DD277143A1 - Feineinstellende positioniervorrichtung fuer lichtwellenleiter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine feineinstellende Positioniervorrichtung, die insbesondere fuer die wiederholte Ankopplung von Lichtwellenleitern an andere Lichtwellenleiter, an optische oder optoelektronische Elemente geeignet ist, eine robuste Ausfuehrung besitzt und bei der die Feineinstellung des zu positionierenden Punktes in drei zueinander senkrechten Richtungen mittels parallel zueinander angeordneter, gut zugaenglicher Betaetigungsschrauben erfolgt. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass in einer Positioniereinrichtung aus gelenkig miteinander verbundenen, starren Gliedern die Bewegung von in feststehenden Gewinden angeordneten Betaetigungsschrauben durch in Fuehrungsbahnen laufende und gegen eine geneigte Flaeche drueckende Kugeln in die Bewegung der gelenkig miteinander verbundenen Glieder zueinander und damit in die Bewegung des zu positionierenden Punktes umgewandelt wird. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine feineinstellende Positioniervorrichtung, die insbesondere für die wiederholte Ankopplung von Lichtwellenleitern an andere Lichtwellenleiter, optische oder optoelektronische Elemente geeignet ist, eine robuste Ausführung besitzt und bei der die Feineinstellung der Lichtwellenleiter in zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen mit beliebiger Übersetzung mittels Betätigungsschrauben erfolgt, die alle in gleicher Richtung angeordnet und dann zugänglich sind, wenn sich die zu positionierende Stelle im Innern einer Anordnung, beispielsweise eines Gehäuses, befindet.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

In vielen technischen Anordnungen, so auch bei der Ankopplung von Lichtwellenleitern an Meßgeräte, besteht die Aufgabe, ein auswechselbar eingefügtes Element, beispielsweise die Stirnseite eines Lichtwellenleiters, im Bereich von wenigen bis zu 100μηι in zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen feinfühlig zu positionieren, um das Maximum einer Wirkung, beispielsweise der optischen Kopplung, zu erzielen. Aus vielen technischen Anordnungen, so auch aus der Beschreibung der DE-OS 3217298, ist bekannt, Justierglieder einzusetzen, die aus gelenkig miteinander verbundenen, starren Hebeln bestehen, und bei denen die zwei zueinander senkrechten Bewegungen auf Kreisbögen erfolgen, deren Krümmung nicht stört, wenn die Länge der Hebel groß gegen den Justierbereich ist. In der DE-OS 3217298 sind ebenfalls Ausführungen für diese Justiervorrichtungen angegeben, die sich in der Anordnung der Gelenke und Hebel in bezug auf den zu positionierenden Punkt unterscheiden. Aus der DE-OS 3246359 und dem DD-WP 156452 sind Anordnungen bekannt, in denen einer oder beide Hebel als Winkel ausgeführt sind und in denen als Gelenke kurze Drähte oder Blattfedern dienen, die senkrecht zueinander stehen und in deren Schnittpunkt sich das zu positionierende Objekt befindet. Allen diesen Anordnungen ist gemeinsam, daß die Schwenkachsen und der zu positionierende Punkt ein rechtwinkliges Dreieck bilden, dessen rechter Winkel am zu positionierenden Punkt liegt.

Bosondors vorteilhaft ist die Anordnung gemäß DE-OS 3246358. Entsprechend dieser Erfindung werden die Hebel durch zwei Platten gebildot, die untereinander und zur Grundplatte mit Abstand parallel stehen. Zwischen Grundplatte und Zwischenplatte oinorsoits und zwischen Zwischonplatto und Trägerplatte andererseits befinden sich an den Stirnseiten Gelenke, die so angeordnet sind, daß in aus den anderon Anordnungen bekannter Weise der zu positionierende Punkt über der oberen Tiägorplatto und dio Schwenkachson der Gelonke ein rechtwinkliges Dreieck bilden.

Dioso Anordnung hat dio Vortoilo, daß sio robust und einfach montierbar ist, besonders wann dio Platten durch separate, an dioso angoschraubto Blattfedern mitoinandor vorbundon sind, und daß bei geeigneter Wahl der Abmessungen der zu positionierende Punkt weit oberhalb der Trägerplatte liegen kann, so daß zwischen diesem und der Trägerplatte weitere Glieder, boispiolswoise zur Vorschiobung des Objekts in oino dritte Richtung, eingeschaltet werden können.

Diose aus don Erfindungen bokannten Anordnungen besitzen jedoch verschiedene Nachteile. Einerseits können die Abstände zwischon don Golonkon, dem zu positionierenden Punkt und den als Betätigungsmittel dienenden Einstellschrauben nicht so

gewählt werden, daß beliebig große Übersetzungen zwischen der Bewegung der Betätigungsschrauben und der des zu positionierenden Objekts möglich sind, wenn die Anordnungen noch handhabbare Abmessungen aufweisen sollen. Dieser Nachteil wird beispielsweise in der Erfindung yemäß DD-WP 249989 dadurch beseitigt, daß die positionierenden Hebel in zwei Ebenen hintereinander angeordnet sind. Allen diesen Anordnungen ist weiterhin der Nachteil gemeinsam, daß mindestens eine der Betätigungsschrauben an einem bewegten Hebel angeordnet ist, wordurch die Betätigungskräfte beim Einstellen der Position immer auf den zu positionierenden Punkt einwirken können. Da solche Anordnungen in Einrichtungen eingesetzt werden, die bereits auf sehr kleine Verschiebungen reagieren, ist diese Eigenschaft sehr störend. Ein weiterer Nachteil ist die räumliche Anordnung der Betätigungsschrauben in den bekannten Anordnungen. Sie sind senkrecht zu den Schwenkachsen der Gelenke etwa mittig zu diesen angebracht, befinden sich also in der Nähe des zu positionierenden Objekts. Es ist daher nicht oder nur schwer möglich, das zu positionierende Objekt im Innern eines Gehäuses, beispielsweise eines elektrischen Meßgerätes, anzuordnen und gleichzeitig eine Betätigung der Einstellschrauben zu gewährleisten.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer feineinstellenden Positioniervorrichtung zur Positionierung eines Objektes, beispielsweise eines Lichtwellenleiters, in zwei zueinander senkrechten Richtungen, die eine feinfühlige Positionierung gestattet, eine gute Reproduzierbarkeit bei wiederholtem Ankoppeln sowie gute Langzeitstabilität besitzt und die auch unter ungünstigen Bedingungen bequem einstellbar ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, zwischen dem zu positionierenden Objekt und den Betätigungsgliedern eine stabile, spielfreie und reproduzierbare Übersetzung mit beliebig hohem Übersetzungsverhältnis zu schaffen sowie darin, unerwünschte Wirkungen der Betätigungskräfte von dem zu positionierenden Objekt fernzuhalten. Die Aufgabe wird in einer zur Positionierung von Objekten in zwei zueinander senkrechten Richtungen bestimmten Anordnung, die aus gelenkig miteinander verbundenen, starren Gliedern besteht, erfindungs^emäß dadurch gelöst, daß sich an jeweils einem Glied in ausreichendem Abstand von der Schwenkachse ein Führungsstück und am relativ dazu bewegten Glied ein schräg angeordneter Klotz befindet, zwischen denen eine Kugel liegt, die den Abstand zwischen den bewegten Gliedern bestimmt und durch eine Betätigungsschraube, die in einem fest mit der Grundplatte verbundenen Gewinde sitzt und eine ebene Stirnfläche aufweist, in einer zur Schwenkachse parallelen Richtung gegen eine Feder gedrückt wird, so daß durch Drehen der Betätigungsschrauben die Kugel in der Führung bewegt wird und den Abstand zwischen den jeweiligen Gliedern verändert. Durch die zwischen Betätigungsschrauben und Kugel, zwischen Führungsstück und Kugel sowie zwischen Kugel und Klotz herrschenden Punktberührungen ist eine große Stabilität und gute Reproduzierbarkeit gewährleistet. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die zwischen Grundplatte und oberer Platte befindliche Zwischenplatte an ihren Stirnseiten, an denen Blattfedern zur gegenseitigen Verbindung der Platten angebracht sind, so angeschrägt ist, daß die Kraft der Blattfedern die einzelnen Platten zusammendrückt, wodurch eine einfach zu fertigende und gut montierbare Anordnung erreicht wird.

Ausführungsbeispiel

Die erfindungsgemäße Anordnung soll anschließend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben werden. In der zugehörigen Zeichnung stellen dar:

Fig. 1: die Seitenansicht der erfindungsgemäßen Anordnung

Fig.2: die Vorderansicht der erfindungsgemäßen Anordnung mit abgenommener Vorderplatte.

An der Stirnseite der Grundplatte 1 ist die Vorderplatte 2 senkrecht zu dieser befestigt, beispielsweise angeschraubt. Sie ist mit 3 Gewinden ausgestattet, in denen zwei Stallschrauben 3 für die X- und Y-Bewegung und für die Z-Bewegung 4 eingeschraubt sind. An der einen Seite der Grundplatte ist ein Führungsstück 5 mit einer V-Nut 5a angeschraubt, an der anderen Seite eine Blattfeder 6 mittels einer Druckleiste 7. Die andere Seite der Blattfeder ist in ihrer ganzen Breite an der Zwischenplatte 8 (Y-Platte) verschraubt, auf der anderen Seite der Zwischenplatte ist eine gleichartige Blattfeder 9 verschraubt. Die andere Seite dieser Blattfeder ist wiederum über eine Druckleiste 7 an der oberen Platte 10 (X Platte) befestigt. Die Stirnflächen der Zwischenplatte 8 sind angeschrägt, um mit den Blattfedern eine Federwirkung über die dargestellte Mittellage hinauf zu erzielen. An derjenigen Soite der Zwischenplatte, die durch die Blattfeder 6 mit der Grundplatte 1 verbunden ist. Ist an einem winkligen Zwischenstück 11 ein dom Toil 5ähnliches Führungsstück 12mitoinorV-Nut 12abefestigt,oberhalbdi3sesTbileä befindet sich eine Gleitplatte 13, dio an dor dor Blattfeder 9 gegenüberliegenden Stirnseite der oboron Platte 10 so verschraubt ist, daß ihre zum Führungsstück 12 woisendoFlächo leicht gonoigt ist. In dor V-Nut 12a liegt dio Kugel 14dernn, daß ihre Lagenach dor einen Seite durch die Stirnfläche) 3a dorBotätigungsschraubo 3, nach dor anderen durch eine Druckfeder 15, die sich geg&ii einen Anschlag 16 stützt, bogronzt wird.

In gloichor Woiso wio dio Gleitplatte 13 ist auf dor anderon Stirnseite der Zwischenplatte 8 an einem winkligen Zwischenstück 17 oino Gleitplatte 18 vorschraubt. Zwischen diosor und dom Führungsstück 5 befindet sich ebenfalls eine Kugel W), deren Lage in gloichor Woiso wio auf dor andoron Soito dor Zwischonplatto durch oine Fodor und dio Botätigungsschraube (beido nicht dargestellt) gohalton wird.

Um dio Positionierung in oinordriüon Richtung zu gewährleisten, sind auf dio obere Platte 10 Führungsleisten 20 mit V-Nuton 20a aufgoschraubt, zwischen diesen befindet sich, von Kugeln 21 geführt, die Trägerplatte 22 (Z-Platte). Ihre Lage wird durch die sich am Anschlag 23 abstützondo Feder 24 und dio Stirnfläche 4a der Botätigungsschraube 4 begrenzt. Zur

Verbesserung der Einstellbarkeit kann an der Vorderseite der Platte 22 eine Kugel 25 eingelassen sein, auf die die Stirnfläche 4a drückt. Auf der Trägerplatte 22 ist die Klemmvorrichtung 26 befestigt, die beispielsweise den Stecker eines Lichtwellenleiters 27 derart fixiert, daß seine Achse auf der Mittelachse P zu liegen kommt. Die Abmessungen der Anordnung sind so gewählt, daß die freien Abschnitte 6a und 9a der Blattfedern 6 und 9 und die Achse P ein rechtwinkliges, vorzugsweise auch gleichschenkliges Dreieck bilden, dessen rechter Winkol sich an der Stelle der Achse P befindet. Die gesamte Anordnung kann sich derart hinter der Frontplatte 28 eines Gerätes befinden, daß sie nur zum Einsetzen des Lichtwellenleiters herausgezogen wird und die Stellschrauben 3 und 4 jederzeit betätigt werden können.

Wird durch Betätigen der Stellschrauben 3 die Kugel 14 in der V-Nut 12a, entwede durch die Kraft der Schraube oder durch die Kraft der Feder 15 um den Weg s verschoben, so verändert sich infolge der Neigung der Gleitplatte 13 der Winkel zwischen den Pla'ten 8 und 10 geringfügig. Dadurch schwenkt auch die Achse P um die Achse 9a und vollführt eine kreisförmige Bewegung, diu in kleinen Grenzen geradlinig angenähert werden kann und die X-Bewegung darstellt. Das Verhältnis zwischen der Verschiebung s und der X-Bewegung kann durch die Voreinstellung der Neigung der Gleitplatte 13 in Grenzen gewählt werden. Beispielsweise ist eine Übersetzung s:X = 50:1 wählbar, das heißt, mit einer Stellschraube 3 der Gewindesteigung 0,5mm können in einer Umdrehung 0,01 mm Verstellweg erreicht werden.

In gleicherweise bewirkt eine Verschiebung der Kugel 19 in der Führungsnut 5a durch Stellschraube oder Feder eine Veränderung des Winkels zwischen Grundplatte 1 und Zwischenplatte 8 und damit ein Schwenken der Achse P um die Achse 5a, dasals Y-Bewegung angesehen wird. Infolge der Wahl der Abmessungen der Anordnung stehen X- und Y-Bewegung annähernd senkrecht aufeinander. Da sich die Kugel 14 in einem bestimmten Abstand von der Schwenkachse 6a befindet, verschiebt sich deren Lage gegenüber der Stirnfläche 3a durch das Schwenken der Zwischenplatte 8 um einen gegenüber der erwünschten Bewegung Y wesentlich kleineren Wert. Weil die Stirnfläche senkrecht zu dieser Bewegung steht, kommt es zu einer Gleitbewegung, und es entstehen keine nachteiligen Wirkungen auf die X-Bewegung. Sowohl bei der X- als auch bei der Y-Bewegung gleitet die Kugel 25 auf der Stirnfläche 4a der Betätigungsschraube 4. Auch das führt aus dem gleichen Grund kaum zu einer unerwünschten Bewegung der Trägerplatte 20. Diese Z-Bewegung wird erst erzielt, wenn die Schraube 4 verdreht wird, wobei in dieser Richtung keine Übersetzung zwischen der Steigung der Schraube und der Bewegung der Trägerplatte in der Führung vorgesehen ist.

Durch diese Anordnung wird somit erreicht, daß zwischen der Bewegung der Stellschrauben 3 und derjenigen der Achse P eine beliebig große Übersetzung erreicht werden kann, wobei alle Stellschrauben fest in der mit der Grundplatte 1 verbundenen Vorderplatte 2 sitzen und von der gleichen Richtung, vorzugsweise der Frontseite des Gehäuses, zugänglich sind. Ein gutes Gleitender Kugeln 14 und 19 in den ^C|"ihrungsstücken 5 und 12 sowie auf den Gleitplatten 13 und 18 wird erreicht, indem alle Teile gehärtet und mit geringer Oberflächenrauhigkeit geschliffen sind. Durch die ständige Bewegung auf den gleichen Gleitbahnen tritt ein Einlauf effekt ein, der zusammen mit der punktförmigen Berührung von Führungsstück, Kugel und Gleitplatte eine sehr gute Reproduzierbarkeit der X- und Y-Werte ergibt. In gleicher Weise müssen die Stirnflächen der Betätigungsschrauben gehärtet und mit geringer Rauhtiefe plangeschliffen sein.

Claims (3)

1. Feineinstellende Positioniervorrichtung für Lichtwellenleiter, enthaltend gelenkig miteinander verbundene, starre Glieder in einer derartigen Anordnung, daß die zwischen den Gliedern angeordneten Gelenke und der zu positionierende Punkt ein rechtwinkliges Dreieck bilden, dadurch gekennzeichnet, daß sich an jeweils einem Glied in ausreichendem Abstand von der Schwenkachse (6a, 9a) eine Führung (5a, 12a) und am relativ dazu bewegten Glied ein schräg angeordneter Klotz (13,18) befindet, zwischen denen eine Kugel (14,19) liegt, die den Abstand zwischen den beiden Gliedern bestimmt und daß jeweils eine Betätigungsschraube (3), die in einem fest mit der Grundplatte verbundenen Gewinde sitzt und deren Achse parallel zur Schwenkachse zwischen den beiden Gliedern verläuft, die Kugel gegen eine Druckfeder (15) drückt, wobei durch Drehen der Betätigungsschraube der Abstand zwischen den beiden Gliedern veränderbar ist.

2. Feineinstellende Positioniervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gelenkig miteinander verbundenen Glieder al.·? mit geringem Abstand zueinander parallel liegende Platten ausgebildet sind, wobei eine Grundplatte (1) mit einer Zwischenplatte (8) durch eine an deren Stirnseiten angebrachte Blattfeder (6) verbunden ist und die Zwischenplatte mit einer oberen Trägerplatte (10) durch eine auf der anderen Seite der Zwischenplatte angeordnete weitere Blattfeder (9) gelenkig verbunden ist und daß die Stirnseiten der Zwischenplatte derart abgeschrägt sind, daß die durch die Blattfedern bewirkten Kräfte) die Platten zusammendrücken.

3. Feineinstellende Positioniervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (5a, 12a), die Kugeln (14,19), die Klötze (13,18) und die Stirnflächen der Betätigungsschrauben gehärtet und mit kleiner Oberflächenrauhigkeit geschliffen und poliert sind.