CN102937457A

CN102937457A - 光学检测用四维调整台

Info

Publication number: CN102937457A
Application number: CN2012104296602A
Authority: CN
Inventors: 王鹏; 李华; 杨宾宏
Original assignee: XiAn Institute of Optics and Precision Mechanics of CAS
Current assignee: XiAn Institute of Optics and Precision Mechanics of CAS
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2032-10-31
Also published as: CN102937457B

Abstract

本发明提供一种光学检测用四维调整台，以满足多维度精确调整工作的需求。该光学检测用四维调整台包括自下而上依次设置的底座、纵向位移台、横向位移台、云台座、云台以及工作台并具有俯仰、偏摆、水平横向直线、水平纵向直线四个方向上的关节和相应的调节机构。本发明的光学检测用四维调整台结构简明，能够实现四维调节，并具有很高的稳定性和调节精度。

Description

光学检测用四维调整台

技术领域

本发明涉及一种光学检测用多维调整平台。

背景技术

在光学检测与装调过程中，经常会用到各种位姿调整机构，如平移台、升降台、旋转台、角位移台，目前国内外市场上有许多致力于该类产品研发的企业，这些企业的产品种类多、但其多维调整平台大多数台面尺寸较小，难以满足中尺度光学件检测与装调的需要。长期以来，中尺度光学件检测与装调中所用的多维调整台均是由单自由度调节机构通过简单拼接而成，这样虽然勉强满足了工作需要，却带来许多新问题，比如：由于单自由度调节机构的接口形式不同，组合成多自由度调节机构时接口难以匹配；简单拼接而成的多自由度调整平台的稳定性差，特别是在激光干涉法面型检测中由于调节机构抗干扰性差致使干涉条纹抖动，数据采样困难，数据可靠性降低；同时工作效率受到严重影响。

发明内容

本发明提供一种光学检测用四维调整台，以满足多维度精确调整工作的需求。

为实现以上发明目的，本发明提供以下技术方案。

光学检测用四维调整台，包括自下而上依次设置的底座、纵向位移台、横向位移台、云台座、云台以及工作台；

所述工作台通过俯仰关节与所述云台连接，俯仰关节采用两个同轴安装的圆柱回转铰链结构实现；在工作台与云台的水平延伸段设置有俯仰角调节机构；

所述云台与横向位移台通过偏摆关节相连，所述偏摆关节由十字交叉圆柱滚子轴承、与轴承外圈相配的轴承安装法兰、与轴承内圈相配的云台座以及起轴向定位作用的上、下压圈组成；所述云台与轴承安装法兰通过止口配合定位并以螺钉固定连接，十字交叉圆柱滚子轴承通过上压圈和下压圈紧定位于其内侧的云台座，云台座与横向位移台通过另一止口定位并以螺钉固定连接；俯仰关节与偏摆关节构成的整体的重心位于工作台的几何中心；在云台与横向位移台的水平延伸段设置有偏摆角调节机构；

在横向位移台与纵向位移台之间两侧设置有横向直线位移关节，在横向位移台与纵向位移台之间中部设置有横向直线位移调节机构；

在纵向位移台与底座之间两侧设置有纵向直线位移关节，在纵向位移台与底座之间中部设置有纵向直线位移调节机构；

所述横向直线位移关节和纵向直线位移关节均采用相匹配的滑块与直线导轨的结构形式，其中，横向直线位移关节的直线导轨与纵向直线位移关节的直线导轨相互垂直，在竖直方向形成矩形框的投影。

基于上述基本技术方案，本发明还进行了如下优化限定和改进。

上述俯仰角调节机构包括细牙丝杆螺母副、俯仰螺母安装架和俯仰丝杆顶板；细牙丝杆螺母副的螺母通过俯仰螺母安装架与云台紧固连接，俯仰丝杆顶板与工作台紧固连接，细牙丝杆螺母副中的丝杆的下端安装有俯仰角调节手轮，丝杆的上端为球面，该球面与俯仰丝杆顶板形成高副接触。

在工作台与云台之间在靠近俯仰角调节机构一端设置有拉簧，拉簧两端分别固定连接工作台和云台。

上述偏摆角调节机构包括细牙丝杆螺母副、偏摆螺母安装架、上支架、下支架、偏摆丝杆顶板和复位弹性组件；细牙丝杆螺母副的螺母通过偏摆螺母安装架及下支架与横向位移台紧固连接，偏摆丝杆顶板通过上支架与云台紧固连接，细牙丝杆螺母副中的丝杆的一端安装有偏摆角调节手轮，丝杆的另一端为球面，该球面与偏摆丝杆顶板的一侧形成高副接触，偏摆丝杆顶板的另一侧与复位弹性组件的球面一端形成高副接触；

上述复位弹性组件包括滑套和位于滑套内并自滑套底部依次连接的压簧、滑竿，所述复位弹性组件的球面一端即滑竿朝外的一端，滑套通过滑套安装架最终与横向位移台紧固连接。这样，滑杆在滑套内压簧的作用下在滑套内能够往复滑动。

上述横向直线位移调节机构采用滚珠丝杆螺母副，该滚珠丝杆螺母副端部设置有横向直线位移调节手轮；上述纵向直线位移调节机构采用滚珠丝杆螺母副，该滚珠丝杆螺母副端部设置有纵向直线位移调节手轮。

在上述十字交叉圆柱滚子轴承中，多个圆柱滚子在成90°的V型沟槽滚动面上通过隔离块被相互垂直地排列。所以交叉滚子轴承可承受径向载荷、轴向载荷及力矩负载等多方向的负荷。

上述俯仰关节偏置于工作台长度的五分之四处。

在工作台上设置有用以安装检测支架的的多个通用接口。

本发明的光学检测用四维调整台结构简明，能够实现四维调节，俯仰角调节范围：±7°、偏摆角调节范围：±7°、横向直线位移调节范围：±100mm、纵向直线位移调节范围：±100mm；并具有很高的稳定性和调节精度，能够满足光学检测工程的实践需要。

附图说明

图1为本发明的结构示意图(正剖视图)。

图2为本发明的外部结构示意图(左视图)。

图3为本发明的俯视图。

附图标号说明：

1-底座；2-纵向位移台；3-横向位移台；4-下压圈；5-云台；6-十字交叉圆柱滚子轴承；7-上压圈；8-云台座；9-工作台；10-轴承安装法兰；11-下支架；12-偏摆关节；121-偏摆角调节手轮；13-俯仰关节；131-俯仰角调节手轮；14-拉簧；15-俯仰丝杆顶板；16-俯仰螺母安装架；17-横向直线位移关节；171-横向直线位移调节手轮；18-纵向直线位移关节；181-纵向直线位移调节手轮；19-滑套；20-压簧；21-滑杆；22-偏摆丝杆顶板；23-偏摆螺母安装架。

具体实施方式

如图1至图3所示，该光学检测用四维调整台空间布局上由上到下可分为四层，分别承担不同的运动功能。工作台与云台通过俯仰关节相连以实现俯仰角调节，其中俯仰关节位于工作台全长的五分之四处，偏置型布局使与工作台固连的俯仰丝杆顶板在重物作用下始终与调节螺杆球头紧贴；同时在工作台与云台之间设有拉簧。拉簧使得工作台即使在极端负载情况下(承载物重心严重偏于俯仰关节一端)使用时也不会出现虚接触或倾覆。云台与横向位移台通过偏摆关节相连，本发明优选十字交叉圆柱滚子轴承实现偏摆运动。俯仰关节与偏摆关节整体的重心位于轴承的回转中心(工作台的中心)上，这两个关节的重量完全由横向直线位移关节与纵向直线位移关节承载，为了使四维调整台具有较高的稳定性，在调节运动中最好使底座以上结构的整体重心始终位于底座上两导轨与纵向位移台两导轨所决定的矩形面内(竖直投影)，这可以通过合理的确定底座上两导轨之间的距离与纵向位移台两导轨之间的距离实现。

工作台通过俯仰关节与云台相连，云台与轴承安装法兰通过止口配合定位，以螺钉连接；轴承安装法兰、十字交叉圆柱滚子轴承、上压圈、下压圈与云台座构成偏摆关节以实现偏摆运动；云台座与横向位移台通过止口定位，以螺钉连接，横向位移台、纵向位移台分别与直线组件中的滑块、直线导轨相连构成横向直线位移关节，纵向位移台、底座分别与直线组件中的滑块、直线导轨相连构成纵向直线位移关节。

俯仰关节：通过两个同轴安装的圆柱回转铰链实现。铰链结构简单，刚性好，可通过控制铰链轴孔配合精度及两个圆柱回转铰链同轴度实现工作台的高精度俯仰角调节。

偏摆关节：通过十字交叉圆柱滚子轴承实现。在十字交叉圆柱滚子轴承中，因多个圆柱滚子在成90°的V型沟槽滚动面上通过隔离块被相互垂直的排列，所以交叉滚子轴承可承受径向载荷、轴向载荷及力矩负载等多方向的负荷。其内外圈的尺寸被小型化，极薄形式更是接近于极限的小型尺寸，并且具有高刚性。十字交叉圆柱滚子轴承应用于此使得四维调整台的偏摆角关节具有很强的各向承载能力、很高的旋转精度和稳定性，且有效的减小了偏摆角关节的结构尺寸。

横向和纵向直线位移关节：选用高精度的直线滑轨配以小导程精密滚珠丝杆螺母副实现其高分辨力的直线位移。

以上各方向关节的匹配实现方式保证了该光学检测用四维调整台整体结构具有刚性高、抗振能力强、运动精度高的特点，克服了单自由度调整机构简单拼接带来的种种缺点。该四维调整台驱动方式均采用手动调节，其中俯仰角和偏摆角调节由细牙丝杆螺母副实现，此处细牙丝杆螺母副间为滑动摩擦，其自锁特性可确保调节运动的稳定性。横向和纵向直线位移调节由小导程滚珠丝杆螺母副实现，此丝杆螺母间为滚动摩擦，即使在大负荷下也可以很轻松的手动调节。

该光学检测用四维调整台工作台面尺寸为320mm×320mm、可以满足直径小于350mm的中尺度光学件的检测与装调。工作台上均布螺孔为各种结构检测支架的安装提供了通用接口。

该光学检测用四维调整台通过四个手轮来分别调节纵向位移、横向位移、俯仰角及偏摆角。如果人手转动调节手轮的灵敏度按3°计，各自由度的调节灵敏度计算如下：

俯仰角调节灵敏度：

偏摆角调节灵敏度：

横向(纵向)直线位移调节灵敏度：

其中：P₁-俯仰角调节机构丝杆螺距；

P₂-偏摆角调节机构丝杆螺距；

P₃-横向(纵向)直线位移调节机构丝杆螺距；

L₁-俯仰角调节半径；

L₂-偏摆角调节半径。

本发明的四维调整台按功能可分为纵向位移与调节机构、横向位移与调节机构、偏摆角位移与调节机构、俯仰角位移与调节机构，各部分通过精密配合联结为一个有机整体。该光学检测用四维调整台通过四个手轮来分别调节纵向位移、横向位移、俯仰角及偏摆角。工作台上螺孔呈25mm×25mm矩阵排列，便于各种检测支架的连接与安装。根据使用要求，该四维调整台可以使用步进电机代替手轮调节以实现光学检测用四维调整台的自动化控制。

Claims

1.光学检测用四维调整台，其特征在于：包括自下而上依次设置的底座、纵向位移台、横向位移台、云台座、云台以及工作台；

2.根据权利要求1所述的光学检测用四维调整台，其特征在于：所述俯仰角调节机构包括细牙丝杆螺母副、俯仰螺母安装架和俯仰丝杆顶板；细牙丝杆螺母副的螺母通过俯仰螺母安装架与云台紧固连接，俯仰丝杆顶板与工作台紧固连接，细牙丝杆螺母副中的丝杆的下端安装有俯仰角调节手轮，丝杆的上端为球面，该球面与俯仰丝杆顶板形成高副接触。

3.根据权利要求2所述的光学检测用四维调整台，其特征在于：在工作台与云台之间在靠近俯仰角调节机构一端设置有拉簧，拉簧两端分别固定连接工作台和云台。

4.根据权利要求1所述的光学检测用四维调整台，其特征在于：所述偏摆角调节机构包括细牙丝杆螺母副、偏摆螺母安装架、上支架、下支架、偏摆丝杆顶板和复位弹性组件；细牙丝杆螺母副的螺母通过偏摆螺母安装架及下支架与横向位移台紧固连接，偏摆丝杆顶板通过上支架与云台紧固连接，细牙丝杆螺母副中的丝杆的一端安装有偏摆角调节手轮，丝杆的另一端为球面，该球面与偏摆丝杆顶板的一侧形成高副接触，偏摆丝杆顶板的另一侧与复位弹性组件的球面一端形成高副接触。

5.根据权利要求4所述的光学检测用四维调整台，其特征在于：所述复位弹性组件包括滑套和位于滑套内并自滑套底部依次连接的压簧、滑竿，所述复位弹性组件的球面一端即滑竿朝外的一端，滑套通过滑套安装架最终与横向位移台紧固连接。

6.根据权利要求1所述的光学检测用四维调整台，其特征在于：所述横向直线位移调节机构采用滚珠丝杆螺母副，该滚珠丝杆螺母副端部设置有横向直线位移调节手轮；上述纵向直线位移调节机构采用滚珠丝杆螺母副，该滚珠丝杆螺母副端部设置有纵向直线位移调节手轮。

7.根据权利要求1-6任一所述的光学检测用四维调整台，其特征在于：在所述十字交叉圆柱滚子轴承中，多个圆柱滚子在成90°的V型沟槽滚动面上通过隔离块被相互垂直地排列。

8.根据权利要求7所述的光学检测用四维调整台，其特征在于：在工作台上设置有用以安装检测支架的的多个通用接口。

9.根据权利要求8所述的光学检测用四维调整台，其特征在于：所述俯仰关节偏置于工作台长度的五分之四处。