專利名稱：一種四維板簧式光學(xué)調(diào)整架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于多維精密機(jī)械量位移調(diào)整技術(shù)裝置。
多維機(jī)械位移量調(diào)整裝置在科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)實(shí)踐中是廣泛使用的零部件，例如，激光器等光學(xué)儀器及實(shí)驗(yàn)中使用的各種反射鏡調(diào)整架，電子儀器中使用的各種探測(cè)器件的精密定位調(diào)整架，

圖1和圖2是現(xiàn)有技術(shù)中廣泛使用的一種多層板塊的四維調(diào)整架裝配原理圖。其中圖1是正視圖，圖2是左視圖。
圖1和圖2的零件標(biāo)號(hào)為底座(1)，固定框板(2)，轉(zhuǎn)動(dòng)框板(3)，水平滑塊(4)，燕尾垂直滑塊(5)，俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)柄(6)，左右轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)柄(7)，水平滑動(dòng)調(diào)節(jié)柄(8)，垂直滑動(dòng)調(diào)節(jié)柄(9)，鋼球(10)，鋼絲拉簧(11)和(12)，拉簧絆桿(13)，(14)，(15)，和(16)，卡簧(17)，水平頂簧(18)和(19)，垂直頂簧(20)和(21)，外卡圈(22)，內(nèi)卡圈(23)。
下面結(jié)合圖1和圖2說明多層構(gòu)件中的“板塊對(duì)”相對(duì)運(yùn)動(dòng)如何實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。
以底座(1)和固定框板(2)作調(diào)整參照物。
以支撐鋼球(10)為支點(diǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)框板(3)相對(duì)于固定框板(2)上下俯仰和左右轉(zhuǎn)動(dòng)。俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)柄標(biāo)號(hào)為(6)，左右轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)柄標(biāo)號(hào)為(7)。為使往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)無晃動(dòng)間隙，卡簧(17)在鋼球(10)傍邊直接卡住固定框板(2)和轉(zhuǎn)動(dòng)框板(3)，另外還通過兩個(gè)鋼絲拉簧(30)和(31)以及四個(gè)拉簧絆桿(13)，(14)，(15)，(16)分別拉住固定框板(2)和轉(zhuǎn)動(dòng)框板(3)。
轉(zhuǎn)動(dòng)水平滑動(dòng)調(diào)節(jié)柄(8)，可以實(shí)現(xiàn)水平滑塊(4)相對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)框板(3)的水平往復(fù)滑動(dòng)。兩個(gè)水平頂簧(18)和(19)用于消除往復(fù)調(diào)節(jié)中的間隙。
轉(zhuǎn)動(dòng)垂直滑動(dòng)調(diào)節(jié)柄(9)，可以實(shí)現(xiàn)垂直滑塊(5)相對(duì)于水平滑塊(4)的往復(fù)垂直滑動(dòng)。兩個(gè)垂直頂簧(20)和(21)用于消除往復(fù)調(diào)節(jié)中的間隙。
外卡圈(22)一端帶有內(nèi)螺紋，另一端帶有外螺紋，中部有一個(gè)凸臺(tái)。外卡圈的凸臺(tái)平面與轉(zhuǎn)動(dòng)框板(3)是平面滑動(dòng)配合。外卡圈(22)的外螺紋端與垂直塊(5)中部的內(nèi)螺紋配合。
內(nèi)卡圈(23)上的外螺紋，從外卡圈的反方向，與垂直滑塊(5)的內(nèi)螺紋配合。由于內(nèi)外兩個(gè)卡圈分別從兩個(gè)方向螺旋固定在垂直滑塊(5)中部的內(nèi)螺紋上，使外卡圈(22)的凸臺(tái)平面與轉(zhuǎn)動(dòng)框板(3)的外平面之間有適當(dāng)?shù)幕瑒?dòng)間隙，并以轉(zhuǎn)動(dòng)框板(3)為載體，承載起水平滑塊(4)和垂直滑塊(5)，而被調(diào)整物通過外卡圈(22)的內(nèi)螺紋端來聯(lián)接。
上述多層結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)原理是以底座(1)和固定框板(2)作為調(diào)整參照物不動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)框板(3)相對(duì)于固定框板(2)上下俯仰和右轉(zhuǎn)動(dòng)。水平滑塊(4)相對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)框板(3)水平方向滑動(dòng)。垂直滑塊(5)相對(duì)于水平垂直方向滑動(dòng)。外卡圈(22)固定在垂直滑塊(5)上，被調(diào)整物固定在外卡圈(22)上。
上述多層板塊式結(jié)構(gòu)的主要缺點(diǎn)是1)為達(dá)到調(diào)整量，相對(duì)移動(dòng)的板塊之間必須有原理性幾何間隙，而幾何間隙造成往復(fù)調(diào)節(jié)不穩(wěn)定和不可靠。更重要的是不宜實(shí)現(xiàn)微米～亞微米級(jí)的高精度調(diào)節(jié)。
2)當(dāng)進(jìn)行二個(gè)角度調(diào)節(jié)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸心不在調(diào)整架的中心軸線上，因而角度調(diào)節(jié)的同時(shí)又帶來不需要的平移量偏移。
3)可調(diào)維數(shù)多，相對(duì)移動(dòng)的板塊對(duì)數(shù)多，要求機(jī)械加工精度高，裝配精度高，不易批量生產(chǎn)，成本高。
本實(shí)用新型的目的是1)消除多層板塊結(jié)構(gòu)相對(duì)移動(dòng)造成的原理性幾何間隙，從而可實(shí)現(xiàn)亞微米級(jí)高精度調(diào)節(jié)。
2)消除角度調(diào)節(jié)時(shí)造成的伴隨平移量偏移。
3)消除多層板塊結(jié)構(gòu)，以一塊整件為主體達(dá)到四維調(diào)節(jié)，更便于機(jī)械加工和生產(chǎn)裝配，降低成本。
圖3和圖4是本實(shí)用新型的裝配原理圖。其中圖3是前視圖，圖4是左視圖。
圖3和圖4中的零件標(biāo)號(hào)為底板(24)，主板(25)，輔助板(26)，俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)螺絲(27)，左右轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)螺絲(28)，水平滑動(dòng)調(diào)節(jié)螺絲(29)，垂直滑動(dòng)調(diào)節(jié)螺絲(30)，拉簧(31)，兩個(gè)拉簧絆桿(32)，底板(24)和主板(25)之間的固定螺絲(33)，(34)，(35)，主板(25)和輔助板(26)之間的固定螺絲(36)和(37)。
圖3中，主板(25)作為一個(gè)整體零件的各部分標(biāo)號(hào)為中心板(38)，右邊框(39)，上邊框(40)，左上邊框(41)，左下邊框(42)，下左邊框(43)，下右邊框(44)，底邊框(45)。
圖3和圖4中，標(biāo)注A和B是兩塊長方體狀板彈簧結(jié)構(gòu)，C和D是L形條狀板彈簧結(jié)構(gòu)。
主板(25)作為一個(gè)整體，各部分承載關(guān)系可由下列順序說明底邊框(45)→下右邊框(44)→B→下左邊框(43)和左下邊框(42)→A→左上邊框(41)→上邊框(40)→C→中心板(38) 主板(25)的材料是彈簧鋼，機(jī)械加工之前進(jìn)行退火，機(jī)械加工之后再淬火，回火，恢復(fù)彈簧鋼材的高度彈性。彈性處理之前使中心板(38)沿右上角45度角方向形成預(yù)變形，以便利用其回彈力。
本實(shí)用新型的各零部件裝配關(guān)系和調(diào)節(jié)過程如下以底板(24)或主板(25)的底邊框(45)為參照物建立xyz右手座標(biāo)系，俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)以xoy平面確定轉(zhuǎn)角，左右轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)以xoz平面確定轉(zhuǎn)角，水平滑動(dòng)調(diào)節(jié)在y方向，垂直滑動(dòng)調(diào)節(jié)在z方向。
底板(24)和主板(25)之間用螺絲(33)，(34)，(35)固定聯(lián)接。
主板(25)和輔助板(26)之間用螺釘(36)和(37)固定聯(lián)接。
實(shí)現(xiàn)主板(25)和底板(24)固定聯(lián)接的是下右邊框(44)部分和底邊框(45)。實(shí)現(xiàn)主板(25)和輔助板(26)固定聯(lián)接的是左下邊框(42)部分。
中心板(38)帶有內(nèi)螺紋，由內(nèi)螺紋實(shí)現(xiàn)與被調(diào)整物螺紋固定聯(lián)接。
主板(25)的上邊框(40)帶有一內(nèi)螺紋通孔，垂直滑動(dòng)調(diào)節(jié)螺絲(30)與上邊框(40)處的內(nèi)螺紋通孔配合，調(diào)節(jié)螺絲(30)對(duì)中心板(38)形成推力，加之板簧C和D，以及拉簧(31)和水平滑動(dòng)調(diào)節(jié)螺絲(29)的共同作用，中心板(38)相對(duì)于主板(25)的外邊框可以垂直往復(fù)滑動(dòng)。
主板(25)的右邊框(39)帶有一內(nèi)螺紋通孔，水平滑動(dòng)調(diào)節(jié)螺絲(29)與右邊框(39)處的內(nèi)螺紋通孔配合，調(diào)節(jié)螺絲(29)對(duì)中心板形成推力，加之板簧C和D，以及拉簧(31)和垂直滑動(dòng)調(diào)節(jié)螺絲(30)的共同作用，中心板(38)相對(duì)于主板(25)的外邊框可水平往復(fù)滑動(dòng)。
輔助板(26)的上部帶有內(nèi)螺紋通孔，俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)螺絲(27)與輔助板(26)上的內(nèi)螺紋通孔配合。以板簧A的下邊為支點(diǎn)，調(diào)節(jié)螺絲(27)對(duì)主板(25)的左上邊框(41)處產(chǎn)生推力，實(shí)現(xiàn)主板(25)中板簧A的承載部分〔包括中心板(38)〕，相對(duì)于左下邊框(42)和輔助板(26)俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)。
底板(24)上有一內(nèi)螺紋通孔，左右轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)螺絲(28)與底板(24)上的內(nèi)螺紋通孔配合。以板簧B的右邊為支點(diǎn)，調(diào)節(jié)螺絲(26)對(duì)主板(25)的左下邊框(42)處產(chǎn)生推力，實(shí)現(xiàn)主板(25)中板簧B的承載部分〔包括中心板(38)〕，相對(duì)于下右邊框(44)和底板(24)水平左右轉(zhuǎn)動(dòng)。
通過拉簧(31)和拉簧絆桿(32)，把主板(25)的右上角和中心板(38)的右上角彈性連接。
如果僅需要二維角度調(diào)整，去掉C和D的板簧調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)保留A和B兩處板簧結(jié)構(gòu)，則構(gòu)成二維角度調(diào)整架。
如果僅需要二維平移調(diào)整，主板(25)的材料可以采用合金鋁，而主板的幾何形狀不變，加之拉簧(31)產(chǎn)生的彈性拉力仍可保證所需二維調(diào)整特性。合金鋁材具有重量輕，剛度重量比好，易加工，成本低的優(yōu)點(diǎn)。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于1)具有合理的彈性力學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和簡單易行的加工工藝特性，便于生產(chǎn)、組裝。
2)一塊整板為主體，形成四維調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，徹底消除了多層板塊中相對(duì)移動(dòng)必然存在的原理性幾何間隙，從而大大地提高調(diào)整穩(wěn)定性和可靠性。而且原則上可以實(shí)現(xiàn)亞微米級(jí)精度調(diào)節(jié)。
3)進(jìn)行角度調(diào)節(jié)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)是相對(duì)于調(diào)整架中心軸線而旋轉(zhuǎn)，消除了角度調(diào)節(jié)時(shí)由于非共心產(chǎn)生的額外的平移量。
本實(shí)用新型可用于一切需要進(jìn)行高精度俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)、左右轉(zhuǎn)動(dòng)、水平滑動(dòng)、和垂直滑動(dòng)等四維調(diào)節(jié)用途之中。
權(quán)利要求1.一種四維板簧式光學(xué)調(diào)整架，它由零件底板(24)，主板(25)，輔助板(26)，俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)螺絲(27)，左右轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)螺絲(28)，水平滑動(dòng)調(diào)節(jié)螺絲(29)，垂直滑動(dòng)調(diào)節(jié)螺絲(30)，拉簧(31)和兩個(gè)拉簧絆桿(32)，螺釘(33)，(34)，(35)，(36)，(37)所組成，其特征是，底板(24)與主板(25)之間用螺釘(33)，(34)，(35)固定聯(lián)接，主板(25)與輔助板(26)之間用螺釘(36)和(37)固定聯(lián)接，主板(25)的材料是彈簧鋼板，并帶有二塊長方體狀板彈簧結(jié)構(gòu)A和B，二條L形條狀板彈簧結(jié)構(gòu)C和D，中心板(38)帶有內(nèi)螺紋，主板(25)的上邊框(40)帶有一內(nèi)螺紋通孔，調(diào)節(jié)螺絲(30)與內(nèi)螺紋孔配合，中心板(38)相對(duì)于主板(25)的外邊框垂直往復(fù)滑動(dòng)配合，主板(25)的右邊框(39)帶有一內(nèi)螺紋通孔，調(diào)節(jié)螺絲(29)與內(nèi)螺紋孔配合，中心板(38)相對(duì)于主板(25)的外邊框水平往復(fù)滑動(dòng)配合，輔助板(26)的上部帶有內(nèi)螺紋通孔，調(diào)節(jié)螺絲(27)與內(nèi)螺紋孔配合，以板簧結(jié)構(gòu)A的下部為支點(diǎn)，主板(25)中板簧A的承載部分相對(duì)于輔助板(26)俯仰往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)配合，底板(24)上有一內(nèi)螺孔通孔，調(diào)節(jié)螺絲(28)與內(nèi)螺紋孔配合，以板簧結(jié)構(gòu)B的右部為支點(diǎn)，主板(25)中板簧B的承載部分相對(duì)于底板(24)左右往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)配合，主板(25)外邊框右上方45度角方向通過拉簧(31)和拉簧絆桿(32)，與主板(25)的中心框板(38)的右上角實(shí)現(xiàn)彈性聯(lián)接，中心板(38)帶有內(nèi)螺紋，由內(nèi)螺紋實(shí)現(xiàn)與被調(diào)整物螺紋固定聯(lián)接。
專利摘要本實(shí)用新型屬于多維精密機(jī)械量位移調(diào)整裝置。采用合理的彈性力學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和簡單易行的加工工藝，以一塊整板為主體，利用金屬材料的板彈簧結(jié)構(gòu)，形成四維調(diào)節(jié)功能，徹底消除了多層板塊中相對(duì)移動(dòng)時(shí)必然存在的原理性幾何間隙，消除了非共軸心角度調(diào)節(jié)時(shí)產(chǎn)生的額外平移量，具有高穩(wěn)定性和可靠性。本實(shí)用新型可用于一切需要進(jìn)行高精度俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)、左右轉(zhuǎn)動(dòng)、水平滑動(dòng)，和垂直滑動(dòng)等四維調(diào)節(jié)用途之中。
文檔編號(hào)G12B5/00GK2212824SQ93219259
公開日1995年11月15日 申請(qǐng)日期1993年7月20日 優(yōu)先權(quán)日1993年7月20日
發(fā)明者李世忱, 倪文俊, 趙玉強(qiáng) 申請(qǐng)人:李世忱, 倪文俊, 趙玉強(qiáng)