МАЛАЯ ОПТИЧЕСКАЯ НАПРАВЛЯЮЩАЯ С ОСНОВАНИЕМ РЕЙТЕРА В ВАРИАНТАХ ИХ МЕХАНИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ ПРИ ПОВЫШЕННОЙ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ Российский патент 2015 года по МПК G02B7/00 G02B27/62 

1. Область техники

Предлагаемые изделия из малых оптических направляющих являются крепежными и функциональными устройствами с достаточной грузоподъемностью и универсальностью. Общим для предлагаемых вариантов является соединение малой направляющей и основания рейтера с профилями «ласточкин хвост». Поэтому все предлагаемые варианты устройства для любого их соединения сохраняют свойство линейных направляющих. Но при этом приобретаются новые свойства грузоподъемности, универсальности и функциональности.

Изобретение относится к области оптического приборостроения в той части, которая занимается изготовлением крепежных и котировочных элементов [1] для оптических скамей [2], измерительных машин [3] и конструкционных элементов, необходимых для построения схем оптического эксперимента.

Базовым элементом многих оптических приборов и экспериментальных схем является оптическая направляющая (рельс). В большинстве случаев она имеет стандартный профиль типа «ласточкин хвост». Если длина направляющей превышает 0,3 м, то ее называют длинной. На такой направляющей с помощью рейтеров, столиков и других устройств размещаются легкие (свободно удерживаемые рукой) оптические элементы схемы. Такие элементы можно найти в перечне оборудования, например, для оптической скамьи ОСК-3 [1, 2].

Для тяжелых оптических приборов делают индивидуальные подставки. Недостаток такого подхода в том, что поставки пригодны только по назначению, т.е. в данном приборе. Станины устаревших приборов и подставки к ним представляют собой металлолом. Опыт показывает, что «вечными» в оптической практике являются линейные направляющие и легкий крепеж типа рейтеров и столиков, особенно такие, которые имеют основания под профиль «ласточкин хвост». Универсальных крепежных грузоподъемных (до 20 кг) юстируемых устройств промышленность не выпускает.

В ходе оптической практики были найдены новые технические решения для крепежных и функциональных устройств, удовлетворяющих условиям грузоподъемности, юстировки и универсальности. Положительный результат был получен путем разработки и изготовления малой направляющей с длиной 0,2 м и собственной высотой 3 см с профилем «ласточкин хвост», закрепленной на рейтерном основании того же профиля. В зависимости от способа их соединения получены три новых крепежных и функциональных устройства с достаточной (до 20 кг) грузоподъемностью и жесткостью крепления. Они предназначены для установки на основной направляющей, а именно на рельсе, на котором собирается оптическая схема. Устройству, у которого направление малой направляющей совпадает с направлением основной большой направляющей, дано для краткости название - продолька. Устройство, у которого малая направляющая перпендикулярна большой направляющей, было названо поперечкой, устройство, у которого малая направляющая может поворачиваться относительно своего же основания вокруг вертикальной оси на любой угол, для краткости было названо повороткой.

2. Уровень техники

Аналогом короткой направляющей с профилем «ласточкин хвост» была взята замкнутая направляющая, которая применяется в оптических приборах (микроскопы, объективы, дифракционные решетки и др.) для плавного и точного линейного перемещения [1]. Устройство показано на фиг.1. Как видно из этого чертежа, основанием является плоская полированная пластина 11 с двумя трапециевидными клиньями 13, которые вместе с ползунком (кареткой) 12 образуют замкнутую направляющую с линейным перемещением. Такая направляющая обеспечивает точность и плавность хода. Недостатком такой конструкции является малая грузоподъемность. Из-за замкнутости направляющей силы трения создаются с трех сторон - плоского основания и двух боковых клиньев. При малых нагрузках на ползунок силы трения приемлемы для привода ползунка. Большой груз на ползунок 12, Фиг.1, создаст большие силы трения и усилия на привод ползунка, что приведет к отказу работы направляющей. В качестве аналога для основания принято основание рейтера из набора элементов голографического стола [4]. Рейтер показан на фиг.2, где 2 - основание, 8 - стопорный винт, 3 - стойка, 14 - зажимная гайка, 5 - несущий цилиндрический стержень, 6 - винт, закрепляющий стойку 3 на основании 2 (в конструкции четыре таких винта). Основание 2 такого рейтера удобно тем, что имеет плоскую верхнюю поверхность, что необходимо для размещения на ней малой направляющей в конструкциях предлагаемых продолек, поперечек и повороток. Аналогом направляющей вращательного движения для поворотки взят цилиндрический механизм с трением скольжения, показанный на фиг.3 [1].

Направляющая состоит из цилиндрической цапфы 9 и опоры в виде втулки 10. Сохранение осевого положения юстируемого элемента зависит от качественного изготовления цилиндрических поверхностей изделий и допустимого зазора между цапфой 9 и втулкой 10.

3. Раскрытие изобретения

В качестве прототипа предлагаемого изобретения взят второй аналог - рейтер [1]. Общим элементом этого аналога и изобретения является основание рейтера. В предлагаемом изобретении стойка 3 рейтера, фиг.2, заменена малой направляющей 1 (фиг.4) с профилем «ласточкин хвост». Возможны три варианта крепежных устройств такого типа.

3.1. Малая продольная направляющая с основанием рейтера - продолька

Для такого варианта нового крепежного устройства направление ребер профиля «ласточкин хвост» малой направляющей совпадает направлением паза основания того же профиля. При установке продольки на рельс направление малой направляющей совпадает с направлением большой направляющей (рельса). Вид продольки показан на фиг.4. Конструкция этого крепежного элемента такова, что при установке продольки на основную направляющую верхняя плоскость малой направляющей параллельна верхней плоскости большой направляющей и лежит выше нее на 3,5 см. Внешний вид продольки показан на фиг.4, где 1 - малая направляющая, 2 - основание, 8 - стопорный винт. Рассмотрим свойства и возможности продолек. Несколько продолек, установленных одна на другую, позволяют дискретно, с шагом 3,5 см, наращивать высоту на оптической скамье. Верхняя площадка при этом используется по назначению - для размещения юстируемых оптических элементов, в том числе и больших. Вид такой стопы из трех продолек показан на фиг.5, где цифры 1 и 2 обозначают одну продольку, 8 - стопорный винт нижней продольки. На этом чертеже самое нижнее изображение профиля 4 соответствует основной направляющей (рельсу). Применение в такой стопке прочных соединений типа «ласточкин хвост» и большая площадь в местах соприкосновения продолек обуславливают получение большой нагрузочной способности крепежного устройства, превышающей нагрузочную способность обычного рейтера. Число продолек при таком их последовательном соединении определяется высотой необходимого положения юстируемого оптического элемента над рельсом.

Существенные признаки новизны:

1) Разработана новая малая направляющая с профилем « ласточкин хвост», которая входит в состав всех вариантов грузоподъемных крепежных устройств этого типа.

2) На основе механического соединения малой направляющей и основания рейтера с профилями «ласточкин хвост» создано новое крепежное устройство - продолька, которое сохраняет способность перемещаться вдоль рельса и поднимает высоту над рельсом в данном месте на высоту самой продольки.

3) Накладывание продолек в стопу позволяет дискретно и конструктивно прочно наращивать высоту над рельсом до нужных размеров при достаточной грузоподъемности. В способности продолек дискретно наращивать высоту проявляется их свойство универсальности.

4) Конструктивно решена проблема большой грузоподъемности. Удерживание больших грузов обеспечивается большой площадью соприкосновения между продольками и замкнутостью этих направляющих при зажатых стопорных винтах.

3.2. Малая направляющая с основанием рейтера - поперечка

Для такого варианта крепежного устройства ребра малой направляющей перпендикулярны пазу рейтерного основания профиля «ласточкин хвост». При установке поперечки на основную направляющую (рельс) малая направляющая располагается перпендикулярно рельсу.

Вид поперечки показан на фиг.6. Обозначения: 1 - малая направляющая; 2 - рейтерное основание поперечки; 4 - профиль основной направляющей (рельса); 6 - винт крепежный, стягивающий основание 2 с малой направляющей 1 (всего винтов четыре); 8 - стопорный винт. Конструкция поперечки такова, что путем перевинчивания винтов и поворота основания 2 на 90° можно поперечку превратить в продольку и, наоборот, продольку - в поперечку. В этом есть также одно из свойств универсальности крепежных устройств такого типа. Рассмотрим свойства и возможности поперечек. Во-первых, поперечка своей верхней площадкой создает механически прочные места вне рельса с одной и другой стороны от него. Это придает поперечке новые функциональные свойства. Например, перемещая фотоприемник вдоль поперечки, можно измерить угловую характеристику светового потока, распространяющегося над рельсом. Во-вторых, поперечка позволяет также разместить на рельсе приборы при боковом смещении луча относительно рельса. Такие смещения возникают, например, от поворотных зеркал, если ось поворота зеркала не совпадает с плоскостью отражающего слоя. Могут быть смещения луча относительно рельса и по другим причинам. Поперечка в таких случаях позволяет сместить принимающие свет приборы на линию хода реального луча и обеспечить работу оптической схемы без существенных переделок оптической схемы. Приведенные примеры показывают, что поперечки имеют функциональные свойства.

С помощью двух (или большего числа) поперечек можно на основной направляющей образовать плоскую площадку для установки на эту площадку оптического прибора, например газового лазера. Поперечная ширина одной такой площадки 0.2 м. Продольная длина для двух поперечек, установленных рядом, равна 0.15 м. Ее можно увеличивать до нужных размеров, раздвигая поперечки. Поперечки можно размещать на продольках. При этом на одной продольке размещаются две расположенные рядом поперечки. Это означает, что из нескольких продолек можно создать нужной высоты подставку и на верхней из них с помощью двух поперечек получить наверху площадку 0.2×0,15 м². На фиг.7, вид сверху, показана площадка, образованная двумя поперечками: 4 - основная направляющая, 1 и 1 - малые направляющие поперечек, расположенных рядом, прямоугольники - это их верхние плоскости, 2 и 2 - основания поперечек.

Приведенные примеры показывают, что из продолек и поперечек можно создать новые универсальные, прочные и грузоподъемные крепежные устройства.

Существенные признаки новизны: 1) создание активных для использования и механически прочных площадок одной поперечкой вне рельса; 2) создание почти квадратных площадок на рельсе двумя поперечками, расположенными рядом; 3) есть возможность создания «удлиненных» площадок двумя или большим числом поперечек для габаритных по длине приборов, например для гелий-аргонового лазера.

3.3. Крепежное устройство типа - поворотка

Так называется вариант крепежного устройства, которое имеет две направляющие: малую линейную направляющую и направляющую вращательного движения. Обе размещаются на одной рейтерной подставке, причем элементы вращательной оси в поворотке используются и для механического соединения основания и малой направляющей. Крепежных винтов 6, показанных на фиг.2 и фиг.6, в поворотке нет. Роль крепежного винта выполняет осевой винт вращательной направляющей. Поворотка, таким образом, имеет две направляющие: линейного перемещения, которая создается основанием рейтера, и вращательную направляющую, которая создается элементами, встроенными в самую малую направляющую. Поворотка, установленная на основной направляющей, показана на фиг.8, где 4 обозначена основная направляющая (общий рельс). Детали поворотки: 2 - основание поворотки; 8 - стопорный винт; 1 - малая направляющая; 9 - осевой винт диаметром 10 мм с резьбой M10 на конце, являющийся осью вращения в слегка отжатом положении и являющийся стопорным винтом в полностью завинченном положении. Поворотка может быть установлена как на основной направляющей (рельсе), так и на породольке или поперечке. Прототипом поворотки является вращательная направляющая с цилиндрическими поверхностями фиг.3 [1]. Новым в этой конструкции является замена втулки с цилиндрической поверхностью самой линейной направляющей, в геометрическом центре которой сделано цилиндрическое отверстие под ось вращения, а в геометрическом центре основания сделано резьбовое отверстие под осевой винт, так что в целом основание рейтера выполняет также роль гайки. Большая площадь соприкосновения направляющей 1 (фиг.8) с основанием 2 в предлагаемом изобретении исключает осевой люфт при поворотах, что важно для точной юстировки. Существенные признаки новизны: 1) совмещение в одном крепежном устройстве двух направляющих: линейного и вращательного перемещений при большой грузоподъемности; 2) возможность проведения с помощью поворотки круговых юстировок и получение полярных диаграмм излучения.

4. Краткое описание фигур, использованных в описании изобретения

Фиг.1. Малая замкнутая направляющая с профилем «ласточкин хвост», использующаяся в оптических приборах для плавного прямолинейного перемещения легких оптических элементов.

Фиг.2. Рейтер для рельса с профилем «ласточкин хвост».

Фиг.3. Направляющая вращательного движения цилиндрического типа с трением скольжения.

Фиг.4. Внешний вид крепежного устройства с малой продольной направляющей типа продолька.

Фиг.5. Крепежное устройство для наращивания высоты из трех расположенных на общем рельсе в стопку продолек.

Фиг.6. Крепежно-функциональное устройство типа поперечка.

Фиг.7. Картина образования площадки на основной направляющей из двух расположенных рядом поперечек.

Фиг.8. Крепежно-функциональное устройство типа поворотка.

Перечень библиографических источников

1. Креопалова Г.В., Лазарева Н.Л., Пуряев Д.Т. Оптические измерения. - М.: Машиностроение, 1987.

2. Ефремов А.А., Законников В.П., Подобрянский А.В. Сборка оптических приборов. - М.: Высшая школа, 1978 г.

3. Эрвайс А.В. Юстировка и ремонт измерительных машин. - М.: Машгиз, 1960.

4. Голография: методы и аппаратура./Под редакцией В.М. Гинзбург и Б.М. Степанова. // М.: Советское радио, 1974, рис.8.10 г.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для создания крепежных и юстировочных устройств. Устройство содержит малую оптическую направляющую с профилем «ласточкин хвост», основание рейтера с таким же профилем, направляющую вращательного движения с цилиндрической рабочей поверхностью, содержащую цапфу, опорную втулку. Также оно содержит малую направляющую с профилем «ласточкин хвост» и основание рейтера того же профиля, имеющее резьбовое отверстие, а также осевой винт с резьбой на конце. При этом ребра малой направляющей и пазы профиля «ласточкин хвост» основания рейтера выполнены с возможностью параллельного расположения и установки нескольких малых направляющих одна над другой стопкой с соединением стопорным винтом для возможности регулировки высоты положения оптического элемента над основанием рейтера, или взаимно перпендикулярного расположения, и создания рабочих площадок с обеих сторон основания рейтера при поперечной установке малой направляющей с возможностью увеличения площади этих рабочих площадок при установке нескольких малых направляющих. Кроме того, осевой винт, резьбовое отверстие в основании рейтера и втулка в геометрическом центре малой направляющей выполнены с возможностью образования вращательной направляющей цилиндрического типа с обеспечением возможности поворота малой направляющей вокруг вертикальной оси на любой угол при отпущенном осевом винте. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства, увеличении диапазона регулировок. 8 ил.

Крепежное устройство, содержащее малую оптическую направляющую с профилем «ласточкин хвост», основание рейтера с таким же профилем, направляющую вращательного движения с цилиндрической рабочей поверхностью, содержащую цапфу, опорную втулку, отличающееся тем, что содержит малую направляющую с профилем «ласточкин хвост» и основание рейтера того же профиля, имеющее резьбовое отверстие, а также осевой винт с резьбой на конце, при этом ребра малой направляющей и пазы профиля «ласточкин хвост» основания рейтера выполнены с возможностью параллельного расположения и установки нескольких малых направляющих одна над другой стопкой с соединением стопорным винтом для возможности регулировки высоты положения оптического элемента над основанием рейтера, или взаимно перпендикулярного расположения, и создания рабочих площадок с обеих сторон основания рейтера при поперечной установке малой направляющей с возможностью увеличения площади этих рабочих площадок при установке нескольких малых направляющих, при этом осевой винт, резьбовое отверстие в основании рейтера и втулка в геометрическом центре малой направляющей выполнены с возможностью образования вращательной направляющей цилиндрического типа с обеспечением возможности поворота малой направляющей вокруг вертикальной оси на любой угол при отпущенном осевом винте.