. Therefore, this paper presents a survey of certain kinematic manipulator concepts based on existing patents. The resolution and range of motion of the manipulators are estimated and put into perspective in the context of lens manipulation. The comparison of identified kinematic concepts is used to emphasize aspects of practical implementation and embodiment design of flexure hinges in lens manipulators. The findings are discussed with respect to the bending-torsion-stiffness ratio of flexure hinges and compliant mechanisms

Beitrag zur systematischen Aktor- und Aktorprinzipauswahl im Entwicklungsprozess

Die vorliegende Arbeit stellt zwei Ansätze zum Vergleich von Aktorprinzipen auf Basis bekannter Aktoren vor. Dem Entwickler bietet ein solcher Vergleich die Möglichkeit, schon früh im Entwicklungsprozess im Hinblick auf die gegebenen Anforderungen geeignete Aktorprinzipe zu wählen. Die Schritte der Aktorauswahl werden hierzu in den Entwicklungsprozess eingeordnet. Dem Entwickler soll die Möglichkeit gegeben werden, geeignete Aktorprinzipe anhand von Möglichkeitsbereichen zu identifizieren bzw. – in einem zweiten Schritt, wenn keines möglich erscheint – naheliegende Aktorprinzipe zu betrachten und die Zielkonflikte zwischen den Anforderungen in frühen Phasen des Entwicklungsprozesses zu erkennen. Die hierfür vorgestellten Ansätze und Modelle sind am Beispiel der Aktoren ausgeführt, die Übertragbarkeit auf andere Anwendungsgebiete und Bauelemente wird diskutiert.The generation of motions is a crucial task of technical products. In particular, the trend toward automation is leading to a variety of customized application- motion systems and actuators.A key aspect in the development of many technical products therefore is the selection of appropriate actuators based on the respective requirements. Depending on the application, these can consist of a large variety of hardly comparable criteria. In the case that no suitable actuator can be found the question of a new development of an actuator and therefore the choice of a suitable actuator principle arises. This becomes even more exigent if the design task is dealing with the cutting edge of present technology like precision engineering. Notably, with respect to the more prevalent use of gearless-drive systems the actuator principle selection is of particular importance.Current tools for the selection of actuators and actuator principles are essentially limited to the individual knowledge of the designer and product- and design catalogues. Of those the product catalogues are limited to several actuator principles and usually very difficult to compare mutually.In turn, the evaluation of actuator principles during the design of new products often requires consolidated knowledge of various actuator principles that is not given to the system designer. A comparison of different actuator principles is therefore not possible. Many iterations and the consideration of various potential alternative solutions are the result.This thesis presents two different approaches for comparison of actuator principles on the basis of known actuators. Such a comparison provides thedesigner the opportunity to choose an appropriate actuator principle during the early phases of the development process with regard to the requirements given. Depending on this assessment, the designer is able to decide on the basic structure of the drive system as a whole.The steps of the actuator principle selection are therefore assigned to the phases of the design process. The system designer is given the opportunity to identify appropriate actuator principles on the basis of suitability-areas and - in a second step if none seems suitable - to recognize the conflicts between the requirements during early phases of the design process.The presented approaches and models for this purpose are pointed out using the example of actuators. The transferability to other applications and components is discussed.Das Erzeugen von Bewegungen ist eine wesentliche Aufgabe technischer Produkte. Insbesondere der Trend zur Automatisierung führt dabei zu einer Vielzahl anwendungsspezifisch entwickelter Bewegungssysteme und Aktoren. Wesentlicher Aspekt bei der Entwicklung vieler technischer Produkte ist daher die Auswahl geeigneter Aktoren anhand der jeweiligen Anforderungen. Je nach Anwendung können diese aus einer Vielzahl verschiedener und schwer vergleichbarer Kriterien bestehen. Für den Fall, dass kein geeigneter Aktor gefunden werden kann, stellt sich insbesondere in Grenzbereichen der Technik wie z. B. der Präzisionstechnik die Frage nach einer Neuentwicklung und der Wahl eines geeigneten Aktorprinzips. Insbesondere für die zunehmend verwendeten Direktantriebe ist die Aktorpinzipauswahl von hervorgehobener Bedeutung. Aktuelle Hilfsmittel für die Auswahl von Aktoren und Aktorprinzipen beschränken sich im Wesentlichen auf das individuelle Wissen des jeweiligen Entwicklers und Produkt- bzw. Konstruktionskataloge. Insbesondere Produktkataloge sind auf ausgewählte Aktorprinzipe beschränkt und untereinander meist nur schwer vergleichbar. Für die Bewertung von Aktorprinzipen bei Neuentwicklungen ist wiederum oft vertieftes Fachwissen zu verschiedenen Aktorprinzipen erforderlich, welches dem Systementwickler nicht gegeben ist. Ein Vergleich verschiedener Aktorprinzipe ist dem Entwickler somit nicht möglich und viele Iterationsschritte und die Betrachtung unterschiedlichster, potenziell nicht zielführender Lösungsalternativen das Ergebnis. Die vorliegende Arbeit stellt zwei Ansätze zum Vergleich von Aktorprinzipen auf Basis bekannter Aktoren vor. Dem Entwickler bietet ein solcher Vergleich die Möglichkeit, schon früh im Entwicklungsprozess im Hinblick auf die gegebenen Anforderungen geeignete Aktorprinzipe zu wählen. Abhängig von dieser Abschätzung ist es dem Entwickler wiederum möglich, grundlegende Entscheidungen zum Aufbau des Bewegungssystems als Ganzes zu treffen. Die Schritte der Aktorauswahl werden hierzu in den Entwicklungsprozess eingeordnet. Dem Entwickler soll die Möglichkeit gegeben werden, geeignete Aktorprinzipe anhand von Möglichkeitsbereichen zu identifizieren bzw. – in einem zweiten Schritt, wenn keines möglich erscheint – naheliegende Aktorprinzipe zu betrachten und die Zielkonflikte zwischen den Anforderungen in frühen Phasen des Entwicklungsprozesses zu erkennen. Die hierfür vorgestellten Ansätze und Modelle sind am Beispiel der Aktoren ausgeführt, die Übertragbarkeit auf andere Anwendungsgebiete und Bauelemente wird diskutiert

Cement-bound mineral casted parts in precision engineering

The design of a machine frame, supporting a plurality of components/modules, is a major challenge during the development of precision systems. The geometric stability of the supporting parts under thermal and mechanical loads has a decisive influence on the achievable accuracy. Common materials like cast iron or natural stone have preferable properties but often come with high costs and long lead times due to sourcing or manufacturing process and required geometric precision. Concrete is an interesting alternative. Polymer concrete and cement-based concrete such as self-compacting concrete have been considered as cost-effective alternatives for quite a while now. This paper summarizes recent research and findings on these alternative materials and reviews their applicability in machine frame design. Aspects of the cold primary shaping process will be covered with an emphasis on ready-to-use features with geometric tolerances in the order of magnitude of micrometers. The potential for integrating functional elements is discussed. The advantages of concrete as an alternative material are summarized with regard to the application of the design principle "functional material at the location where functionality is required"