专利名称：五维调整架的制作方法
技术领域：
本发明涉及调整架，特别是一种五维调整架，适用于各种光学元件的精密安装和调整。
背景技术：
光学精密机械领域中，各种光学元件，包括各种镜片和晶体应用于光路时，由于其位姿定位要求十分精准，需要用到各种调整架，调节维数要求三维以上。市场上通常的三维平移两维角度的五维调整架，由一个两维XY向平移调整架、一个一维Z向平移调整架和一个二维角度调整架组合。一般的角度调整架构形为“两板式”，具有两个角度调整自由度；平移调整架通常一个产品只具有一维调整或者二维正交调整，每一维都需要导轨或者类似机构导向。对于光学元件需要的五维调整时，多个具有不同调整功能和维数的产品叠加组合， 必然产生零件多、结构复杂、尺寸大、成本高等问题。公开的“整体式”五维调整架的发明专利，如五自由度激光聚焦透镜调整架(申请号200410040193. X)，能够实现三维平移和两维角度调整，但其构型为三框结构，需要蜗轮蜗杆传动、消间隙等机构，零件较多而复杂，体积尺寸仍然较大。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足，提供一种五维调整架，该五维调整架具有结构简单、加工装配方便、结构紧凑小巧、无传动间隙、具有三维平移和二维角度旋转共五个自由度和稳定性高的特点。本发明的技术解决方案如下
一种用于安装和微调光学元件的五维调整架，其特点在于该五维调整架包括动板、定板、第一丝杆座、第二丝杆座、滑杆、滑块和钢球，
所述的动板是一块上面是平板并在该平板的下面靠相邻两边且分别平行该两边的位置凸出有L型结构的板体，该平板的中央设有安装光学元件的窗口，所述的L型结构的直角的外侧两面为相互垂直的第一平面和第二平面，所述的L型结构的外侧与所述的平板相交形成一 L形平面称为第三平面，所述的第一平面的中间分设有供第一拉伸弹簧组的两个弹簧一端安装的两个圆柱孔；所述的第二平面的中间分设有供第二拉伸弹簧组的两个弹簧一端安装的两个圆柱孔，在第三平面的两端分别设有第一圆柱孔和第四圆柱孔，中间直角处设有第二圆柱孔和第三圆柱孔，用于安装第三拉伸弹簧组共四个拉伸弹簧的一端，所述的第一平面、第二平面和第三平面相互正交；
所述的定板为L形平板，该L形平板的一端靠外边设有第一圆柱孔和第一螺孔，另一端靠外边设有第四圆柱孔和第三螺孔，中间直角处设有第二螺孔；在第二螺孔的两旁是第二圆柱孔和第三圆柱孔，该定板的四个圆柱孔的位置与所述的动板的四个圆柱孔一一对应，用于安装第三拉伸弹簧组共四个拉伸弹簧的另一端，所述的L型定板的两直角边的中间外侧分别具有第一延伸板和第二延伸板，所述的第一丝杆座和第二丝杆座垂直向上地固定在第一延伸板和第二延伸板上；
所述的第一丝杆座的中间有螺孔供第一丝杆穿设，第一丝杆前端部的球面与所述的动板的第二平面相切，第一丝杆座的螺孔的两旁设有两个圆柱孔，第一拉伸弹簧组的两根弹簧的穿设其间，两端连接并固定在所述的第一丝杆座和所述的动板上；
所述的第二丝杆座的中间有螺孔供第二丝杆穿设，第二丝杆前端的球面与所述的滑块的面相切；第二丝杆座的螺孔的两侧依次分设有弹簧通孔和所述的滑杆，所述的弹簧通孔供第二拉伸弹簧组的两根弹簧的另一端安装；
所述的滑块的前端设横向的V型滑槽，自后端面向所述的V型滑槽设有两个圆形通孔和两个圆柱孔分别与所述的第二丝杆座的螺孔的两侧的弹簧通孔和所述的滑杆相对应，两根滑杆套设在所述的滑块的两个圆柱孔中平移滑动，第一拉伸弹簧组的两根弹簧穿越所述的两个圆柱通孔后，两根弹簧的两端分别安装固定在所述的第二丝杆座和所述的动板上；所述的钢球嵌入所述的V型滑槽内并与所述的动板的第一平面相切；
第三丝杆、第四丝杆和第五丝杆分别配合在所述的定板的第一螺孔、第二螺孔和第三 螺孔中，三根丝杆的前端的球面同时与所述的动板的第三平面相切；所述的第三拉伸弹簧组共四个拉伸弹簧的两端分别通过对应的圆柱孔安装并固定在所述的动板和定板上。所述的定板的第一螺孔和第二螺孔的两条中心线平行形成的平面和第二螺孔和第三螺孔的两条中心线平行形成的平面正交。所述的滑杆的中心线平行，所述的滑块的V型滑槽的V型面的交线和两个圆柱孔的中心线同时垂直，所述的V型面的交线与所述的两个圆柱孔中心线在一个平面内。所述的第一丝杆、第二丝杆、第三丝杆、第四丝杆、第五丝杆的前端的球面为镶嵌钢球面或加工球头球面。旋转第一丝杆，其端部的球面推动动板产生Y向平移运动。旋转第二丝杆，其间接带动与动板相切的钢球移动，推动动板产生X向平移运动，X向和Y向的两维平移运动方向正交；旋转第三丝杆或第五丝杆，动板相对定板分别产生绕Y向或绕X向的二维正交角度转动；同时驱动第三丝杆、第四丝杆、第五丝杆同方向调整相同的位移量，动板)相对定板产生垂直于XY平面的Z向平移运动。本发明的技术效果如下
本发明结构具有三维平移和二维角度旋转共五个自由度，适用于各种光学元件，包括镜片或晶体的安装调整。本发明五维调整架具有零件结构简单，并选用钢球等标准件，组装的调整架为整体式，结构紧凑，所需零件少，占用空间小、成本比较低，且具有三维平移两维转动共五维调整的功能。嵌入滑块的V型槽中的两个钢球只能在V型槽中滑动或滚动，运动更加顺畅。在连接动板和第二丝杆座的第二拉伸弹簧组的拉力的作用下，钢球始终和动板的第二平面相切，并和V型滑槽的V型面始终紧密接触；在连接动板和第一丝杆座的第一拉伸弹簧组的拉力的作用下，第一丝杆前端的球面始终和动板的第一平面紧密接触并相切；连接动板和定板的第三拉伸弹簧组的四根弹簧的拉力的作用下，动板同时与第三丝杆、第四丝杆和第五丝杆端部的三个球面相切且紧密接触；该五维调整架调整时无间隙，稳定性高。旋转第一丝杆时，动板的平移运动方向是滑块的V型滑槽V型面的交线；旋转第二丝杆时，动板的平移运动方向是滑块的两圆柱孔的中心线，动板的两维平移运动具有正交效果。定板的第一螺孔和第二螺孔的两条中心线平行形成的平面和第二螺孔和第三螺孔的两条中心线平行形成的平面正交，因而旋转第三丝杆或第四丝杆，动板相对定板产生二维角度转动也具有正交效果。
图I是本发明五维调整架的三维示意图。图2是本发明五维调整架主视图。图3是图2的AA剖视图。图4是本发明的动板倒置的三维示意图。
图5是本发明的定板的三维示意图。图6是本发明的滑块的三维示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。先请参阅附图，由图可见，本发明用于安装和微调光学元件的五维调整架，包括动板I、定板2、第一丝杆座5、第二丝杆座7、滑杆11、滑块12和钢球13，
所述的动板I是一块上面是平板并在该平板的下面靠相邻两边且分别平行该两边的位置凸出有L型结构100的板体，参见图4，该平板的中央设有安装光学元件的窗口 120，所述的L型结构100的直角的外侧两面为相互垂直的第一平面101和第二平面102，所述的L型结构的外侧与所述的平板相交形成一 L形平面称为第三平面103，所述的第一平面101的中间分设有供第一拉伸弹簧组14的两个弹簧一端安装的两个圆柱孔；所述的第二平面102的中间分设有供第二拉伸弹簧组15的两个弹簧一端安装的两个圆柱孔，在第三平面103的两端分别设有第一圆柱孔111和第四圆柱孔114，中间直角处设有第二圆柱孔112和第三圆柱孔113，用于安装第三拉伸弹簧组10共四个拉伸弹簧的一端，所述的第一平面102、第二平面101和第三平面103相互正交；
所述的定板2 (参见图5)为L形平板，该L形平板的一端靠外边设有第一圆柱孔221和第一螺孔211，另一端靠外边设有第四圆柱孔224和第三螺孔213，中间直角处设有第二螺孔212 ;在第二螺孔212的两旁是第二圆柱孔222和第三圆柱孔223，该定板的四个圆柱孔的位置与所述的动板I的四个圆柱孔一一对应，用于安装第三拉伸弹簧组10共四个拉伸弹簧的另一端，所述的L型定板2的两直角边的中间外侧分别具有第一延伸板231和第二延伸板232,所述的第一丝杆座5和第二丝杆座7垂直向上地固定在第一延伸板231和第二延伸板232上；
所述的第一丝杆座5的中间有螺孔供第一丝杆4穿设，第一丝杆4前端部的球面与所述的动板I的第二平面102相切，第一丝杆座5的螺孔的两旁设有两个圆柱孔，第一拉伸弹簧组15的两根弹簧的穿设其间，两端连接并固定在所述的第一丝杆座5和所述的动板I上；
所述的第二丝杆座7的中间有螺孔供第二丝杆8穿设，第二丝杆8前端的球面与所述的滑块12的后端面1200相切；第二丝杆座7的螺孔的两侧依次分设有弹簧通孔和所述的滑杆11，所述的弹簧通孔供第二拉伸弹簧组14的两根弹簧的另一端安装；所述的滑块12 (见图6)的前端设横向的V型滑槽1203，自后端面1200向所述的V型滑槽1203设有两个圆形通孔1210和两个圆柱孔1201分别与所述的第二丝杆座7的螺孔的两侧的弹簧通孔和所述的滑杆11相对应，两根滑杆11套设在所述的滑块12的两个圆柱孔1201中平移滑动，第一拉伸弹簧组14的两根弹簧穿越所述的两个圆柱通孔1210后，两根弹簧的两端分别安装固定在所述的第二丝杆座7和所述的动板I上；所述的钢球13嵌入所述的V型滑槽1203内并与所述的动板I的第一平面101相切；
第三丝杆3、第四丝杆6和第五丝杆9分别配合在所述的定板2的第一螺孔211、第二螺孔212和第三螺孔213中，三根丝杆的前端的球面同时与所述的动板I的第三平面103相切；所述的第三拉伸弹簧组10共四个拉伸弹簧的两端分别通过对应的圆柱孔安装并固定在所述的动板I和定板2上。所述的定板2的第一螺孔211和第二螺孔212的两条中心线平行形成的平面和第二螺孔212和第三螺孔213的两条中心线平行形成的平面正交。 所述的滑杆11的中心线平行，所述的滑块12的V型滑槽1203的V型面的交线和两个圆柱孔1201的中心线同时垂直，所述的V型面的交线与所述的两个圆柱孔1201中心
线在一个平面内。所述的第一丝杆4、第二丝杆8、第三丝杆3、第四丝杆6、第五丝杆9的前端的球面为镶嵌钢球面或加工球头球面。所述的安装光学元件的窗口 120为圆柱形台阶通孔，该通孔的旁设置两个螺孔，拧入顶丝用于紧固光学元件。所有安装弹簧的圆柱孔侧边设置一个销钉孔插入销钉用于安挂拉伸弹簧。旋转第一丝杆4，其端部的球面推动动板I产生Y向平移运动。旋转第二丝杆8，其间接带动与动板I相切的钢球13移动，推动动板I产生X向平移运动，X向和Y向的两维平移运动方向正交；旋转第三丝杆3或第五丝杆9，动板I相对定板2分别产生绕Y向或绕X向的二维正交角度转动；驱动第三丝杆3、第四丝杆6、第五丝杆9同方向调整相同的位移量，动板I相对定板)产生垂直于XY平面的Z向平移运动。本发明结构具有三维平移和二维角度旋转共五个自由度。本发明五维调整架在实际应用时，根据需要调整滑杆11和滑块12组合成的一维驱动的导向结构方式，如滑杆和滑块的圆柱孔配合、V型槽和圆柱形滑杆配合、钢球和V型槽配合、燕尾槽配合；根据需要可在第一丝杆4处设置和第二丝杆8处一样的滑杆、滑块、两个钢球的结构或类似结构；用于驱动的丝杆可改为高精度微分头或者精密丝杆螺母套。以上结构也属于本发明权利保护的范围。本发明五维调整架整体结构简单紧凑、占用空间小、加工零件少而容易、精度高、成本低，在光学精密机械调整领域具有极高的推广和实际使用价值。
权利要求
1.一种用于安装和微调光学元件的五维调整架，其特征在于该五维调整架包括动板(I)、定板(2)、第一丝杆座(5)、第二丝杆座(7)、滑杆(11)、滑块(12)和钢球(13)， 所述的动板(I)是一块上面是平板并在该平板的下面靠相邻两边且分别平行该两边的位置凸出有L型结构(IOO )的板体，该平板的中央设有安装光学元件的窗口( 120 )，所述的L型结构(100)的直角的外侧两面为相互垂直的第一平面(101)和第二平面(102)，所述的L型结构的外侧与所述的平板相交形成一 L形平面称为第三平面(103)，所述的第一平面(101)的中间分设有供第一拉伸弹簧组(14)的两个弹簧一端安装的两个圆柱孔；所述的第二平面(102)的中间分设有供第二拉伸弹簧组(15)的两个弹簧一端安装的两个圆柱孔，在第三平面(103)的两端分别设有第一圆柱孔(111)和第四圆柱孔(114)，中间直角处设有第二圆柱孔(112)和第三圆柱孔(113)，用于安装第三拉伸弹簧组(10)共四个拉伸弹簧的一端，所述的第一平面(102)、第二平面(101)和第三平面(103)相互正交； 所述的定板(2)为L形平板，该L形平板的一端靠外边设有第一圆柱孔(221)和第一螺孔(211)，另一端靠外边设有第四圆柱孔(224)和第三螺孔(213)，中间直角处设有第二螺孔(212);在第二螺孔(212)的两旁是第二圆柱孔(222)和第三圆柱孔(223)，该定板的四个圆柱孔的位置与所述的动板(I)的四个圆柱孔一一对应，用于安装第三拉伸弹簧组(10)共四个拉伸弹簧的另一端，所述的L型定板(2)的两直角边的中间外侧分别具有第一延伸板(231)和第二延伸板(232)，所述的第一丝杆座(5)和第二丝杆座(7)垂直向上地固定在第一延伸板(231)和第二延伸板(232)上； 所述的第一丝杆座(5)的中间有螺孔供第一丝杆(4)穿设，第一丝杆(4)前端部的球面与所述的动板(I)的第二平面(102)相切，第一丝杆座(5)的螺孔的两旁设有两个圆柱孔，第一拉伸弹簧组(15)的两根弹簧的穿设其间，两端连接并固定在所述的第一丝杆座(5)和所述的动板(I)上； 所述的第二丝杆座(7)的中间有螺孔供第二丝杆(8)穿设，第二丝杆(8)前端的球面与所述的滑块(12)的(1200)面相切；第二丝杆座(7)的螺孔的两侧依次分设有弹簧通孔和所述的滑杆(11)，所述的弹簧通孔供第二拉伸弹簧组(14)的两根弹簧的另一端安装； 所述的滑块(12)的前端设横向的V型滑槽(1203)，自后端面(1200)向所述的V型滑槽(1203)设有两个圆形通孔(1210)和两个圆柱孔(1201)分别与所述的第二丝杆座(7)的螺孔的两侧的弹簧通孔和所述的滑杆(11)相对应，两根滑杆(11)套设在所述的滑块(12)的两个圆柱孔(1201)中平移滑动，第一拉伸弹簧组(14)的两根弹簧穿越所述的两个圆柱通孔(1210)后，两根弹簧的两端分别安装固定在所述的第二丝杆座(7)和所述的动板(I)上；所述的钢球(13)嵌入所述的V型滑槽(1203)内并与所述的动板(I)的第一平面(101)相切； 第三丝杆(3)、第四丝杆(6)和第五丝杆(9)分别配合在所述的定板(2)的第一螺孔(211)、第二螺孔(212)和第三螺孔(213)中，三根丝杆的前端的球面同时与所述的动板(I)的第三平面(103)相切；所述的第三拉伸弹簧组(10)共四个拉伸弹簧的两端分别通过对应的圆柱孔安装并固定在所述的动板(I)和定板(2 )上。
2.根据权利要求I所述的五维调整架，其特征在于所述的定板(2)的第一螺孔(211)和第二螺孔(212)的两条中心线平行形成的平面和第二螺孔(212)和第三螺孔(213)的两条中心线平行形成的平面正交。
3.根据权利要求I所述的五维调整架，其特征在于所述的滑杆(11)的中心线平行，所述的滑块(12)的V型滑槽(1203)的V型面的交线和两个圆柱孔(1201)的中心线同时垂直，所述的V型面的交线与所述的两个圆柱孔(1201)中心线在一个平面内。
4.根据权利要求I所述的五维调整架，其特征是所述的第一丝杆(4)、第二丝杆(8)、第三丝杆(3)、第四丝杆(6)、第五丝杆(9)的前端的球面为镶嵌钢球面或加工球头球面。
5.根据权利要求I至4任一项所述的五维调整架，其特征是所述的光学元件为镜片或晶体。
全文摘要
一种五维调整架，由动板、定板、第一丝杆座、第二丝杆座、滑杆、滑块和钢球等组成，适用于各种光学元件，包括镜片或晶体的安装调整。本发明具有结构简单、加工装配方便、结构紧凑小巧、无传动间隙稳定性高的特点，具有三维平移和二维角度旋转共五个自由度。
文档编号G02B7/00GK102798954SQ20121030015
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月22日 优先权日2012年8月22日
发明者郑留念, 刘志刚, 庞向阳, 朱健强 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所