CN105945841B - 三自由度中心摆动平台 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电子器件装配领域，提供了一种三自由度中心摆动平台，包括：具有定位中心的夹具，用于驱动夹具以定位中心为原点、并绕Y轴转动的Y轴旋转定位机构，用于驱动夹具以定位中心为原点、并绕Z轴转动的Z轴旋转定位机构，以及用于驱动夹具以定位中心为原点、并绕X轴转动的X轴旋转定位机构。通过使用具有定位中心的夹具，以便在夹持光电子器件时，使其处于夹具的定位中心，方便对光电子器件进行定位；设置Y轴旋转定位机构、X轴旋转定位机构和Z轴旋转定位机构，带动夹具以其定位中心为原点，绕三维空间上相互垂直的XYZ三个轴转动，以对光电子器件进行精确的空间调节，实现对光电子器件的精确对准，解放人力，提高效率。

Description

三自由度中心摆动平台

技术领域

本发明属于电子器件装配领域，尤其涉及一种三自由度中心摆动平台。

背景技术

在电子装配技术中，特别是将两具光学电子元器件组合安装时，需要将一个光电子器件与另一个光电子器件进行组装时，需要进行精确的对准。在将第一个光电子器件固定，将第二个光电子器件与第一个光电子器件对准，当将第二个光电子器件靠近对准第一个光电子器件时，为了精确对准，需要保证第二个光电子器件中心不移动的情况下，对该第二个光电子器件在空间上进行转动微调。这就需要使用三自由度精确对准机构。当前三自由度平台多是在大型部件上安装多个弧形导轨，使工具沿弧形导轨移动，而对大型部件进行定位加工，这种三自由度平台体积大、精度低，无法应用于光电子器件的精确对准。因而当前对光电子器件的精确对准一般是人工佩带高倍放大镜，进行手工对准，效率低，且人员易容疲劳后出现对准误差，使得光电子器件不能够达到最佳对准位置和方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三自由度中心摆动平台，旨在解决现有人工对光电子器件进行精确对准的工具精度低操作繁琐，效率低，人员易疲劳的问题。

本发明是这样实现的，一种三自由度中心摆动平台，该三自由度中心摆动平台包括：具有定位中心并用于将光电子器件夹持于该定位中心的夹具，用于驱动所述夹具以所述定位中心为原点、并绕Y轴转动的Y轴旋转定位机构，用于驱动所述Y轴旋转定位机构与所述夹具以所述定位中心为原点、并绕Z轴转动的Z轴旋转定位机构，以及用于驱动所述Z轴旋转定位机构、所述Y轴旋转定位机构及所述夹具、以所述定位中心为原点、并绕X轴转动的X轴旋转定位机构；所述夹具与所述Y轴旋转定位机构相连，所述Y轴旋转定位机构与所述Z轴旋转定位机构相连，所述Z轴旋转定位机构与所述X轴旋转定位机构相连。

进一步地，所述X轴旋转定位机构包括支撑盘、安装于所述支撑盘上的转盘和驱动所述转盘转动的X轴驱动机构，所述Z轴旋转定位机构与所述转盘相连。

进一步地，所述X轴驱动机构包括一端与所述转盘相连的摆动杆、推动所述摆动杆另一端摆动以带动所述转盘转动的推动块和驱动所述推动块直线移动的直线驱动组件。

进一步地，所述推动块上安装有推动所述摆动杆的轴承。

进一步地，所述直线驱动组件包括驱动所述推动块移动的丝杆、用于引导所述推动块滑动的导轨、支撑所述丝杆的固定座和驱动所述丝杆转动的X轴驱动电机，所述导轨平行于所述丝杆，所述推动块滑动安装于所述导轨上。

进一步地，所述直线驱动组件还包括套于所述丝杆上的轴套，所述轴套的一端设有连接座，所述连接座与所述推动块固定相连。

进一步地，所述直线驱动组件还包括连接所述丝杆与所述X轴驱动电机的传动结构。

进一步地，所述Z轴旋转定位机构包括第一偏心摆动台和驱动所述第一偏心摆动台移动的Z轴驱动电机，所述第一偏心摆动台与所述X轴旋转定位机构相连。

进一步地，所述Y轴旋转定位机构包括第二偏心摆动台和驱动所述第二偏心摆动台移动的Y轴驱动电机，所述第二偏心摆动台与所述Z轴旋转定位机构相连。

进一步地，还包括支撑座，所述X轴旋转定位机构安装于所述支撑座上。

本发明通过使用具有定位中心的夹具，以便在夹持光电子器件时，使其处于夹具的定位中心，方便对光电子器件进行定位；设置Y轴旋转定位机构、X轴旋转定位机构和Z轴旋转定位机构，带动夹具以其定位中心为原点，绕三维空间上相互垂直的XYZ三个轴转动，以对光电子器件进行精确的空间调节，实现对光电子器件的精确对准，解放人力，提高效率。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种三自由度中心摆动平台的立体结构示意图；

图2是图1的三自由度中心摆动平台的另一角度的立体结构示意图；

图3是图1的三自由度中心摆动平台的分解结构示意图；

图4是图1的三自由度中心摆动平台的另一角度的分解结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了方便描述，定义空间上相互垂直的三个坐标轴分别为X轴、Y轴和Z轴，其中X轴与Y轴为同一水平面相互垂直的两个坐标轴，Z轴为竖直方向的坐标轴；X轴、Y轴和Z轴位于空间相互垂直有三个平面分别为XY面、YZ面和XZ面，其中，XY面为水平面，XZ面和YZ面均为竖直面，且XZ面与YZ面垂直。

请参阅图1-图4，本发明实施例提供的一种三自由度中心摆动平台100。为了方便描述，在图1的三自由度中心摆动平台100的立体结构示意图中还示出XYZ轴。

该三自由度中心摆动平台100包括夹具10、Y轴旋转定位机构20、Z轴旋转定位机构30和X轴旋转定位机构40；夹具10与Y轴旋转定位机构20相连，Y轴旋转定位机构20与Z轴旋转定位机构30相连，Z轴旋转定位机构30与X轴旋转定位机构40相连。夹具10具有定位中心O，当夹具10夹持光电子器件90时，要以将光电子器件90夹持在夹具10的定位中心O，以方便对光电子器件90进行定位，方便确定其位置。Y轴旋转定位机构20用于驱动夹具10以定位中心O为原点、并绕Y轴转动，则夹具10上夹持光电子器件90时，Y轴旋转定位机构20在驱动夹具10转动时，不会改变其定位中心O的位置，也不会改变光电子器件90的中心位置，仅绕Y轴转动。Z轴旋转定位机构30用于驱动Y轴旋转定位机构20与夹具10以定位中心O为原点、并绕Z轴转动。Y轴旋转定位机构20与Z轴旋转定位机构30相连，Z轴旋转定位机构30驱动Y轴旋转定位机构20摆动，进而带动夹具10摆动，而摆动的轴线为以定位中心O为原点的Z轴，则夹具10上夹持光电子器件90时，Z轴旋转定位机构30在驱动Y轴旋转定位机构20与夹具10转动时，不会改变上述定位中心O的位置，也不会改变光电子器件90的中心位置，仅绕Z轴转动。X轴旋转定位机构40用于驱动Z轴旋转定位机构30、Y轴旋转定位机构20及夹具10、以定位中心O为原点、并绕X轴转动。由于Z轴旋转定位机构30与X轴旋转定位机构40相连，X轴旋转定位机构40驱动Z轴旋转定位机构30摆动，则可以同时带动Y轴旋转定位机构20与夹具10摆动，而摆动的轴线为以定位中心O为原点的X轴，则夹具10上夹持光电子器件90时，X轴旋转定位机构40在驱动Z轴旋转定位机构30、Y轴旋转定位机构20与夹具10转动时，不会改变上述定位中心O的位置，也不会改变光电子器件90的中心位置，仅绕X轴转动。从而通过Y轴旋转定位机构20、Z轴旋转定位机构30和X轴旋转定位机构40可以在不改变光电子器件90中心位置的情况下，对光电子器件90在空间上进行转动调节，以便对光电子器件90进行精确对准。

通过使用具有定位中心O的夹具10，以便在夹持光电子器件90时，使其处于夹具10的定位中心O，方便对光电子器件90进行定位；设置Y轴旋转定位机构20、X轴旋转定位机构40和Z轴旋转定位机构30，带动夹具10以其定位中心O为原点，绕三维空间上相互垂直的XYZ三个轴转动，以对光电子器件90进行精确的空间调节，实现对光电子器件90的精确对准，解放人力，提高效率。

进一步地，夹具10可以为气动夹爪，以实现自动夹持光电子器件90，方便控制夹持力度，保护光电子器件90，保证夹持稳定。另外，使用气动夹爪，可以使其在夹持时，保证其定位中心O位置不变。

进一步地，X轴旋转定位机构40包括支撑盘41、转盘42和X轴驱动机构50，转盘42安装在支撑盘41上，可以在支撑盘41上转动，X轴驱动机构50驱动转盘42转动，Z轴旋转定位机构30与转盘42相连。X轴驱动机构50驱动转盘42转动，进而带动Y轴旋转定位机构20、Z轴旋转定位机构30与夹具10以夹具10的定位中心O为原点，绕X轴转动。使用转盘42，可以更稳定的支撑Z轴旋转定位机构30，并且也可以保证转动时更为平稳。设置支撑盘41，以方便安装固定。

进一步地，转盘42呈环状，以方便定位和安装，同时减轻重量。进一步地，支撑盘41也呈环状，以方便定位与安装转盘42。

进一步地，X轴驱动机构50包括摆动杆51、推动块52和直线驱动组件60，摆动杆51的一端与转盘42相连，而直线驱动组件60驱动推动块52直线移动，使推动块52推动摆动杆51另一端摆动，进而带动转盘42转动。使用直线驱动组件60，可以方便控制推动位置，而使用摆动杆51，摆动杆51的另一端移动较大的位置，也可以仅带动转盘42转动较小的角度，以便提高调节的精度。在另一些实施例中，也可以使用电机等直接驱动转盘42转动。

进一步地，推动块52上安装有推动摆动杆51的轴承53。使用轴承53推动摆动杆51，可以减少对摆动杆51的摩擦，减小振动，以提高调节的精度，以时也方便控制，提高灵活度。

进一步地，轴承53可以为精密轴承，以进一步减少振动，提高推动摆动杆51摆动的精度。精密轴承按照ISO的分级标准分为：P0,P6,P5,P4,P2.等级依次增高，其中P0为普通精度，其他等级都是精密级别。

更进一步地，轴承53设置在摆动杆51的一侧，以方便安装。X轴驱动机构50还包括连接摆动杆51与轴承53内环相连的弹簧(图中未示出)，通过弹簧拉动摆动杆51与轴承53，使摆动杆51的侧面与轴承53的外环相贴。

进一步地，直线驱动组件60包括丝杆61、导轨63、固定座62和X轴驱动电机64，导轨63平行于丝杆61，推动块52滑动安装于导轨63上，丝杆61安装在固定座62上，通过固定座62来支撑住丝杆61，导轨63用于引导推动块52滑动，X轴驱动电机64驱动丝杆61转动，驱动推动块52沿导轨63移动，以实现直接移动。使用丝杆61转动，可以精确控制推动块52的移动位置，提高调节精度。使用导轨63可以更好的引导推动块52直线移动，减少振动，也可以更稳定的支撑推动块52，提高调节精度。进一步地，X轴驱动电机64可以为步进电机或伺服电机，以更好的控制丝杆61转动，提高调节精度。在其它实施例中，也可以使用齿轮齿条直线移动机构，也可以直接使用气缸等直线移动机构。

进一步地，丝杆61可以为精密丝杆，以提高定位精度。精密丝杆要求尺寸精度中轴颈的直径达IT5；位置精度为0.001～0.005mm；表面粗糙度Ra0.16～0.63um。

进一步地，直线驱动组件60还包括轴套65，轴套65的一端设有连接座66，连接座66与推动块52固定相连，轴套65套于丝杆61上。设置轴套65，可以起到保护丝杆61的作用，而轴套65与推动块52通过连接座66固定相连，丝杆61转动时，可以更稳定的推动块52移动。设置连接座66，以便更稳定、方便的与推动块52固定相连。

进一步地，直线驱动组件60还包括连接丝杆61与X轴驱动电机64的传动结构70。设置传动结构70，以方便布局X轴驱动电机64的位置。本实施例中，传动结构70为皮带传动，传动结构70包括与X轴驱动电机64相连的主动轮71、与丝杆61相连的从动轮72和连接主动轮71与从动轮72的皮带73。在其它实施例中，也可以使用齿轮转动结构。

进一步地，该三自由度中心摆动平台100还包括支撑座80，X轴旋转定位机构40安装于支撑座80上。设置支撑座80，以方便安装和固定X轴旋转定位机构40，以方便将该三自由度中心摆动平台100固定在其它介质上。具体地，本实施例中，支撑盘41安装在支撑座80上，固定座62、X轴驱动电机64和导轨63固定在支撑座80上。

进一步地，Z轴旋转定位机构30包括第一偏心摆动台31和Z轴驱动电机32，Z轴驱动电机32用于驱动第一偏心摆动台31移动，第一偏心摆动台31与X轴旋转定位机构40相连。设置第一偏心摆动台31，当Z轴驱动电机32转动时，可以使第一偏心摆动台31以夹具10的定位中心O为原点的Z轴为轴线摆动，实现对夹具10上夹持的光电子器件90的精确调节。进一步地，Z轴驱动电机32可以为步进电机或伺服电机，以更好的控制丝杆61转动，提高调节精度。具体地，第一偏心摆动台31与X轴旋转定位机构40的转盘42相连。

同理，Y轴旋转定位机构20包括第二偏心摆动台21和Y轴驱动电机22，Y轴驱动电机22用于驱动第二偏心摆动台21移动，第二偏心摆动台21与Z轴旋转定位机构30相连。设置第二偏心摆动台21，当Y轴驱动电机22转动时，可以使第二偏心摆动台21以夹具10的定位中心O为原点的Y轴为轴线摆动，实现对夹具10上夹持的光电子器件90的精确调节。进一步地，Y轴驱动电机22可以为步进电机或伺服电机，以更好的控制丝杆61转动，提高调节精度。具体地，第二偏心摆动台21与Z轴旋转定位机构30的第一偏心摆动台31相连。

更进一步地，该三自由度中心摆动平台100还包括连接板11，夹具10安装在连接板11上，连接板11固定在Y轴旋转定位机构20。设置连接板11，以方便将夹具10安装与固定在Y轴旋转定位机构20上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种三自由度中心摆动平台，其特征在于，该三自由度中心摆动平台包括：具有定位中心并用于将光电子器件夹持于该定位中心的夹具，用于驱动所述夹具以所述定位中心为原点、并绕Y轴转动的Y轴旋转定位机构，用于驱动所述Y轴旋转定位机构与所述夹具以所述定位中心为原点、并绕Z轴转动的Z轴旋转定位机构，以及用于驱动所述Z轴旋转定位机构、所述Y轴旋转定位机构及所述夹具、以所述定位中心为原点、并绕X轴转动的X轴旋转定位机构；所述夹具与所述Y轴旋转定位机构相连，所述Y轴旋转定位机构与所述Z轴旋转定位机构相连，所述Z轴旋转定位机构与所述X轴旋转定位机构相连；所述X轴旋转定位机构包括支撑盘、安装于所述支撑盘上的转盘和驱动所述转盘转动的X轴驱动机构，所述Z轴旋转定位机构与所述转盘相连；所述X轴驱动机构包括一端与所述转盘相连的摆动杆、推动所述摆动杆另一端摆动以带动所述转盘转动的推动块和驱动所述推动块直线移动的直线驱动组件。

2.如权利要求1所述的三自由度中心摆动平台，其特征在于，所述推动块上安装有推动所述摆动杆的轴承。

3.如权利要求1所述的三自由度中心摆动平台，其特征在于，所述直线驱动组件包括驱动所述推动块移动的丝杆、用于引导所述推动块滑动的导轨、支撑所述丝杆的固定座和驱动所述丝杆转动的X轴驱动电机，所述导轨平行于所述丝杆，所述推动块滑动安装于所述导轨上。

4.如权利要求3所述的三自由度中心摆动平台，其特征在于，所述直线驱动组件还包括套于所述丝杆上的轴套，所述轴套的一端设有连接座，所述连接座与所述推动块固定相连。

5.如权利要求3所述的三自由度中心摆动平台，其特征在于，所述直线驱动组件还包括连接所述丝杆与所述X轴驱动电机的传动结构。

6.如权利要求1-5任一项所述的三自由度中心摆动平台，其特征在于，所述Z轴旋转定位机构包括第一偏心摆动台和驱动所述第一偏心摆动台移动的Z轴驱动电机，所述第一偏心摆动台与所述X轴旋转定位机构相连。

7.如权利要求1-5任一项所述的三自由度中心摆动平台，其特征在于，所述Y轴旋转定位机构包括第二偏心摆动台和驱动所述第二偏心摆动台移动的Y轴驱动电机，所述第二偏心摆动台与所述Z轴旋转定位机构相连。

8.如权利要求1-5任一项所述的三自由度中心摆动平台，其特征在于，还包括支撑座，所述X轴旋转定位机构安装于所述支撑座上。