Kinematische Bewegung im Überblick

Mechanische Systeme lassen sich nach der Zahl der vorhandenen Freiheitsgrade einteilen. Ein dreidimensionaler, starrer Körper hat genau 6 unabhängige Freiheitsgrade: Die Translation in den drei Raumachsen (X, Y, Z) und die Rotation um drei orthogonale Achsen (R_x, R_y, R_z). Eine Halterung gilt dann als kinematische Halterung, wenn alle Freiheitsgrade durch Zwangsbedingungen eindeutig unterbunden sind. Abbildung 1 zeigt eine kinematische Halterung.

Figure 1: TECHSPEC® Kinematic Mount Design Fully Constrains all 6 Degrees of Freedom

Die kinematischen TECHSPEC^® Optikhalterungen von Edmund Optics^® nutzen das klassische Kegel-, Nut- und Planflächensystem. Die Abbildungen 2 und 3 zeigen unsere kinematische Optikhalterung für einen Durchmesser von 1". Um die Funktion der kinematischen Optikhalterung zu verdeutlichen, betrachten wir eine Optik im in Abbildung 1 dargestellten Koordinatensystem.

Figure 2: Groove, Cone, and Flat Constraint System

Figure 3: Three Screw 1" Diameter Kinematic Optic Mount

Wenn die Kugelspitze der Einstellschraube A in dem Kegel sitzt, sind alle Veränderungen in den linearen Freiheitsgraden (Achse X, Y, Z) ausgeschlossen.Wenn die Nut wie in Abbildung 1 auf die X-Achse ausgerichtet ist, blockiert die Kugelspitze der Einstellschraube B in der Nut zwei der verbleibenden drei Rotationsfreiheitsgrade (R_y, R_z). Der letzte Freiheitsgrad (R_x) wird durch die Kugelspitze der Einstellschraube C fixiert, die gegen die Planfläche drückt (siehe Abbildung 4).

Figure 4: Ball Tip Screw Against Flat Face Constrains the Rx Degree of Freedom

Edmund Optics^® bietet kinematische Halterungen mit zwei oder drei Einstellschrauben an. Bei Ausführungen mit zwei Einstellschrauben für die Nut und die Planfläche, lassen sich die Rotationsfreiheitsgrade einstellen. Im Gegensatz zu dem oben erwähnten Beispiel befinden sich die Rotationsachsen hinter der Optik, wenn eine Einstellung vorgenommen wird, sodass es auch zu einer leichten Verschiebung der Optik in der Z-Achse kommt.

Über dem Kegel kann eine dritte Schraube platziert werden, welche die unerwünschte Verstellung kompensiert. Diese Konfiguration mit drei Schrauben erlaubt bei Bedarf eine Drehung der Optik mit den ersten beiden Einstellschrauben und mit der dritten Einstellschraube eine Rückstellung in die Originalposition entlang der Z-Achse.