光學檢測用四維調整臺的製作方法

2023-10-18 17:46:04 2

專利名稱：光學檢測用四維調整臺的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種光學檢測用多維調整平臺。
背景技術：
在光學檢測與裝調過程中，經常會用到各種位姿調整機構，如平移臺、升降臺、旋轉臺、角位移臺，目前國內外市場上有許多致力於該類產品研發的企業，這些企業的產品種類多、但其多維調整平臺大多數臺面尺寸較小，難以滿足中尺度光學件檢測與裝調的需要。長期以來，中尺度光學件檢測與裝調中所用的多維調整臺均是由單自由度調節機構通過簡單拼接而成，這樣雖然勉強滿足了工作需要，卻帶來許多新問題，比如由於單自由度調節機構的接口形式不同，組合成多自由度調節機構時接口難以匹配；簡單拼接而成的多自由度調整平臺的穩定性差，特別是在雷射幹涉法面型檢測中由於調節機構抗幹擾性差致使幹涉條紋抖動，數據採樣困難，數據可靠性降低；同時工作效率受到嚴重影響。

實用新型內容本實用新型提供一種光學檢測用四維調整臺，以滿足多維度精確調整工作的需求。為實現以上實用新型目的，本實用新型提供以下技術方案。光學檢測用四維調整臺，包括自下而上依次設置的底座、縱向位移臺、橫向位移臺、雲臺座、雲臺以及工作檯；所述工作檯通過俯仰關節與所述雲臺連接，俯仰關節採用兩個同軸安裝的圓柱迴轉鉸鏈結構實現；在工作檯與雲臺的水平延伸段設置有俯仰角調節機構；所述雲臺與橫向位移臺通過偏擺關節相連，所述偏擺關節由十字交叉圓柱滾子軸承、與軸承外圈相配的軸承安裝法蘭、與軸承內圈相配的雲臺座以及起軸向定位作用的上、下壓圈組成；所述雲臺與軸承安裝法蘭通過止口配合定位並以螺釘固定連接，十字交叉圓柱滾子軸承通過上壓圈和下壓圈緊定位於其內側的雲臺座，雲臺座與橫向位移臺通過另一止口定位並以螺釘固定連接；俯仰關節與偏擺關節構成的整體的重心位於工作檯的幾何中心；在雲臺與橫向位移臺的水平延伸段設置有偏擺角調節機構；在橫向位移臺與縱向位移臺之間兩側設置有橫向直線位移關節，在橫向位移臺與縱向位移臺之間中部設置有橫向直線位移調節機構；在縱向位移臺與底座之間兩側設置有縱向直線位移關節，在縱向位移臺與底座之間中部設置有縱向直線位移調節機構；所述橫向直線位移關節和縱向直線位移關節均採用相匹配的滑塊與直線導軌的結構形式，其中，橫向直線位移關節的直線導軌與縱向直線位移關節的直線導軌相互垂直，在豎直方向形成矩形框的投影。基於上述基本技術方案，本實用新型還進行了如下優化限定和改進。上述俯仰角調節機構包括細牙絲杆螺母副、俯仰螺母安裝架和俯仰絲杆頂板；細牙絲杆螺母副的螺母通過俯仰螺母安裝架與雲臺緊固連接，俯仰絲杆頂板與工作檯緊固連接，細牙絲杆螺母副中的絲杆的下端安裝有俯仰角調節手輪，絲杆的上端為球面，該球面與俯仰絲杆頂板形成高副接觸。在工作檯與雲臺之間在靠近俯仰角調節機構一端設置有拉簧，拉簧兩端分別固定連接工作檯和雲臺。上述偏擺角調節機構包括細牙絲杆螺母副、偏擺螺母安裝架、上支架、下支架、偏擺絲杆頂板和復位彈性組件；細牙絲杆螺母副的螺母通過偏擺螺母安裝架及下支架與橫向位移臺緊固連接，偏擺絲杆頂板通過上支架與雲臺緊固連接，細牙絲杆螺母副中的絲杆的一端安裝有偏擺角調節手輪，絲杆的另一端為球面，該球面與偏擺絲杆頂板的一側形成高副接觸，偏擺絲杆頂板的另一側與復位彈性組件的球面一端形成高副接觸；上述復位彈性組件包括滑套和位於滑套內並自滑套底部依次連接的壓簧、滑竿，所述復位彈性組件的球面一端即滑竿朝外的一端，滑套通過滑套安裝架最終與橫向位移臺緊固連接。這樣，滑杆在滑套內壓簧的作用下在滑套內能夠往復滑動。上述橫向直線位移調節機構採用滾珠絲杆螺母副，該滾珠絲杆螺母副端部設置有橫向直線位移調節手輪；上述縱向直線位移調節機構採用滾珠絲杆螺母副，該滾珠絲杆螺母副端部設置有縱向直線位移調節手輪。在上述十字交叉圓柱滾子軸承中，多個圓柱滾子在成90°的V型溝槽滾動面上通過隔離塊被相互垂直地排列。所以交叉滾子軸承可承受徑向載荷、軸向載荷及力矩負載等多方向的負荷。上述俯仰關節偏置於工作檯長度的五分之四處。在工作檯上設置有用以安裝檢測支架的的多個通用接口。本實用新型的光學檢測用四維調整臺結構簡明，能夠實現四維調節，俯仰角調節範圍±7°、偏擺角調節範圍±7°、橫向直線位移調節範圍±100mm、縱向直線位移調節範圍± IOOmm ;並具有很高的穩定性和調節精度，能夠滿足光學檢測工程的實踐需要。

圖1為本實用新型的結構示意圖(正剖視圖)。圖2為本實用新型的外部結構示意圖(左視圖)。圖3為本實用新型的俯視圖。附圖標號說明1-底座；2-縱向位移臺；3_橫向位移臺；4_下壓圈；5-雲臺；6_十字交叉圓柱滾子軸承上壓圈；8-雲臺座；9_工作檯；10_軸承安裝法蘭；11_下支架；12_偏擺關節；121-偏擺角調節手輪；13_俯仰關節；131_俯仰角調節手輪；14_拉簧；15_俯仰絲杆頂板；16-俯仰螺母安裝架；17-橫向直線位移關節；171-橫向直線位移調節手輪；18-縱向直線位移關節；181_縱向直線位移調節手輪；19_滑套；20_壓簧；21_滑杆；22_偏擺絲杆頂板；23-偏擺螺母安裝架。
具體實施方式
如圖1至圖3所示，該光學檢測用四維調整臺空間布局上由上到下可分為四層，分別承擔不同的運動功能。工作檯與雲臺通過俯仰關節相連以實現俯仰角調節，其中俯仰關節位於工作檯全長的五分之四處，偏置型布局使與工作檯固連的俯仰絲杆頂板在重物作用下始終與調節螺杆球頭緊貼；同時在工作檯與雲臺之間設有拉簧。拉簧使得工作檯即使在極端負載情況下(承載物重心嚴重偏於俯仰關節一端)使用時也不會出現虛接觸或傾覆。雲臺與橫向位移臺通過偏擺關節相連，本實用新型優選十字交叉圓柱滾子軸承實現偏擺運動。俯仰關節與偏擺關節整體的重心位於軸承的迴轉中心(工作檯的中心)上，這兩個關節的重量完全由橫向直線位移關節與縱向直線位移關節承載，為了使四維調整臺具有較高的穩定性，在調節運動中最好使底座以上結構的整體重心始終位於底座上兩導軌與縱向位移臺兩導軌所決定的矩形面內(豎直投影)，這可以通過合理的確定底座上兩導軌之間的距離與縱向位移臺兩導軌之間的距離實現。工作檯通過俯仰關節與雲臺相連，雲臺與軸承安裝法蘭通過止口配合定位，以螺釘連接；軸承安裝法蘭、十字交叉圓柱滾子軸承、上壓圈、下壓圈與雲臺座構成偏擺關節以實現偏擺運動；雲臺座與橫向位移臺通過止口定位，以螺釘連接，橫向位移臺、縱向位移臺分別與直線組件中的滑塊、直線導軌相連構成橫向直線位移關節，縱向位移臺、底座分別與直線組件中的滑塊、直線導軌相連構成縱向直線位移關節。俯仰關節:通過兩個同軸安裝的圓柱迴轉鉸鏈實現。鉸鏈結構簡單，剛性好，可通過控制鉸鏈軸孔配合精度及兩個圓柱迴轉鉸鏈同軸度實現工作檯的高精度俯仰角調節。偏擺關節:通過十字交叉圓柱滾子軸承實現。在十字交叉圓柱滾子軸承中，因多個圓柱滾子在成90°的V型溝槽滾動面上通過隔離塊被相互垂直的排列，所以交叉滾子軸承可承受徑向載荷、軸向載荷及力矩負載等多方向的負荷。其內外圈的尺寸被小型化，極薄形式更是接近於極限的小型尺寸，並且具有高剛性。十字交叉圓柱滾子軸承應用於此使得四維調整臺的偏擺角關節具有很強的各向承載能力、很高的旋轉精度和穩定性，且有效的減小了偏擺角關節的結構尺寸。橫向和縱向直線位移關節:選用高精度的直線滑軌配以小導程精密滾珠絲杆螺母副實現其高分辨力的直線位移。以上各方向關節的匹配實現方式保證了該光學檢測用四維調整臺整體結構具有剛性高、抗振能力強、運動精度高的特點，克服了單自由度調整機構簡單拼接帶來的種種缺點。該四維調整臺驅動方式均採用手動調節，其中俯仰角和偏擺角調節由細牙絲杆螺母副實現，此處細牙絲杆螺母副間為滑動摩擦，其自鎖特性可確保調節運動的穩定性。橫向和縱向直線位移調節由小導程滾珠絲杆螺母副實現，此絲杆螺母間為滾動摩擦，即使在大負荷下也可以很輕鬆的手動調節。該光學檢測用四維調整臺工作檯面尺寸為320mmX320mm、可以滿足直徑小於350mm的中尺度光學件的檢測與裝調。工作檯上均布螺孔為各種結構檢測支架的安裝提供了通用接口。該光學檢測用四維調整臺通過四個手輪來分別調節縱向位移、橫向位移、俯仰角及偏擺角。如果人手轉動調節手輪的靈敏度按3°計，各自由度的調節靈敏度計算如下:俯仰角調節靈敏度:
3° / I r X /I
Sf = arctan (-xP) L = arctan (-x 0.5) /266 T
1 ^360° '7 L7 J`[0035]偏擺角調節靈敏度:
權利要求1.光學檢測用四維調整臺，其特徵在於:包括自下而上依次設置的底座、縱向位移臺、橫向位移臺、雲臺座、雲臺以及工作檯； 所述工作檯通過俯仰關節與所述雲臺連接，俯仰關節採用兩個同軸安裝的圓柱迴轉鉸鏈結構實現；在工作檯與雲臺的水平延伸段設置有俯仰角調節機構； 所述雲臺與橫向位移臺通過偏擺關節相連，所述偏擺關節由十字交叉圓柱滾子軸承、與軸承外圈相配的軸承安裝法蘭、與軸承內圈相配的雲臺座以及起軸向定位作用的上、下壓圈組成；所述雲臺與軸承安裝法蘭通過止口配合定位並以螺釘固定連接，十字交叉圓柱滾子軸承通過上壓圈和下壓圈緊定位於其內側的雲臺座，雲臺座與橫向位移臺通過另一止口定位並以螺釘固定連接；俯仰關節與偏擺關節構成的整體的重心位於工作檯的幾何中心；在雲臺與橫向位移臺的水平延伸段設置有偏擺角調節機構； 在橫向位移臺與縱向位移臺之間兩側設置有橫向直線位移關節，在橫向位移臺與縱向位移臺之間中部設置有橫向直線位移調節機構； 在縱向位移臺與底座之間兩側設置有縱向直線位移關節，在縱向位移臺與底座之間中部設置有縱向直線位移調節機構； 所述橫向直線位移關節和縱向直線位移關節均採用相匹配的滑塊與直線導軌的結構形式，其中，橫向直線位移關節的直線導軌與縱向直線位移關節的直線導軌相互垂直，在豎直方向形成矩形框的投影。
2.根據權利要求1所述的光學檢測用四維調整臺，其特徵在於:所述俯仰角調節機構包括細牙絲杆螺母副、俯仰螺母安裝架和俯仰絲杆頂板；細牙絲杆螺母副的螺母通過俯仰螺母安裝架與雲 臺緊固連接，俯仰絲杆頂板與工作檯緊固連接，細牙絲杆螺母副中的絲杆的下端安裝有俯仰角調節手輪，絲杆的上端為球面，該球面與俯仰絲杆頂板形成高副接觸。
3.根據權利要求2所述的光學檢測用四維調整臺，其特徵在於:在工作檯與雲臺之間在靠近俯仰角調節機構一端設置有拉簧，拉簧兩端分別固定連接工作檯和雲臺。
4.根據權利要求1所述的光學檢測用四維調整臺，其特徵在於:所述偏擺角調節機構包括細牙絲杆螺母副、偏擺螺母安裝架、上支架、下支架、偏擺絲杆頂板和復位彈性組件；細牙絲杆螺母副的螺母通過偏擺螺母安裝架及下支架與橫向位移臺緊固連接，偏擺絲杆頂板通過上支架與雲臺緊固連接，細牙絲杆螺母副中的絲杆的一端安裝有偏擺角調節手輪，絲杆的另一端為球面，該球面與偏擺絲杆頂板的一側形成高副接觸，偏擺絲杆頂板的另一側與復位彈性組件的球面一端形成高副接觸。
5.根據權利要求4所述的光學檢測用四維調整臺，其特徵在於:所述復位彈性組件包括滑套和位於滑套內並自滑套底部依次連接的壓簧、滑竿，所述復位彈性組件的球面一端即滑竿朝外的一端，滑套通過滑套安裝架最終與橫向位移臺緊固連接。
6.根據權利要求1所述的光學檢測用四維調整臺，其特徵在於:所述橫向直線位移調節機構採用滾珠絲杆螺母副，該滾珠絲杆螺母副端部設置有橫向直線位移調節手輪；上述縱向直線位移調節機構採用滾珠絲杆螺母副，該滾珠絲杆螺母副端部設置有縱向直線位移調節手輪。
7.根據權利要求1-6任一所述的光學檢測用四維調整臺，其特徵在於:在所述十字交叉圓柱滾子軸承中，多個圓柱滾子在成90°的V型溝槽滾動面上通過隔離塊被相互垂直地排列。
8.根據權利要求7所述的光學檢測用四維調整臺，其特徵在於:在工作檯上設置有用以安裝檢測支架的的多個通用接口。
9.根據權利要求8所述的光學 檢測用四維調整臺，其特徵在於:所述俯仰關節偏置於工作檯長度的五分之四處。
專利摘要本實用新型提供一種光學檢測用四維調整臺，以滿足多維度精確調整工作的需求。該光學檢測用四維調整臺包括自下而上依次設置的底座、縱向位移臺、橫向位移臺、雲臺座、雲臺以及工作檯並具有俯仰、偏擺、水平橫向直線、水平縱向直線四個方向上的關節和相應的調節機構。本實用新型的光學檢測用四維調整臺結構簡明，能夠實現四維調節，並具有很高的穩定性和調節精度。
文檔編號G01D11/30GK202915952SQ20122057030
公開日2013年5月1日 申請日期2012年10月31日 優先權日2012年10月31日
發明者王鵬, 李華, 楊賓宏 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所