CN103197397A - 一种用于光栅拼接的整体四维高精度调整装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于光栅拼接的整体四维高精度调整装置，属于光栅拼接的调整装置技术领域。本发明为了解决现有的光栅姿态调整装置驱动刚度低、系统刚度低和整体稳定性差的问题。所述偏摆调整组件位于俯仰面内组件之上，偏摆调整组件的偏摆调整底板与俯仰面内组件的偏摆托框相固接，俯仰面内组件位于平动驱动组件之上，外框组件与平动导轨连接板一、平动导轨连接板二、平动导轨连接板三和平动导轨连接板四固接，平动驱动弯板与外框组件固接。本发明采用了三层结构实现了光栅整体的四个自由度的复合调整，解决了光栅调整架高度受限的问题。采用柔性驱动方式，各个自由度有较大的运动范围，具有结构紧凑、调整精度高和稳定性强等优点。

Description

一种用于光栅拼接的整体四维高精度调整装置

技术领域

本发明涉及一种用于光栅拼接的整体四维高精度调整装置 ，属于光栅拼接的调整装置技术领域。

背景技术

高精度大口径光栅是激光核聚变、天文物理学以及各种光谱仪器必不可少的元件。近年来，随着高能激光脉冲等相关领域的快速发展，对其面积要求已达到了米量级甚至更大，采用多块光栅进行拼接是获取大口径光栅的有效方法。高能短脉冲激光装置是实现惯性约束聚变快点火的必要工具，该装置内部为真空条件，需要多组拼接好的光栅组，各光栅组需要调整其相对位置来实现高能短脉冲，因此，需要能够实现其相对位置关系精确调整的一种装置。该装置同时需要调整四个自由度，并且具有很高的刚度和定位精度，总体稳定性要好。

高精度调整装置涉及精密机械设计、微进给及自动控制等多个学科，是国防、航空和航天领域中十分重要的关键技术。目前国内外关于拼接光栅姿态调整装置的研究还比较少，发明人前期曾经申请过发明专利（专利号为ZL201110080207.0，授权公告日为2012年5月30日。授权公告号为CN102156340）。该装置采用滚动导轨作为支撑，在驱动部分采用弹簧分离式，整体的稳定性、刚度以及驱动刚度都受到影响。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的光栅姿态调整装置驱动刚度低、系统刚度低和整体稳定性差的问题。进而提供一种用于光栅拼接的整体四维高精度调整装置 。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于光栅拼接的整体四维高精度调整装置，包括偏摆调整组件、俯仰面内组件和平动驱动组件；所述偏摆调整组件包括偏摆调整底板、偏摆调整托板、偏摆旋转轴、角接触背对背轴承一、偏摆轴承压环、偏摆轴承端盖、偏摆电机托框、偏摆驱动弯板、辅助支承组件、偏摆微驱动组件和偏摆锁紧板，所述角接触背对背轴承一装于偏摆调整底板的轴承孔之内，并通过偏摆轴承端盖压住轴承外环，偏摆轴承端盖通过螺钉与偏摆调整底板固连，偏摆调整托板上设有轴孔，与偏摆旋转轴一端配合安装，偏摆旋转轴另一端与角接触背对背轴承内环配合安装，并通过偏摆轴承压环固定，以实现偏摆调整底板和偏摆调整托板之间的相对旋转；偏摆微驱动组件的一侧通过偏摆电机托框与偏摆调整底板的一侧固接，偏摆微驱动组件的另一侧通过偏摆驱动弯板与偏摆调整托板固接，辅助支承组件设置在偏摆调整底板上，偏摆锁紧板设置在偏摆调整底板的另一侧上；

所述俯仰面内组件包括外框组件、中框组件、偏摆托框、旋转轴一、旋转轴二、旋转轴三、旋转轴四、轴承压环一、轴承压环二、轴承压环三、轴承压环四、轴承端盖一、轴承端盖二、轴承端盖三、轴承端盖四、俯仰角接触背对背轴承、面内角接触背对背轴承、俯仰角接触面对面轴承、面内角接触面对面轴承、整体电机托板、面内驱动弯板、俯仰驱动弯板、俯仰面内微驱动器组件一和俯仰面内微驱动器组件二，外框组件包括外框左、外框右、外框前和外框后，四部分通过螺钉固接组成长方形外框组件；中框组件包括中框左、中框右、中框前和中框后，四部分通过螺钉固接组成长方形中框组件；外框左和外框右上开有轴承孔，俯仰角接触面对面轴承装于外框右的轴承孔之内，并通过轴承端盖一压住轴承外环，轴承端盖一通过螺钉与外框右固连，中框右上设有轴孔，与旋转轴一的一端配合安装，旋转轴一另一端与俯仰角接触面对面轴承内环配合安装，并通过轴承压环一固定，俯仰角接触背对背轴承装于外框左的轴承孔之内，轴承端盖二通过螺钉与外框左固联。中框左上设有轴孔，与旋转轴二的一端配合安装，旋转轴二的另一端与俯仰角接触背对背轴承内环配合安装，并通过轴承压环二固定；中框前和中框后上均开有轴承孔，面内角接触背对背轴承装于中框前的轴承孔之内，并通过轴承端盖四压住轴承外环，轴承端盖四通过螺钉与中框前固连；偏摆托框前表面上设有轴孔，旋转轴四的一端配合安装在偏摆托框前表面轴孔内，旋转轴四另一端与面内角接触背对背轴承内环配合安装，并通过轴承压环四固定，面内角接触面对面轴承装于中框后的轴承孔之内，轴承端盖三通过螺钉与中框后固连；偏摆托框后表面上设有轴孔，旋转轴三的一端配合安装在偏摆托框后表面轴孔内，旋转轴三的另一端与面内角接触面对面轴承的内环配合安装，并通过轴承压环三固定，形成了十字交叉结构，实现绕两个轴的旋转，俯仰面内微驱动器组件一和俯仰面内微驱动器组件二结构相同，俯仰面内微驱动器组件一与外框后固接，俯仰面内微驱动器组件一的俯仰面内推板通过俯仰驱动弯板与中框后固接，驱动中框组件相对外框组件绕轴转动；俯仰面内微驱动器组件二通过整体电机托板与中框左固接，俯仰面内微驱动器组件二的俯仰面内推板通过面内驱动弯板与偏摆托框固接，驱动偏摆托框相对中框组件绕轴转动；

所述平动驱动组件包括平动底座、长滚动导轨一、长滚动导轨二、平动导轨连接板一、平动导轨连接板二、平动导轨连接板三、平动导轨连接板四和整体调整微驱动组件，所述长滚动导轨一和长滚动导轨二位于平动底座的两端，对称布置并与平动底座固接，平动导轨连接板一、平动导轨连接板二、平动导轨连接板三、平动导轨连接板四分别与长滚动导轨一和长滚动导轨二的四个滑块固接，整体调整微驱动组件位于平动底座的中间，并与平动底座固接。

本发明的有益效果：本发明采用了三层结构实现了光栅整体的四个自由度的复合调整，解决了光栅调整架高度受限的问题。同时，本发明采用柔性驱动方式，各个自由度有较大的运动范围，三个旋转自由度采用旋转轴和高精度轴承来实现，具有结构紧凑、调整精度高和稳定性强等优点，平动自由度中有电磁离合器和光电开关等停止、限位机构，安全性强。因此，本发明可以实现光栅拼接整体四维的高精度位置姿态调整。

 

附图说明

图1是本发明用于光栅拼接的整体四维高精度调整装置的三维视图；

图2是偏摆组件的总体结构示意图；

图3是偏摆组件视图之一；

图4是偏摆组件视图之二；

图5是辅助支承组件的结构示意图；

图6是偏摆微驱动组件的结构示意图；

图7是俯仰面内组件总体结构示意图；

图8是俯仰面内组件视图一；

图9是俯仰面内组件视图二；

图10是俯仰面内组件视图三；

图11是平动调整组件总体结构示意图；

图12是平动调整微驱动器结构示意图。

 

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。 

如图1~图12所示，本实例所涉及的一种用于光栅拼接的整体四维高精度调整装置，包括偏摆调整组件1、俯仰面内组件2和平动驱动组件3；所述偏摆调整组件1包括偏摆调整底板4、偏摆调整托板5、偏摆旋转轴6、角接触背对背轴承一7、偏摆轴承压环8、偏摆轴承端盖9、偏摆电机托框10、偏摆驱动弯板11、辅助支承组件12、偏摆微驱动组件13和偏摆锁紧板14，所述角接触背对背轴承一7装于偏摆调整底板4的轴承孔之内，并通过偏摆轴承端盖9压住轴承外环，偏摆轴承端盖9通过螺钉与偏摆调整底板4固连，偏摆调整托板5上设有轴孔，与偏摆旋转轴6一端配合安装，偏摆旋转轴6另一端与角接触背对背轴承7内环配合安装，并通过偏摆轴承压环8固定，以实现偏摆调整底板4和偏摆调整托板5之间的相对旋转；偏摆微驱动组件13的一侧通过偏摆电机托框10与偏摆调整底板4的一侧固接，偏摆微驱动组件13的另一侧通过偏摆驱动弯板11与偏摆调整托板5固接，辅助支承组件12设置在偏摆调整底板4上，偏摆锁紧板14设置在偏摆调整底板4的另一侧上；

所述俯仰面内组件2包括外框组件35、中框组件36、偏摆托框37、旋转轴一38、旋转轴二39、旋转轴三40、旋转轴四41、轴承压环一42、轴承压环二43、轴承压环三44、轴承压环四45、轴承端盖一46、轴承端盖二47、轴承端盖三48、轴承端盖四49、俯仰角接触背对背轴承50、面内角接触背对背轴承51、俯仰角接触面对面轴承52、面内角接触面对面轴承53、整体电机托板54、面内驱动弯板55、俯仰驱动弯板56、俯仰面内微驱动器组件一57和俯仰面内微驱动器组件二58，外框组件35包括外框左59、外框右60、外框前61和外框后62，四部分通过螺钉固接组成长方形外框组件；中框组件36包括中框左63、中框右64、中框前65和中框后66，四部分通过螺钉固接组成长方形中框组件；外框左59和外框右60上开有轴承孔，俯仰角接触面对面轴承52装于外框右60的轴承孔之内，并通过轴承端盖一46压住轴承外环，轴承端盖一46通过螺钉与外框右60固连，中框右64上设有轴孔，与旋转轴一38的一端配合安装，旋转轴一38另一端与俯仰角接触面对面轴承52内环配合安装，并通过轴承压环一42固定，俯仰角接触背对背轴承50装于外框左59的轴承孔之内，轴承端盖二47通过螺钉与外框左59固联。中框左63上设有轴孔，与旋转轴二39的一端配合安装，旋转轴二39的另一端与俯仰角接触背对背轴承50内环配合安装，并通过轴承压环二43固定；中框前65和中框后66上均开有轴承孔，面内角接触背对背轴承51装于中框前65的轴承孔之内，并通过轴承端盖四49压住轴承外环，轴承端盖四49通过螺钉与中框前65固连；偏摆托框37前表面上设有轴孔，旋转轴四41的一端配合安装在偏摆托框37前表面轴孔内，旋转轴四41另一端与面内角接触背对背轴承51内环配合安装，并通过轴承压环四45固定，面内角接触面对面轴承53装于中框后66的轴承孔之内，轴承端盖三48通过螺钉与中框后66固连；偏摆托框37后表面上设有轴孔，旋转轴三40的一端配合安装在偏摆托框37后表面轴孔内，旋转轴三40的另一端与面内角接触面对面轴承53的内环配合安装，并通过轴承压环三44固定，形成了十字交叉结构，实现绕两个轴的旋转，俯仰面内微驱动器组件一57和俯仰面内微驱动器组件二58结构相同，并与偏摆微驱动组件13结构类似，只是前端的俯仰面内推板67-1结构略有不同。俯仰面内微驱动器组件一57与外框后62固接，俯仰面内微驱动器组件一57的俯仰面内推板67-1通过俯仰驱动弯板56与中框后66固接，驱动中框组件36相对外框组件35绕轴转动；俯仰面内微驱动器组件二58通过整体电机托板54与中框左63固接，俯仰面内微驱动器组件二58的俯仰面内推板67-2通过面内驱动弯板55与偏摆托框37固接，驱动偏摆托框37相对中框组件36绕轴转动；

所述平动驱动组件3包括平动底座68、长滚动导轨一69、长滚动导轨二70、平动导轨连接板一71、平动导轨连接板二72、平动导轨连接板三73、平动导轨连接板四74和整体调整微驱动组件75，所述长滚动导轨一69和长滚动导轨二70位于平动底座68的两端，对称布置并与平动底座68固接，平动导轨连接板一71、平动导轨连接板二72、平动导轨连接板三73、平动导轨连接板四74分别与长滚动导轨一69和长滚动导轨二70的四个滑块固接，整体调整微驱动组件75位于平动底座68的中间，并与平动底座68固接。

所述辅助支承组件12包括偏摆承重转接板15、偏摆调整轴承座16、滚动导轨17和向心球轴承18，所述向心球轴承18设置在偏摆调整轴承座16内，偏摆承重转接板15与偏摆调整轴承座16由向心球轴承18传动连接，滚动导轨17设置在偏摆承重转接板15上，滚动导轨17上的滑块与偏摆调整托板5相连接，偏摆调整轴承座16与偏摆调整底板4相连接。这样可以消除一个平动和一个旋转自由度，所述辅助支承组件12共有两个，沿旋转轴线对称布置。

所述偏摆微驱动组件13包括微驱动器基座19、调整电机座20、步进电机21、减速器22、联轴器23、滚珠丝杠24、轴承座25、偏摆基准平面托板26、调整锁紧板27、调整锁紧垫板28、偏摆推板29、短滚动导轨30、驱动钢片31、驱动钢片压板32、驱动钢片夹板一33和驱动钢片夹板二34，调整电机座20位于微驱动器基座19的一端并与之固连，步进电机21通过减速器22与调整电机座20固连，滚珠丝杠24采用一端支撑通过轴承座25与调整电机座20固连，减速器22的轴与滚珠丝杠24的轴之间通过联轴器23相连接，短滚动导轨30位于微驱动器基座19的另一端并固连，调整锁紧板27与短滚动导轨30的滑块固接，调整锁紧垫板28与微驱动器基座19相连，并与调整锁紧板27相对安装，滚珠丝杠24的螺母通过偏摆基准平面托板26与调整锁紧板27固接；驱动钢片31位于驱动钢片夹板一33和驱动钢片夹板二34之间通过螺钉固接，驱动钢片31两端分别与偏摆基准平面托板26和偏摆推板29通过驱动钢片压板32连接。驱动钢片组件有两个，沿滚珠丝杠轴线对称分布。

所述整体调整微驱动组件75包括平动调整电机座76、平动步进电机77、平动减速器78、平动联轴器79、长滚珠丝杠80、平动轴承座一81、平动轴承座二82、电磁制动器83、平动连接钢片84、平动连接钢片压板85、平动连接弯板86、平动驱动弯板87、光电开关座88和光电接近开关89，平动步进电机77通过平动减速器78与平动调整电机座76固连，长滚珠丝杠80采用两端支撑通过平动轴承座一81和平动轴承座二82与平动调整电机座76固连，平动减速器78的轴与长滚珠丝杠80的轴之间通过平动联轴器79相连接，长滚珠丝杠80的螺母与平动连接弯板86固接，平动连接弯板86通过平动连接钢片84与平动驱动弯板87固接，平动连接钢片84分别被平动连接钢片压板85和光电开关座88压紧，两个光电接近开关89分别位于光电开关座88的螺纹孔内，电磁制动器83的内环与长滚珠丝杠80的末端相连，外环与平动轴承座二82相固接，整体调整微驱动组件75通过平动调整电机座76与平动底座68固接。

所述偏摆调整组件1位于俯仰面内组件2之上，偏摆调整组件1的偏摆调整底板4与俯仰面内组件2的偏摆托框37相固接，俯仰面内组件2位于平动驱动组件3之上，外框组件35与平动导轨连接板一71、平动导轨连接板二72、平动导轨连接板三73和平动导轨连接板四74固接，平动驱动弯板87也与外框组件35固接。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种用于光栅拼接的整体四维高精度调整装置，其特征在于，包括偏摆调整组件、俯仰面内组件和平动驱动组件；所述偏摆调整组件包括偏摆调整底板、偏摆调整托板、偏摆旋转轴、角接触背对背轴承一、偏摆轴承压环、偏摆轴承端盖、偏摆电机托框、偏摆驱动弯板、辅助支承组件、偏摆微驱动组件和偏摆锁紧板，所述角接触背对背轴承一装于偏摆调整底板的轴承孔之内，并通过偏摆轴承端盖压住轴承外环，偏摆轴承端盖通过螺钉与偏摆调整底板固连，偏摆调整托板上设有轴孔，与偏摆旋转轴一端配合安装，偏摆旋转轴另一端与角接触背对背轴承内环配合安装，并通过偏摆轴承压环固定，以实现偏摆调整底板和偏摆调整托板之间的相对旋转；偏摆微驱动组件的一侧通过偏摆电机托框与偏摆调整底板的一侧固接，偏摆微驱动组件的另一侧通过偏摆驱动弯板与偏摆调整托板固接，辅助支承组件设置在偏摆调整底板上，偏摆锁紧板设置在偏摆调整底板的另一侧上；

所述俯仰面内组件包括外框组件、中框组件、偏摆托框、旋转轴一、旋转轴二、旋转轴三、旋转轴四、轴承压环一、轴承压环二、轴承压环三、轴承压环四、轴承端盖一、轴承端盖二、轴承端盖三、轴承端盖四、俯仰角接触背对背轴承、面内角接触背对背轴承、俯仰角接触面对面轴承、面内角接触面对面轴承、整体电机托板、面内驱动弯板、俯仰驱动弯板、俯仰面内微驱动器组件一和俯仰面内微驱动器组件二，外框组件包括外框左、外框右、外框前和外框后，四部分通过螺钉固接组成长方形外框组件；中框组件包括中框左、中框右、中框前和中框后，四部分通过螺钉固接组成长方形中框组件；外框左和外框右上开有轴承孔，俯仰角接触面对面轴承装于外框右的轴承孔之内，并通过轴承端盖一压住轴承外环，轴承端盖一通过螺钉与外框右固连，中框右上设有轴孔，与旋转轴一的一端配合安装，旋转轴一另一端与俯仰角接触面对面轴承内环配合安装，并通过轴承压环一固定，俯仰角接触背对背轴承装于外框左的轴承孔之内，轴承端盖二通过螺钉与外框左固联；中框左上设有轴孔，与旋转轴二的一端配合安装，旋转轴二的另一端与俯仰角接触背对背轴承内环配合安装，并通过轴承压环二固定；中框前和中框后上均开有轴承孔，面内角接触背对背轴承装于中框前的轴承孔之内，并通过轴承端盖四压住轴承外环，轴承端盖四通过螺钉与中框前固连；偏摆托框前表面上设有轴孔，旋转轴四的一端配合安装在偏摆托框前表面轴孔内，旋转轴四另一端与面内角接触背对背轴承内环配合安装，并通过轴承压环四固定，面内角接触面对面轴承装于中框后的轴承孔之内，轴承端盖三通过螺钉与中框后固连；偏摆托框后表面上设有轴孔，旋转轴三的一端配合安装在偏摆托框后表面轴孔内，旋转轴三的另一端与面内角接触面对面轴承的内环配合安装，并通过轴承压环三固定，形成了十字交叉结构，实现绕两个轴的旋转，俯仰面内微驱动器组件一和俯仰面内微驱动器组件二结构相同，俯仰面内微驱动器组件一与外框后固接，俯仰面内微驱动器组件一的俯仰面内推板通过俯仰驱动弯板与中框后固接，驱动中框组件相对外框组件绕轴转动；俯仰面内微驱动器组件二通过整体电机托板与中框左固接，俯仰面内微驱动器组件二的俯仰面内推板通过面内驱动弯板与偏摆托框固接，驱动偏摆托框相对中框组件绕轴转动；

所述平动驱动组件包括平动底座、长滚动导轨一、长滚动导轨二、平动导轨连接板一、平动导轨连接板二、平动导轨连接板三、平动导轨连接板四和整体调整微驱动组件，所述长滚动导轨一和长滚动导轨二位于平动底座的两端，对称布置并与平动底座固接，平动导轨连接板一、平动导轨连接板二、平动导轨连接板三、平动导轨连接板四分别与长滚动导轨一和长滚动导轨二的四个滑块固接，整体调整微驱动组件位于平动底座的中间，并与平动底座固接。

2.根据权利要求1所述的用于光栅拼接的整体四维高精度调整装置，其特征在于，所述辅助支承组件包括偏摆承重转接板、偏摆调整轴承座、滚动导轨和向心球轴承，所述向心球轴承设置在偏摆调整轴承座内，偏摆承重转接板与偏摆调整轴承座之间由向心球轴承传动连接，滚动导轨设置在偏摆承重转接板上，滚动导轨上的滑块与偏摆调整托板相连接，偏摆调整轴承座与偏摆调整底板相连接。

3.根据权利要求2所述的用于光栅拼接的整体四维高精度调整装置，其特征在于，所述偏摆微驱动组件包括微驱动器基座、调整电机座、步进电机、减速器、联轴器、滚珠丝杠、轴承座、偏摆基准平面托板、调整锁紧板、调整锁紧垫板、偏摆推板、短滚动导轨、驱动钢片、驱动钢片压板、驱动钢片夹板一和驱动钢片夹板二，调整电机座位于微驱动器基座的一端并与之固连，步进电机通过减速器与调整电机座固连，滚珠丝杠采用一端支撑通过轴承座与调整电机座固连，减速器的轴与滚珠丝杠的轴之间通过联轴器相连接，短滚动导轨位于微驱动器基座的另一端并固连，调整锁紧板与短滚动导轨的滑块固接，调整锁紧垫板与微驱动器基座相连，并与调整锁紧板相对安装，滚珠丝杠的螺母通过偏摆基准平面托板与调整锁紧板固接；驱动钢片位于驱动钢片夹板一和驱动钢片夹板二之间通过螺钉固接，驱动钢片两端分别与偏摆基准平面托板和偏摆推板通过驱动钢片压板连接。

4.根据权利要求3所述的用于光栅拼接的整体四维高精度调整装置，其特征在于，所述整体调整微驱动组件包括平动调整电机座、平动步进电机、平动减速器、平动联轴器、长滚珠丝杠、平动轴承座一、平动轴承座二、电磁制动器、平动连接钢片、平动连接钢片压板、平动连接弯板、平动驱动弯板、光电开关座和光电接近开关，平动步进电机通过平动减速器与平动调整电机座固连，长滚珠丝杠采用两端支撑通过平动轴承座一和平动轴承座二与平动调整电机座固连，平动减速器的轴与长滚珠丝杠的轴之间通过平动联轴器相连接，长滚珠丝杠的螺母与平动连接弯板固接，平动连接弯板通过平动连接钢片与平动驱动弯板固接，平动连接钢片分别被平动连接钢片压板和光电开关座压紧，两个光电接近开关分别位于光电开关座的螺纹孔内，电磁制动器的内环与长滚珠丝杠的末端相连，外环与平动轴承座二相固接，整体调整微驱动组件通过平动调整电机座与平动底座固接。

5.根据权利要求4所述的用于光栅拼接的整体四维高精度调整装置，其特征在于，所述偏摆调整组件位于俯仰面内组件之上，偏摆调整组件的偏摆调整底板与俯仰面内组件的偏摆托框相固接，俯仰面内组件位于平动驱动组件之上，外框组件与平动导轨连接板一、平动导轨连接板二、平动导轨连接板三和平动导轨连接板四固接，平动驱动弯板与外框组件固接。

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