可多自由度調節的光學面板支架的製作方法

2023-05-29 16:46:11 2

專利名稱：可多自由度調節的光學面板支架的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種光學面板支架，具體說涉及一種應用於託卡馬克裝置偏振儀光學鏡面系統和類似光學系統上的具有多自由度調節能力的光學面板支架。
背景技術：
對於採用光學技術進行檢測和測量的系統中，通常會用到多個鏡面組成光學系統，這些鏡面改變光的方向、偏轉，對於測量精度具有至關重要的作用，為了保證測 量的可靠性，便於光學系統搭建和維護，需要一個可以多自由度調節的光學面板，在安裝和調試過程中提供多個可以調節的自由度，提高安裝的精度。傳統的用於豎直布置支撐較大重量光學鏡面系統的支架，僅僅具有安裝固定過程中少數自由度可調的功能，這對於光學系統的安裝調節有很大的限制。首先在安裝時自由度不方便調節，特別是對於光學鏡面系統較重時，調節的難度很大；其次固定完成後就不能對面板的自由度進行調節，影響了調試過程中矯正面板的能力，降低了光學系統的安裝精度。圖I是託卡馬克幹涉儀檢測裝置上使用的傳統光學面板支架。該支架由固定支座13和螺杆14組成，在懸臂上11和下懸臂15上開有左右方向的腰形槽，在固定支架13上也開有前後方向的腰形槽。將面板通過螺杆14固定在固定支架上，在擰緊螺杆14之前，可以通過改變螺杆14在腰型槽中的位置獲得面板12在先後方向、左右方向、繞豎直方向旋轉的自由度，調節後將螺杆14旋緊就完成了面板12的安裝。在安裝調試過程中，由於固定在面板12上的光學鏡面系統較重，需要用吊車懸掛安裝，一邊安裝一邊調節，影響了安裝的精度。而且對於複雜的光學系統，面板的位置需要在光學搭建完成後，通過光學手段進一步微調，在上述傳統的光學面板系統中，這些都是不能實現的。上述問題都嚴重影響了光學系統整體的安裝精度和效率。

發明內容
有鑑於此，本發明提出一種具有多自由度靈活可調功能的光學面板支架，解決目前的支架調節自由度較少、調節精度不高和調節效率較低等缺陷。實現本發明的目的所採用的具體技術方案為一種可多自由度調節的光學面板支架，用於安裝光學面板並實現其多自由度的調節，該支架包括內框架，其為中空的框架，所述光學面板容置安裝在該內框架內；支架懸臂，包括上下間隔設置在塔架上的上懸臂和下懸臂，所述內框架容置於該上懸臂和下懸臂之間，並通過該上懸臂和下懸臂安裝連接在塔架上；其特徵在於，該支架還包括均具有旋轉中心軸的水平旋轉機構和豎直旋轉機構，且兩旋轉機構的中心軸的交點與所述光學面板中心重合，其中，所述豎直旋轉機構用於實現內框架以該豎直旋轉機構中心軸為旋轉軸的旋轉，所述水平旋轉機構用於實現所述光學面板以該水平旋轉機構的中心軸為旋轉軸的旋轉。作為本發明的改進，所述豎直旋轉機構包括軸旋轉支撐單元，其設置在所述上懸臂和內框架上邊框之間，分別與該上懸臂和內框架上邊框外側連接，用於支撐所述內框架繞旋轉中心軸線旋轉；軸旋轉調節單元，其設置在所述下懸臂和內框架下邊框之間，分別與該下懸臂和內框架下邊框的外側連接，用於驅動所述內框架繞旋轉中心軸旋轉。作為本發明的改進，所述上懸臂和下懸臂上均固定設置有墊板，所述軸旋轉支撐單元和軸旋轉調節單元分別通過墊板安裝在上懸臂和下懸臂上。作為本發明的改進，所述墊板上設置有腰型孔，用於提供軸旋轉支撐單元和軸旋 轉調節單元在安裝中的調節。作為本發明的改進，所述水平旋轉支撐機構包括軸旋轉支撐單元，其設置在所述內框架左邊框內側和光學面板之間，分別與內框架左邊框和光學面板側邊連接，用於支撐所述光學面板繞其旋轉中心軸的旋轉；軸旋轉調節單元，其設置在所述內框架右邊框內側和光學面板之間，分別與內框架右邊框和光學面板側邊連接，用於驅動所述光學面板繞旋轉中心軸的旋轉。作為本發明的改進，所述光學面板側邊上設置有面板支座，所述軸旋轉支撐單元和軸旋轉調節單元分別通過面板支座與光學面板連接。作為本發明的改進，所述軸旋轉調節單元包括調節上連接板，用於與所述內框架或光學面板安裝連接；調節下連接塊，與所述調節上連接板相對設置，其用於與下懸臂或內框架的側邊框安裝連接；蝸輪，其設置在所述調節上連接板和調節下連接塊之間，並與所述調節上連接板固定連接，該渦輪旋轉中心軸上設置有軸承；蝸杆，其設置在所述調節下連接塊上，並與所述蝸輪嚙合連接；在蝸杆的驅動下，帶動蝸輪和與其固定連接的調節上連接板繞所述渦輪旋轉中心軸，實現該調節上連接板相對於所述調節下連接塊的轉動。其中，豎直旋轉機構上的軸旋轉調節單元的調節上連接板和調節下連接板分別與內框架上邊框和墊板連接。水平旋轉機構上的軸旋轉調節單元的調節上連接板和調節下連接板分別與內框架側邊框和面板支座連接。作為本發明的改進，所述軸旋轉支撐單元包括支撐上連接板，用於與所述上懸臂或內框架的側邊框安裝連接；支撐下連接塊，與所述支撐上連接板相對設置，其用於與內框架的側邊框或光學面板安裝連接；並且，該支撐上連接板和支撐下連接塊通過一軸承可相對轉動地連接。其中，豎直旋轉機構上的軸旋轉支撐單元的支撐上連接板和支撐下連接塊分別與下懸臂上的支撐墊板和內框架下邊框連接。水平旋轉機構上的軸旋轉支撐單元的支撐上連接板和支撐下連接塊分別與內框架側邊框和面板支座連接。作為本發明的改進，豎直軸緊固單元由上連接塊、T形緊固塊、內六角螺栓、下連接塊組成。上連接塊固定在內框架上，通過螺栓連接在T型緊固塊上的左右方向腰形槽中，下連接塊固定在固定墊板上，在下連接塊上有螺栓孔，通過內六角螺栓連接T型緊固塊上的前後腰形孔。
作為本發明的改進，水平軸緊固單元與豎直軸緊固單元結構類似，其包括T形緊固塊、螺栓、下連接塊組成。光學面板左右兩側開有螺栓孔，通過內六角螺栓連接T型緊固塊上的左右方向腰形槽中，下連接塊固定在內框架上，在下連接塊上有螺栓孔，通過內六角螺栓連接T型緊固塊上的前後腰形孔。本發明解決技術問題的方式是利用交叉軸原理，在上下懸臂與內框架之間分別設置軸旋轉支撐單元、軸旋轉調節單元，提供一個繞豎直方向軸線旋轉的旋轉軸，使內框架可以繞該軸旋轉，提供了繞豎直方向軸線旋轉自由度；在內框架左右兩側和兩個布置在光學面板左右兩側的面板支座之間分別設置軸旋轉支撐單元、軸旋轉調節單元，提供一個繞平行於面板左右方向旋轉的旋轉軸，使光學面板可以繞該軸旋轉，提供了一個繞平行於面板左右方向旋轉自由度。這兩個旋轉軸交叉在光學面板中心的位置上。這樣可以在不改變光學面板中心位置的情況下，提供兩個旋轉自由度，這些調節都可以在面板支架固定之後實現。同時旋轉裝置通過具有大減速比的蝸輪蝸杆結構進行控制，蝸輪蝸杆可以自鎖，保證了調節過程的精確和穩定。調節完成後可以通過緊固單元緊固，提高面板支架的穩定性。 本發明針對傳統豎直布置光學面板支架不能在固定之後調節的缺點，在固定之後仍然具有兩個自由度的調節功能，可以在光學校準中提供較高精度的微調能力，提高光學系統的安裝精度和效率。


圖I :託卡馬克幹涉儀使用的傳統的光學面板支架軸測圖；圖2 :本發明的光學面板支架的整體結構軸測圖；圖3 :本發明的光學面板支架的整體結構主視圖；圖4 :圖3中軸旋轉調節單元3a的爆炸圖；圖5 :圖3中軸旋轉調節單元3a的剖視圖；圖6 :圖3中軸旋轉支撐單元33的剖視圖；圖7 :圖3中豎直軸緊固單元39的局部方法圖。其中11.上懸臂；12.光學面板；13.固定支架；14.螺杆；15.下懸臂；31.水平軸緊固單元；32.內框架；33.軸旋轉支撐單元；34.面板支座；35.固定墊板；36.支撐撐塊；37.銅片；38.支撐壓塊；39.豎直軸緊固單元；3a.軸旋轉調節單元；S.內六角螺栓；41.調節上連接板；42.軸承蓋；43.異性蝸輪；44.軸承外殼；45.角接觸球軸承；46.軸承底殼；47.調節下連接塊；48.蝸杆；49.蝸杆角接觸球軸承；4a.蝸杆擋板；61.支撐上連接板；62.支撐下連接板；63.軸承支撐殼；71.上連接塊；72. T形緊固塊；73.內六角螺栓；74.下連接塊。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細說明。如圖2和圖3所示，其為本實施例支架的整體結構圖。整個光學面板支架由內框架32、軸旋轉支撐單元33、軸旋轉調節單元3a、面板支座34、固定墊板35、水平軸緊固單元31、豎直軸緊固單元39、支撐撐塊36、銅片37和支撐壓塊38組成。
內框架32是方形框架，軸旋轉調節單元3a和軸旋轉支撐單元33通過內六角螺栓分別固定在內框架32左右邊框內側，旋轉軸線與水平方向上的面板中心軸線，面板支座34通過內六角螺栓分別固定在軸旋轉調節單元3a右側和軸旋轉支撐單元33左側上，光學面板12通過內六角螺栓連接在光學面板支座34上。另一對軸旋轉支撐單元33和軸旋轉調節單元3a通過內六角螺栓分別連接在內框架32的上下邊框外側，旋轉軸與豎 直方向上的面板中心軸線重合。其中該軸旋轉支撐單元33的支撐下連接板62和軸旋轉調節單元3a的調節下連接塊47的兩側開有沿垂直於面板方向的腰形槽，通過內六角螺栓分別連接在兩塊固定墊板35中部。固定墊板35開有左右方向的腰形槽，通過內六角螺栓固定分別在上懸臂11、下懸臂15上。水平軸緊固單元31連接面板和內框架32右上部和右下部，豎直軸調節單元39連接內框架32和固定墊板35。在內框架32下部兩端安裝支撐壓塊38，固定墊板35上安裝支撐撐塊36，銅片37與支撐壓板38連接。其中一對軸旋轉支撐單元33和軸旋轉調節單元3a提供光學面板12繞平行於面板左右方向的軸線旋轉的自由度，另一對軸旋轉支撐單元33和軸旋轉調節單元3a提供內框架32繞豎直方向軸線旋轉的自由度。兩個旋轉自由度的旋轉軸交叉在光學面板12的表面，光學面板12在中心不移動的情況下具有兩個旋轉自由度。提供平行於面板方向旋轉軸的旋轉支撐單元33的支撐下連接板62和軸旋轉調節單元3a的調節下連接塊47的兩側開有垂直於面板方向的腰形槽，通過改變內六角螺栓的安裝位置，在安裝過程中可以提供前後方向的安裝調節；固定墊板35開有左右方向的腰形槽，通過改變內六角螺栓的安裝位置在安裝過程中可以提供左右方向的安裝調節。在安裝調節完成後，通過豎直軸緊固單元39鎖緊內框架32相對固定墊板35的旋轉自由度；通過水平軸緊固單元31鎖緊光學面板12相對內框架32的旋轉自由度。在內框架32下部兩端安裝支撐壓塊38，固定墊板35上安裝支撐撐塊36，中間有較軟的銅片37並塗上黃油潤滑保證調節過程中支撐壓塊38和支撐撐塊36之間的相對滑動。參閱圖4和圖5，其為軸旋轉調節單元3a的結構示意圖。該軸旋轉調節單元3a由調節上連接板41、軸承蓋42、異性蝸輪43、軸承外殼44、角接觸球軸承45、軸承底殼46、調節下連接塊47、蝸杆48、蝸杆角接觸球軸承49、蝸杆擋板組成4a。調節上連接板41通過內六角螺栓與異性蝸輪43連接，旋轉結構同軸由上到下依次為軸承蓋42、軸承外殼44、一對角接觸球軸承45、軸承底殼46，調節下連接板47與軸承底殼46通過內六角螺栓連接。與異性蝸輪43配合的蝸杆48，通過兩側的蝸杆角接觸軸承49和蝸杆擋板4a安裝在調節下連接板47上的立耳處。通過軸承蓋42、軸承外殼44、角接觸球軸承45和軸承底殼46的組合，形成一個以角接觸球軸承45軸線為旋轉軸的旋轉結構，異性蝸輪43通過內六角螺栓固定在軸承外殼44上，與軸承外殼44 一起旋轉。調節上連接板41通過內六角螺栓與異性蝸輪43固定，調節下連接板47則與軸承底殼46固定。如上所述，調節上下連接板通過角接觸球軸承45組成一個旋轉單元，圍繞同一軸線轉動。蝸杆48通過一對蝸杆角接觸球軸承49安裝在調節下連接板47的立耳上，蝸杆48可以繞自身軸線轉動，但是不能沿著上述軸旋轉調節單元3a的旋轉軸切向移動。異性蝸輪47和蝸杆48組成蝸輪蝸杆機構，因為蝸杆48不能沿上述軸旋轉調節單元3a的旋轉軸切向移動，在蝸杆48轉動時，異性蝸輪43會繞著上述旋轉軸方向轉動，從而帶動調節上連接板41相對調節下連接板47轉動，同時由於蝸輪蝸杆機構具有很大的減速比，所以轉動蝸杆48時，異性蝸輪43轉動幅度很小，提高了調節的精度，同時實現自鎖。蝸杆48的一頭加工有六角頭，方便使用扳手轉動蝸杆48。參閱圖6，其為軸旋轉支撐單元33結構圖。該軸旋轉支撐單元33由支撐上連接板61、支撐下連接塊62、軸承底殼46、軸承蓋42、角接觸球軸承45、軸承外殼44、軸承支撐殼63組成。支撐上連接板61通過內六角螺栓與軸承支撐殼63連接，旋轉結構同軸由上到下依次為軸承蓋板44、一對角接觸球軸承45、軸承外殼46、軸承底殼43，支撐下連接板62與軸承底殼46通過內六角螺栓連接。通過軸承蓋42、軸承外殼44、角接觸球軸承45和軸承底殼46的組合，形成一個以角接觸球軸承45軸線為旋轉軸的旋轉結構，軸承支撐殼63通過內六角螺栓固定在軸承外殼44上，與軸承外殼44 一起旋轉。支撐上連接板61通過內六角螺栓與軸承支撐殼63固定，支撐下連接板62則與軸承底殼46固定。如上所述，支撐上下連接板通過角接觸球軸承45組成一個旋轉單元,圍繞同一軸線轉動。
參閱圖7，豎直軸緊固單元39由上連接塊71、T形緊固塊72、內六角螺栓73、下連接塊74組成。上連接塊71固定在內框架32上，通過內六角螺栓73連接T型緊固塊72上的左右方向腰形槽中，下連接塊74固定在固定墊板35上，在下連接塊74上有螺栓孔，通過內六角螺栓73連接T型緊固塊72上的前後腰形孔。水平軸緊固單元31與豎直軸緊固單元39結構類似，其包括T形緊固塊72、內六角螺栓73、下連接塊組成74。光學面板12左右兩側開有螺栓孔，通過內六角螺栓73連接T型緊固塊72上的左右方向腰形槽中，下連接塊固定在內框架32上，在下連接塊74上有螺栓孔，通過內六角螺栓73連接T型緊固塊72上的前後腰形孔。以豎直軸緊固單元39為例說明緊固單元具體工作過程。從上述說明可以看出，在內框架32與固定墊板35之間只能繞軸轉動，上連接塊71與內框架32連接，下連接塊72與固定墊板35連接，通過T形緊固塊72的前後腰形槽用螺栓鬆弛連接在下連接塊74時，在內框架32與固定墊板35相對轉動時，螺栓沿著腰形槽滑動，同時左右腰形槽內的螺栓沿著腰形槽滑動。在調節完成需要固定的時候，旋緊所有內六角螺栓就完成了面板的豎直軸的緊固。水平軸緊固的過程與此類似。
權利要求
1.一種可多自由度調節的光學面板支架，用於安裝光學面板(12)並實現該光學面板(12)多自由度的調節，其中，該支架包括 內框架(32)，其為中空的框架，所述光學面板(12)容置安裝在該內框架(32)內； 支架懸臂，其包括上下間隔設置在塔架上的上懸臂(11)和下懸臂(15)，所述內框架(32 )容置於該上懸臂(11)和下懸臂(15 )之間，並通過該上懸臂(11)和下懸臂(15 )安裝連接在塔架上； 其特徵在於，該支架還包括均具有旋轉軸的水平旋轉機構和豎直旋轉機構，且兩旋轉機構的旋轉軸的交點與所述光學面板(12)中心重合，其中，所述豎直旋轉機構實現該內框架(32)以該豎直旋轉機構的旋轉軸為軸的旋轉，所述水平旋轉機構實現所述光學面板(12)以該水平旋轉機構的旋轉軸為軸的旋轉。
2.根據權利要求I所述的一種可多自由度調節的光學面板支架，其特徵在於，所述豎直旋轉機構包括軸旋轉支撐單元(33)，其設置在所述上懸臂(11)和內框架(32)上邊框之間，並分別與該上懸臂(11)和內框架(32 )上邊框外側連接，用於支撐所述內框架(32 )繞旋轉軸的旋轉；軸旋轉調節單元(3a)，其設置在所述下懸臂(15)和內框架(32)下邊框之間，並分別與該下懸臂(15)和內框架(32)下邊框的外側連接，用於驅動所述內框架(32)繞旋轉軸的旋轉。
3.根據權利要求I或2所述的一種可多自由度調節的光學面板支架，其特徵在於，所述水平旋轉機構包括 軸旋轉支撐單元(33)，其設置在所述內框架(32)左邊框內側和光學面板(12)之間，並分別與內框架(32)左邊框和光學面板(12)側邊連接，用於支撐所述光學面板(12)繞其旋轉軸的旋轉； 軸旋轉調節單元(3a)，其設置在所述內框架(32)右邊框內側和光學面板(12)之間，並分別與內框架(32)右邊框和光學面板(12)側邊連接，用於驅動所述光學面板(12)繞其旋轉軸的旋轉。
4.根據權利要求2或3所述的一種可多自由度調節的光學面板支架，其特徵在於，所述軸旋轉調節單元(3a)包括 調節上連接板(41)，用於與所述內框架(32)或光學面板(12)安裝連接； 調節下連接塊(47)，與所述調節上連接板(41)相對設置，其用於與下懸臂(15)或內框架(32)的側邊框安裝連接； 蝸輪(43)，其設置在所述調節上連接板(41)和調節下連接塊(47)之間，並與所述調節上連接板(41)固定連接，該渦輪(43)旋轉中心軸上設置有軸承(45)； 蝸杆(48)，其設置在所述調節下連接塊(47)上，並與所述蝸輪(43)嚙合連接； 在蝸杆(48)的驅動下，帶動蝸輪(43)和與其固定連接的調節上連接板(41)繞所述渦輪(43)旋轉中心軸，實現該調節上連接板(41)相對於所述調節下連接塊(47)的轉動。
5.根據權利要求2-4之一所述的一種可多自由度調節的光學面板支架，其特徵在於，所述軸旋轉支撐單元(33)包括 支撐上連接板(61)，用於與所述上懸臂(11)或內框架(32)的側邊框安裝連接； 支撐下連接塊(62 )，與所述支撐上連接板(61)相對設置，其用於與內框架(32 )的側邊框或光學面板(12)安裝連接； 並且，該支撐上連接板(61)和支撐下連接塊(62 )通過一軸承(44 )可相對轉動地連接。
6.根據權利要求4或5所述的一種可多自由度調節的光學面板支架，其特徵在於，所述的豎直旋轉機構上的所述蝸輪(43)的旋轉中心軸與該機構上的軸旋轉支撐單元(33)的軸承(44)中心軸共線，且即為該豎直旋轉機構的旋轉軸。
7.根據權利要求4-6之一所述的一種可多自由度調節的光學面板支架，其特徵在於，所述水平旋轉機構上的所述蝸輪(43)的旋轉中心軸與該機構上的軸旋轉撐單元(33)的軸承(44)中心軸共線，且即為該水平旋轉機構的旋轉軸。
8.根據權利要求1-7之一所述的一種可多自由度調節的光學面板支架，其特徵在於，所述上懸臂(11)和下懸臂(15 )上均固定設置有墊板(35 )，所述軸旋轉支撐單元(33 )和軸旋轉調節單元(3a)分別通過墊板(35)安裝在上懸臂(11)和下懸臂(15)上。
9.根據權利要求1-8之一所述的一種可多自由度調節的光學面板支架，其特徵在於，所述光學面板側邊上設置有面板支座(34)，所述軸旋轉支撐單元(33)和軸旋轉調節單元(3a)分別通過面板支座(34)與光學面板(12)連接。
10.根據權利要求1-9之一所述的一種可多自由度調節的光學面板支架，其特徵在於，該支架上還包括設置在內框架(32)下邊框與所述下懸臂(15)之間的豎直軸緊固單元(39)，和設置在內框架(32)側邊框與所述光學面板(12)之間的水平軸緊固單元(31)，分別用於所述內框架(32)在兩懸臂之間的緊固，以及光學面板在所述內框架內的緊固。
全文摘要
本發明公開了一種可多自由度調節的光學面板支架，包括內框架，光學面板容置安裝在內框架內；支架懸臂，內框架容置於該支架懸臂的上懸臂和下懸臂之間，並通過該上懸臂和下懸臂安裝連接在塔架上；還包括均具有旋轉軸的水平旋轉機構和豎直旋轉機構，且兩旋轉機構的旋轉軸的交點與光學面板中心重合，其中，豎直旋轉機構實現該內框架以該豎直旋轉機構的旋轉軸為軸的旋轉，水平旋轉機構實現所述光學面板以該水平旋轉機構的旋轉軸為軸的旋轉。本發明可以在不改變光學面板中心位置的情況下，提供兩個旋轉自由度，同時旋轉裝置能夠保證調節過程的精確和穩定，可以在光學校準中提供較高精度的微調能力，提高光學系統的安裝精度和效率。
文檔編號G02B7/00GK102681129SQ20121013669
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月4日 優先權日2012年5月4日
發明者莊革, 王之江, 王亞森, 程漢兵, 陳杰, 高麗 申請人:華中科技大學