ОДНОКООРДИНАТНЫЙ ПРЕЦИЗИОННЫЙ СТОЛИК

Полезная модель относится к механике, оптике, в частности, к технике юстировки (перемещения) оптических элементов.
При исследовании оптических схем, например, интерферометра, требуются юстировочные столики малых размеров для близкого расположения оптических элементов, с высокой точностью настройки (более 1 мкм) и с высокой жесткостью конструкции, исключающей колебания оптических элементов.
Известны малогабаритные столики с микрометрическим винтом, перемещающиеся по четырем опорным шарикам, расположенным в направляющих пазах, например, фирмы «Standa» (Латвия), «Edmund Scientific Company» (США) или столики от скамьи ОСК-3 (Россия). Они имеют прямолинейное перемещение по одной координате.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является столик фирмы «Standa» (Латвия), (проспект фирмы «Standa», 2000 г. стр.7-8.) Недостатками такого столика являются недостаточная жесткость конструкции, ограниченная чувствительность и точность перемещения.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемая полезная модель, является повышение чувствительности подвижек, улучшение точности перемещения, повышение жесткости столика, уменьшение размеров, упрощение технологии изготовления и сборки.
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого предметного столика, следующий:
- повышена жесткость конструкции;
- повышена чувствительность и точность подвижек;
- улучшена точность перемещения и повторяемость траектории;
- упрощена технология изготовления и сборки столика.
Технический результат достигается тем, что в однокоординатном прецизионном столике, содержащем два расположенных параллельно друг над другом основания, установленных с возможностью продольного перемещения одного основания относительно другого с помощью шариков, расположенных в направляющих пазах, одно из оснований имеет возможность перемещения по трем точкам опоры, две из которых представляют собой два опорных шарика, размещенных в направляющих пазах, расположенных вблизи края одной из сторон оснований и образованных выступами оснований, таким образом, что угол между боковой и торцевой поверхностями каждого выступа менее 90°, а третья точка опоры расположена на противоположном от опорных шариков крае, при этом внутренняя поверхность верхнего основания снабжена опорной площадкой, а перемещение основания возможно при помощи толкателя, установленного на нижнем основании и упирающегося в площадку верхнего основания. Третья точка опоры может быть выполнена в виде упора, закрепленного на одном из оснований. Либо третья точка опоры выполнена в виде опорного шарика, размещенного в имеющемся пазу верхнего основания и зафиксированного в нем упругим элементом. Толкатель может быть выполнен в виде юстировочного винта. Толкатель так же может быть выполнен в виде двух котировочных винтов, которые имеют возможность воздействовать на плечи разноплечего рычага, который в свою очередь через шпильку взаимодействует с опорной площадкой верхнего основания. Основания подпружинены относительно друг друга таким образом, что между ними в точках упора исключен зазор.
Выполнение только по одному направляющему пазу на каждом основании таким образом, что одна поверхность направляющего паза параллельна плоскости основания и организация перемещения основания только по трем точкам опоры - двум опорным шарикам и одному упору, а также выполнение толкателя, в частности, в виде рычага с двумя котировочными винтами позволило усилить жесткость конструкции, повысить чувствительность и точность подвижек, улучшить точность перемещения и повторяемость траектории и упростить технологию изготовления и сборки столика.
На фигуре 1 изображен вариант предлагаемого столика. На фигуре 2а изображен вид С фигуры 1, на фигуре 2б и 2с - варианты исполнения толкателя с одним и двумя юстировочными винтами соответственно. На фигуре 3 изображен вариант столика с тремя опорными шариками. На фигуре 4 (4а и 4б) изображены схемы столиков аналогов. На фигуре 5 изображен трехкоординатный столик, в состав которого входит однокоординатный столик.
Обозначения позиций на фигурах следующие: 1 - верхнее основание, 2 - нижнее основание, 3 - винт стандартной подвижки (юстировочный винт), 4 - винт точной подвижки (юстировочный винт), 5 и 6 - торцевая и боковая поверхности направляющего паза на основании 1, 7 и 8 - торцевая и боковая поверхности направляющего паза на основании 2, 9 - опорные шарики, 10 - упор, 11 - опорная площадка основания 1, 12 - рычаг с различными соотношениями плеч, 13 - шпилька, 14 - опорный шарик, 15 - упругий элемент.
а) Повышение жесткости столика.
τ
n
В столиках фирмы «Standa» (фиг.4а) и подобных им, например, столиках от скамьи ОСК-3 (фиг.4б) расположено по два направляющих паза на каждом основании, причем обе поверхности направляющего паза, контактирующие с опорными шариками составляют с плоскостью основания углы ~45° (+45° и -45°). (В столиках фирмы «Standa» поставлены ролики для повышения твердости направляющих пазов, но принцип остается тот же). В этом случае при нагрузке на столик силы F, перпендикулярно основанию столика, в точках контакта опорных шариков с поверхностями направляющих пазов всегда появляется сила F, действующая на основание и направленная по касательной к этой поверхности. Величина этой силы практически равна «нормальной» составляющей силы F в точках контакта, что приводит к неконтролируемым смещениям и уменьшает предельную нагрузку на столик.
В предлагаемой конструкции столика паз для опорных шариков, определяющий направление перемещения, на каждом основании выполнен только один и с одной стороны основания, угол между поверхностями паза меньше 90°, причем одна поверхность паза параллельна плоскости основания. В качестве третьей точки опоры на противоположной от шариков стороне основания поставлен упор. В таком варианте при нагрузке F, перпендикулярно основанию столика, силы в точках контакта опорных шариков и упора с направляющими поверхностями направлены только нормально к поверхностям в точках контакта (фиг.1). Такая конструкция позволяет прикладывать к основанию существенно большую нагрузку, нежели в наиболее близком аналоге, поскольку отсутствуют боковые, сдвигающие силы.
б) Повышение чувствительности и точности подвижек.
Толкатель перемещается с помощью юстировочного винта или в качестве толкателя используется сам котировочный винт 3 (фиг.2,). Для повышения чувствительности и точности подвижек введено на каждую подвижку по два винта - винт стандартной подвижки 3 и винт точной подвижки 4 (фиг.2с). Эти винты перемещают шпильку 13 через рычаг 12 с различным соотношением плеч. Для винта стандартной подвижки 3 соотношение плеч близко к ~1:1, для винта точной подвижки 4 соотношение плеч может быть выполнено в диапазоне от 1:3 до ~1:10. Поэтому чувствительность винта точной подвижки повышается в несколько раз в соответствии с соотношением плеч рычага, что повышает точность перемещения основания.
в) Улучшение точности перемещения и повторяемости траектории.
Выполнение только по одному направляющему пазу на каждом основании и так, что одна поверхность направляющего паза параллельна плоскости основания (фиг.1) и организация перемещения основания только по трем точкам опоры (фиг.2) - двум опорным шарикам и одному упору, а также выполнение толкателя в виде рычага с двумя котировочными винтами (фиг.2) наряду с усилением жесткости конструкции позволило улучшить точность перемещения и повторяемость траектории основания.
г) Упрощение технологии изготовления и сборки.
В наиболее близком аналоге необходимо строгое выполнение и совмещение с высокой параллельностью образующих всех четырех пазов на двух основаниях (фиг.4). В предлагаемой конструкции столика с продольным перемещением основания на каждом основании выполнено только по одному пазу, определяющему направление перемещения (фиг.1). В этом случае при изготовлении необходимо обеспечить параллельность только одной поверхности паза со стороной основания, что, фактически, получается при обработке этих поверхностей на станке с одной установки. При постановке шариков в пазы, упоре и подпружинивании оснований образующие пазов, определяющие направление перемещения, автоматически устанавливаются параллельно. Такая конструкция существенно упрощает как технологию изготовления, так и сборку столика.
Нами был изготовлен макет такого столика. Он входит в состав макета трехкоординатного столика (патент РФ №2368021) - два верхних основания (фиг.5). Столик имеет размеры чуть больше спичечного коробка (50×45×23 мм). Тем не менее, при таких малых размерах он имеет прецизионные подвижки по трем направлениям. По каждой оси имеется винт стандартной 3 и винт точной 4 подвижки.
При отработке и доводке макета столика достигнуты следующие параметры: диапазон подвижек описываемого однокоординатного столика составляет 7 мм по оси скамьи. Чувствительность точной подвижки составляет ~0.2-0.3 мкм, повторяемость траектории тоже ~0.3 мкм. При этом отсутствуют люфты элементов столика и свободный ход винтов. Значительно повышена жесткость столика. Столик позволяет автоматизировать перемещение и управление при постановке на котировочные винты шаговых двигателей.