CN106291855B - 可实现五自由度的手动调整机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可实现五自由度的手动调整机构，其特征在于，包括：角度调节部，用于调节物体的角位移，包括上下设置的X轴角度调节单元和Y轴角度调节单元；水平调节部，用于调节物体的X轴线位移以及Y轴线位移，包括上下设置的X轴线位移调节单元以及Y轴线位移调节单元；以及高度调节部，用于调节物体的Z轴线位移，其中，X轴角度调节单元包括：支撑组件、中底座以及第一楔形结构。本发明的可实现五自由度的手动调整机构不仅能够同时调节物体的线位移以及角位移，而且占用空间小，结构简单，成本低廉，操作简便。

Description

可实现五自由度的手动调整机构

技术领域

本发明属于精密仪器领域，具体涉及一种可实现五自由度的手动调整机构。

背景技术

微位移技术是精密机械与精密仪器的关键技术之一，其中，微调机构在一些实验研究特别是光学领域中应用广泛，人们通过调整它进而调整光学元件以获得合理的光束位置。其定位要求十分精准，调节维数要求也各种各样。

在现有技术中，用来产生线位移的微驱动平台种类繁多，一般是利用弹性变形、直线电机、机械传动、电磁力和智能材料(如：压电陶瓷、磁致伸缩、形状记忆合金以及电致伸缩)等来实现，根据传动方式可分为机械传动式和柔性铰链式两大类。角位移微调机构是在线位移机构的基础上发展而来的，大多也是利用线位移的原理设计而成。

目前常用的精密光路调整或稳定的角度微调装置也可分为机械传动式和直接驱动式。但很少机构可以能够同时实现线位移与角度位移的调整，并且大都占用空间大，安装调整不灵活等。

发明内容

本发明是针对上述问题进行的，目的在于提供一种能够同时实现线位移和角位移调整，并且占用空间小，成本低廉，操作简便的可实现五自由度的手动调整机构。

本发明为实现上述目的，采用了以下的技术方案：

本发明提供一种可实现五自由度的手动调整机构，设置在平台上，用于调整物体的线位移以及角位移，其特征在于，包括：角度调节部，设置在平台上，用于调节物体的角位移，包括上下设置的X轴角度调节单元和Y轴角度调节单元；水平调节部，设置在角度调节部上，用于调节物体的X轴线位移以及Y轴线位移，包括上下设置的X轴线位移调节单元以及Y轴线位移调节单元；以及高度调节部，设置在水平调节部上，用于调节物体的Z轴线位移，其中，X轴角度调节单元包括：支撑组件，包括与平台平行设置的下底座以及与下底座的一侧固定连接的支架板，中底座，与下底座的另一侧铰接，第一楔形结构，设置在下底座与中底座之间，用于调节下底座与中底座形成的角度。

根据本发明的可实现五自由度的手动调整机构，还可以具有这样的特征：其中，Y轴角度调节单元包括：上底座，与中底座的一侧铰接，上底座上平行设置两条凹槽；第二楔形结构，设置在中底座与上底座之间，用于调节下底座与中底座形成的角度。

根据本发明的可实现五自由度的手动调整机构，还可以具有这样的特征：其中，第一楔形结构包括：一对上下设置的滑槽，分别与下底座和中底座固定连接，滑槽的内凹面为斜面；滑块，卡在上下设置的滑槽的内凹面中，滑块的上下表面为圆弧面；驱动螺杆，用于驱动滑块在滑槽内滑动。

根据本发明的可实现五自由度的手动调整机构，还可以具有这样的特征：其中，第二楔形结构包括：一对上下设置的滑槽，分别与中底座和上底座固定连接，滑槽的内凹面为斜面；滑块，卡在上下设置的滑槽的内凹面中，滑块的上下表面为圆弧面；驱动螺杆，用于驱动滑块在滑槽内滑动。

根据本发明的可实现五自由度的手动调整机构，还可以具有这样的特征：其中，Y轴线位移调节单元包括：外框体，设置在上底座上，该外框体的下表面通过螺钉固定设置有挡板，螺钉与上底座上的凹槽滑动连接，外框体的侧面具有便于移动的长圆孔；Y轴线位移驱动螺杆，穿过具有螺纹孔的支架板且与外框体接触。

根据本发明的可实现五自由度的手动调整机构，还可以具有这样的特征：其中，X轴线位移调节单元包括：内框体，设置在外框体内，内框体的与X轴平行的两侧面与外框体无缝配合；X轴线位移驱动螺杆，穿过具有螺纹孔的外框体且内框体接触。

根据本发明的可实现五自由度的手动调整机构，还可以具有这样的特征：其中，高度调节单元包括：装夹体，设置在内框体上，用于盛放物体，装夹体的一侧具有凸块，该凸块上下镂空；Z轴线位移驱动螺杆，穿过具有通孔的凸块与内框体连接。

根据本发明的可实现五自由度的手动调整机构，还可以具有这样的特征：其中，Z轴线位移驱动螺杆上具有刻度，用来记录Z轴线位移的距离。

根据本发明的可实现五自由度的手动调整机构，还可以具有这样的特征：其中，第一楔形结构以及第二楔形结构还包括弹性钢片，该弹性钢片的一端与滑块接触，另一端与驱动螺杆接触。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的可实现五自由度的手动调整机构，因为在X轴角度调节单元中的下底座与中底座之间设置了第一楔形结构，能够调节下底座与中底座形成的角度，从而能够调节物体的X轴角位移，Y轴角度角度调节单元能够调节物体的Y轴角位移，水平调节部能够调节物体的X轴线位移以及Y轴线位移，高度调节部能够调节物体的Z轴线位移，所以，本发明的可实现五自由度的手动调整机构不仅能够同时调节物体的线位移以及角位移，而且占用空间小，结构简单，成本低廉，操作简便。

附图说明

图1是本发明的实施例中可实现五自由度的手动调整机构的结构示意图；

图2是本发明的实施例中角度调节部的结构示意图；

图3是本发明的实施例中第一楔形结构以及第二楔形结构的结构示意图；

图4是本发明的实施例中一对滑槽的结构示意图；

图5是本发明的实施例中滑槽的结构示意图，其中，a是滑槽的俯视图，b是滑槽沿a中A-A方向的剖视图；

图6是本发明的实施例中水平调节部以及高度条件部的装配图；

图7是本发明的实施例中外框体的结构示意图；以及

图8是本发明的实施例中装夹体的结构示意图，其中d是装夹体的轴侧图，f是装夹体的俯视图，e是装夹体沿f中C-C方向的剖视图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的可实现五自由度的手动调整机构作具体阐述。

图1是本发明的实施例中可实现五自由度的手动调整机构的结构示意图。

如图1所示，可实现五自由度的手动调整机构100安装在平台上，它用来调整镜片200的X轴、Y轴、Z轴线位移以及X轴、Y轴角位移。可实现五自由度的手动调整机构100包括角度调节部10、水平调节部20以及高度调节部30。

图2是本发明的实施例中角度调节部的结构示意图；

角度调节部10包括X轴角度调节单元11和Y轴角度调节单元12。

X轴角度调节单元11用来调节镜片200的X轴角位移，使得镜片200能够绕X轴进行小角度的微调。X轴角度调节单元11包括支撑组件111、中底座112以及第一楔形结构113。

支撑组件111用来支撑，它包括与平台平行设置的下底座1111和与下底座1111一侧固定连接的支架板1112，在本实施例中，下底座1111与支架板1112是一体成型的。

中底座112与下底座1111远离支架板1112的一侧通过铰座114铰接，使得中底座112在下底座1111上能够旋转，中底座112靠近支架板1112的一侧的下表面通过两个弹簧(图中未标出)与下底座1111连接。

图3是本发明的实施例中第一楔形结构以及第二楔形结构的结构示意图。

如图3所示，第一楔形结构113设置在中底座112与下底座1111之间，它用来调节下底座1111与中底座112形成的角度，使镜片200产生绕X轴旋转的角位移。第一楔形结构113包括一对上下设置的滑槽1131、滑块1132、弹性钢片1133、连接块1134以及驱动螺杆1135。

图4是本发明的实施例中一对滑槽的结构示意图。

图5是本发明的实施例中滑槽的结构示意图，其中，a是滑槽的俯视图，b是滑槽沿a中A-A方向的剖视图。

如图4、5所示，滑槽1131设置下底座1111上且垂直于支架板1112，它包括上滑槽1131a和下滑槽1131b，上滑槽1131a通过螺钉连接在中底座112上，下滑槽1131b通过螺钉连接下底座1111上，滑槽1131的内凹面为斜面。

滑块1132卡在上下设置的滑槽1131的内凹面中，它是由一个球体四面被切平后制造的，未被切除的上下圆弧面与上滑槽1131a和下滑槽1131b互相接触，被切除后的两侧分别与滑槽1131内凹面的侧面接触。

弹性钢片1133的一端与滑块1132接触。

连接块1134与弹性钢片1133的另一端接触，同时连接块1134与驱动螺杆1135连接。

驱动螺杆1135穿过焊接在下底座1111上的方块116的螺纹孔。当转动驱动螺杆1135时，驱动螺杆1135推动连接块1134，连接块1134带动弹性钢片1133，弹性钢片1133推动滑块1132在滑槽1131上滑动，从而调节X轴角位移。

Y轴角度调节单元12用来调节镜片200的Y轴角位移，使得镜片200能够绕Y轴进行小角度的微调。Y轴角度调节单元11包括上底座121以及第二楔形结构122。

上底座121与中底座112垂直于支架板1112的一侧通过铰座114铰接，使得上底座121在中底座112上能够旋转，上底座121与铰座114相对的一侧的下表面通过两个弹簧与中底座112连接，上底座121上平行设置有两条凹槽(图中未标出)。

第二楔形结构122的结构与第一楔形结构113的结构相同，因此，本处省略相同的说明，并省去相同的编号。

图6是本发明的实施例中水平调节部以及高度条件部的装配图。

如图6所示，水平调节部20设置在上底座121上，它包括Y轴线位移调节单元21和X轴线位移调节单元22。

Y轴线位移调节单元21用来对镜片200进行Y轴方向微位移的调节，它包括外框体211、挡板212以及Y轴线位移驱动螺杆213。

图7是本发明的实施例中外框体的结构示意图。

如图7所示，外框体211的下表面与挡板212通过螺钉214固定，同时螺钉214与上底座121上的两条凹槽无缝隙接触，使得外框体211能够在上底座121上滑动。外框体211靠近支架板1112的侧面的中部设置有长圆孔2111，外框体211与支架板1112之间的两边具有弹簧。

Y轴线位移驱动螺杆213通过支架板1112上的螺纹孔并到达外框体211上的长圆孔2111中，当旋转Y轴线位移驱动螺杆213时，Y轴线位移驱动螺杆213能够推动外框体211的一侧，同时支架板1112与外框体211上弹簧能够提供回复力使外框体211返回，此外，Y轴线位移驱动螺杆213上具有刻度，用来记录Y轴线位移，以达到精确调节。

X轴线位移调节单元22用来对镜片200进行X轴方向微位移的调节，它包括内框体221以及X轴线位移驱动螺杆222。

内框体221位于外框体211内并由挡板212支撑，内框体221与X轴平行方向的两侧面与外框体211内侧无缝隙自由接触，内框体221与X轴垂直方向一端由弹簧(图中未标出)顶着，另一端由X轴线位移驱动螺杆222顶着。

X轴线位移驱动螺杆222穿过外框体中与X轴垂直的侧面上的螺纹孔与内框体221接触，X轴线位移驱动螺杆222能够推动内框体221，使得内框体221滑动。此外X轴线位移驱动螺杆222上具有刻度，用来记录X轴线位移，以达到精确调节。

高度调节部30用来对镜片200进行Z轴方向微位移的调节，它包括装夹体31和Z轴线位移驱动螺杆32。

图8是本发明的实施例中装夹体的结构示意图，其中d是装夹体的轴侧图，f是装夹体的俯视图，e是装夹体沿f中C-C方向的剖视图。

如图8所示，装夹体31用来放置镜片200，装夹体31靠近支架板1112的一侧上具有凸块(图中未标出)，该凸块上下镂空并具有通孔，装夹体31与内框体221垂直距离为2CM，装夹体31的平面上设置有四个压块，四个压块用来固定镜片200。

Z轴线位移驱动螺杆32垂直穿过凸块上的通孔与内框体221上的螺纹孔配合，Z轴线位移驱动螺杆32上部通过螺母紧固在装夹体31上。此外，Z轴线位移驱动螺杆32上具有刻度，用来记录Z轴线位移，已达到精确调节。

本实施例的可实现五自由度的手动调整机构100的使用过程和工作原理为：

当需要对镜片200的角位移进行调节时，平衡时滑块1132处于滑槽1131中间位置，此时滑槽1131、滑块1132之间的高度与下底座1111、中底座112之间的高度相等，手动旋转驱动螺杆1133，驱动螺杆1133驱动滑块1132滑动，此时，一侧的高度大于平衡时的高度，另一侧的高度小于平衡时的高度。对X轴角位移进行调节时，下底座1111不动，中底座112发生转动，从而实现绕X轴的转动，产生镜片200的X轴角位移；对Y轴角位移进行调节时中底座112不动，上底座121发生转动，从而实现绕Y轴的转动，产生镜片200的Y轴角位移。

当需要对镜片200的X轴线位移进行调节时，手动旋转X轴线位移调节螺杆222，X轴线位移调节螺杆222推动内框体221滑动，反向旋转X轴线位移调节螺杆222，另一侧的弹簧提供回复力驱动内框体221往回移动，实现镜片200的X轴线位移调节。

当需要对镜片200的Y轴线位移进行调节时，手动旋转Y轴线位移调节螺杆213，Y轴线位移调节螺杆213推动外框体211滑动，反向旋转Y轴线位移调节螺杆213，支架1112与外框体211之间的弹簧提供回复力驱动外框体211往回移动，实现镜片200的Y轴线位移调节。

当需要对镜片200的Z轴线位移进行调节时，手动旋转Z轴线位移调节螺杆32，Z轴线位移调节螺杆32沿内框体221螺纹孔上下移动，由于螺母将Z轴线位移调节螺杆32与装夹体31锁紧，装夹体31随Z轴线位移调节螺杆32上下移动，从而实现镜片200的Z轴线位移调节。

实施例的作用与效果

根据本实施所涉及的可实现五自由度的手动调整机构，因为在X轴角度调节单元中的下底座与中底座之间设置了第一楔形结构，能够调节下底座与中底座形成的角度，从而能够调节镜片的X轴角位移，Y轴角度角度调节单元能够调节镜片的Y轴角位移，水平调节部能够调节镜片的X轴线位移以及Y轴线位移，高度调节部能够调节镜片的Z轴线位移，所以，本实施例的可实现五自由度的手动调整机构不仅能够同时调节镜片的线位移以及角位移，而且占用空间小，结构简单，成本低廉，操作简便。

此外，在本实施例中，由于连接块与滑块之间设置有弹性钢片，这样在推动驱动螺杆时，滑块在滑槽上升或下降时驱动螺杆和螺纹孔不干涩，调节角位移时精度更高。

另外，在本实施例中，由于滑槽采用的是小倾角平面，滑块上下面为圆弧面，这样能够保证角度调节单元精度微调与稳定工作。

以上仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种可实现五自由度的手动调整机构，设置在平台上，用于调整物体的线位移以及角位移，其特征在于，包括：

角度调节部，设置在平台上，用于调节所述物体的角位移，包括上下设置的X轴角度调节单元和Y轴角度调节单元；

水平调节部，设置在所述角度调节部上，用于调节所述物体的X轴线位移以及Y轴线位移，包括上下设置的X轴线位移调节单元以及Y轴线位移调节单元；以及

高度调节部，设置在所述水平调节部上，用于调节所述物体的Z轴线位移，

其中，所述X轴角度调节单元包括：

支撑组件，包括与所述平台平行设置的下底座以及与所述下底座的一侧固定连接的支架板，

中底座，与所述下底座的另一侧铰接，

第一楔形结构，设置在所述下底座与所述中底座之间，用于调节所述下底座与所述中底座形成的角度。

2.根据权利要求1所述的可实现五自由度的手动调整机构，其特征在于：

其中，所述Y轴角度调节单元包括：

上底座，与所述中底座的一侧铰接，所述上底座上平行设置两条凹槽；

第二楔形结构，设置在所述中底座与所述上底座之间，用于调节所述下底座与所述中底座形成的角度。

3.根据权利要求1所述的可实现五自由度的手动调整机构，其特征在于：

其中，所述第一楔形结构包括：

一对上下设置的滑槽，分别与所述下底座和所述中底座固定连接，所述滑槽的内凹面为斜面；

滑块，卡在上下设置的所述滑槽的内凹面中，所述滑块的上下表面为圆弧面；

驱动螺杆，用于驱动所述滑块在所述滑槽内滑动。

4.根据权利要求2所述的可实现五自由度的手动调整机构，其特征在于：

其中，所述第二楔形结构包括：

一对上下设置的滑槽，分别与所述中底座和所述上底座固定连接，所述滑槽的内凹面为斜面，

滑块，卡在上下设置的所述滑槽的内凹面中，所述滑块的上下表面为圆弧面，

驱动螺杆，用于驱动所述滑块在所述滑槽内滑动。

5.根据权利要求2所述的可实现五自由度的手动调整机构，其特征在于：

其中，Y轴线位移调节单元包括：

外框体，设置在所述上底座上，该外框体的下表面通过螺钉固定设置有挡板，所述螺钉与所述上底座上的凹槽滑动连接，所述外框体的侧面具有便于移动的长圆孔；

Y轴线位移驱动螺杆，穿过具有螺纹孔的所述支架板且与所述外框体接触。

6.根据权利要求5所述的可实现五自由度的手动调整机构，其特征在于：

其中，X轴线位移调节单元包括：

内框体，设置在所述外框体内，所述内框体与X轴平行的两侧面与所述外框体无缝配合；

X轴线位移驱动螺杆，穿过具有螺纹孔的所述外框体且与所述内框体接触。

7.根据权利要求6所述的可实现五自由度的手动调整机构，其特征在于：

其中，所述高度调节部包括：

装夹体，设置在所述内框体上，用于盛放所述物体，所述装夹体的一侧具有凸块，该凸块上下镂空；

Z轴线位移驱动螺杆，穿过所述具有通孔的凸块与所述内框体连接。

8.根据权利要求7所述的可实现五自由度的手动调整机构，其特征在于：

其中，所述Z轴线位移驱动螺杆上具有刻度，用来记录Z轴线位移的距离。