CN106441394B - 一种多自由度调整模块 - Google Patents

Abstract

本发明属于数控精密测量设备，涉及一种用于实现被测量工件简易、快速调整至所需空间姿态的多自由度调整模块。调整模块包括安装螺钉、螺钉、Y向旋转弹簧、轴、簧片、锁紧螺母、压缩弹簧、顶销、弹簧座、Z向旋转体、X向燕尾导轨、锁紧螺钉、螺套、调整螺钉、Z向旋转座、X轴调整板、X向旋转弹簧、Y轴调整板、微调螺丝、调整板座。该模块可实现被测工件分别绕X、Y、Z三个轴的旋转和沿X轴的移动。沿X轴和Y轴的旋转调整功能均由两片簧片、两个拉力弹簧和一个球头型调整螺钉共同实现，沿Z轴的旋转调整由一个旋转轴、一个球头型调整螺钉和一套弹力平衡模块实现，沿X轴的移动由一组燕尾形导轨实现。

Description

一种多自由度调整模块

技术领域

本发明属于测量技术领域，涉及一种能够满足小空间内多自由度调整，且扩展功能强的多自由度调整模块。

背景技术

一般在小空间内实现多自由度调整，都是采用集中调整的方法，即在调整架上通过一个球来实现一个固定点的定位，通过在其他三个位置设置调整螺钉，反复调整调整螺钉，使安装在调整架上的零件达到所需调整姿态。此种方法结构简单、调整架重量轻，但调整难度大，调整过程中，调整任意一个调整螺钉，均会引起整个系统姿态的改变，只有不断反复调整调整螺钉，才能实现调整要求，此种调整方式调整困难。

发明内容

本发明正是针对上述现有产品存在的不足而设计，提供了一种多自由度调整模块，其目的是解决现有的集中调整方法调整困难、无法实现单自由度调整、定位难度大的问题。

为达到上述技术目的，本发明的技术解决方案是，调整模块包括安装螺钉、螺钉I、Y向旋转弹簧、轴、簧片I、螺钉II、锁紧螺母、压缩弹簧、顶销、弹簧座、Z向旋转体、X向燕尾导轨、锁紧螺钉、螺套、调整螺钉、Z向旋转座、螺钉III、X轴调整板、螺钉IV、X向旋转弹簧、簧片II、Y轴调整板、螺钉V、微调螺丝I、调整板座、微调螺丝II，轴为一包含一段圆柱段的螺钉，该圆柱段与螺纹段同轴，顶销为一阶梯形轴，且在轴的最细圆柱段端部加工了一个半球体，弹簧座外部加工有同轴的六棱柱和外螺纹，内部加工了一个同轴的阶梯形通孔，阶梯形通孔与弹簧座的外螺纹部分同轴，Z向旋转体两侧面各有一个光孔，两孔轴线同轴，且与底部燕尾槽顶面平行，调整螺钉由3段圆柱段组成，依次直径减小，直径最小轴段的端部加工了一个半球面，Z向旋转座为L形结构，其顶面加工有2个螺纹孔，L形台阶处加工有1个螺纹通孔，两侧面分别加工有2个球窝，两球窝球心连线平行于X轴，垂直于Y轴和Z轴，且与L形台阶处加工的螺纹通孔轴线空间方向上相互垂直，X轴调整板为T形结构，其顶面加工有2个阶梯形通孔，2个圆柱形通孔，微调螺丝I和微调螺丝II均由两段同轴圆柱段组成，且在较细轴段端部加工有一相切半球体；弹簧座与Z向旋转体螺纹连接，弹簧座的六棱柱部分位于Z向旋转体的外侧，压缩弹簧套在顶销无球头一侧的圆柱上，且安装在弹簧座的内阶梯形孔中，顶销的球头一侧位于Z向旋转体内侧，无球头一侧穿过弹簧座的阶梯形孔，与弹簧座的小直径孔段形成孔轴配合，螺套与Z向旋转体螺纹连接，调整螺钉与螺套螺纹连接，调整螺钉带球头部分位于Z向旋转体的内侧，Z向旋转体与Z向旋转座通过轴进行连接，调整顶销和调整螺钉，实现Z向旋转体与Z向旋转座间的相对旋转运动，实现多自由度调整模块绕Z轴方向的旋转运动，多自由度调整模块绕Z轴方向的旋转运动通过锁紧螺母实现可靠锁紧定位，Z向旋转座与X轴调整板通过螺钉III刚性连接，X向燕尾导轨与Z向旋转体通过燕尾导轨的燕尾进行配合连接，并通过锁紧螺钉实现定位，螺钉II将簧片I固定在X轴调整板和Y轴调整板上，螺钉IV分别将X向旋转弹簧的两端固定在X轴调整板和Y轴调整板上，调整微调螺丝I实现多自由度调整模块绕X轴方向的旋转运动，螺钉V将簧片II固定在Y轴调整板和调整板座上，螺钉I将Y向旋转弹簧固定在Y轴调整板和调整板座上，调整微调螺丝II实现多自由度调整模块绕Y轴方向的旋转运动，调整板座通过安装螺钉与其他零部件进行连接。

X轴调整板为非对称T字型结构，且远离T字形顶板中心一侧的内侧为X轴调整板的设计定位面，定位面高度远低于X轴调整板沿Y向的长度。

簧片I和簧片II均为高弹性金属薄扳。

微调螺丝I和微调螺丝II，均采用底部半球形设计，可分别实现对X轴调整板和Y轴调整板的单点调整。

本发明具有的优点和有益效果，本发明采用安装螺钉、螺钉I、Y向旋转弹簧、轴、簧片I、螺钉II、锁紧螺母、压缩弹簧、顶销、弹簧座、Z向旋转体、X向燕尾导轨、锁紧螺钉、螺套、调整螺钉、Z向旋转座、螺钉III、X轴调整板、螺钉IV、X向旋转弹簧、簧片II、Y轴调整板、螺钉V、微调螺丝I、调整板座、微调螺丝II等部件，以调整板座为基准，调整微调螺丝I，使Y轴调整板产生绕Y轴旋转的俯仰运动，且在运动过程中，X轴调整板、Z向旋转座、Z向旋转体、X向燕尾导轨与Y轴调整板间保持相对静止，调整微调螺丝II，使X轴调整板产生绕X轴旋转的俯仰运动，且在运动过程中，Z向旋转座、Z向旋转体、X向燕尾导轨与X轴调整板间保持相对静止，调整顶销和调整螺钉使Z向旋转座产生绕轴即Z向的旋转运动，调整完毕后将锁紧螺母锁紧，使绕Z轴方向的运动不可调，调整X向燕尾导轨，使X向燕尾导轨产生沿X方向的运动，调整完成后X向燕尾导轨或X向燕尾导轨所连接的部件将达到所需调整姿态。

与现有技术相比，本发明该模块可实现被测工件分别绕X、Y、Z三个轴的旋转和沿X轴的移动。沿X轴和Y轴的旋转调整功能均由两片簧片、两个拉力弹簧和一个球头型调整螺钉共同实现，沿Z轴的旋转调整功能由一个旋转轴、一个球头型调整螺钉和一套弹力平衡模块共同组成，沿X轴移动功能由一组燕尾形导轨实现。本发明多自由度调整模块的每个自由度调整需要的零部件数量为2-5个，每个零部件均采用较简单的零件外形结构，整体装配结构较为简单；该模块可实现四自由度调整，每个自由度均可单独调整，调整过程互不干涉，通过外接设备，可实现定量调整，且调整完毕后，能够实现单独锁死，使多自由度调整模块具有较高的刚性和定位精度；多自由度调整模块可与外接设备进行自由组合，实现外部扩展，如与光学线位移台连接，可补充其沿线位移台调整方向的移动，与光学角摆台连接，可增加角摆调整功能，与自行设计的导轨移动部件进行连接，可实现沿导轨方向的运动，扩展了其使用范围。多自由度调整模块各零件间为螺纹连接、或弹簧连接、或簧片连接，这些连接方式可重复、可靠使用，使用寿命长。

附图说明

图1为本发明一种多自由度调整模块的主视图；

图2为本发明一种扩展实施方式的结构示意图；

图中：安装螺钉1；螺钉I2；Y向旋转弹簧3；轴4；簧片I5；螺钉II6；锁紧螺母7；压缩弹簧8；顶销9；弹簧座10；Z向旋转体11；X向燕尾导轨12；锁紧螺钉13；螺套14；调整螺钉15；Z向旋转座16；螺钉III 17；X轴调整板18；螺钉IV19；X向旋转弹簧20；簧片II21；Y轴调整板22；螺钉V23；微调螺丝I24；调整板座25；微调螺丝II26；Z向位移调整部件27；连接角板28；Y向位移调整部件29。

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本发明作进一步地详述：

请参阅图1，该种多自由度调整模块主要包括Y向旋转弹簧3；轴4；簧片I5；压缩弹簧8；顶销9；弹簧座10；Z向旋转体11；X向燕尾导轨12；调整螺钉15；Z向旋转座16；X轴调整板18；X向旋转弹簧20；簧片II21；Y轴调整板22；、微调螺丝I24；调整板座25；微调螺丝II26。

弹簧座10与Z向旋转体11螺纹连接，六棱柱部分位于Z向旋转体11的外侧，压缩弹簧8套在顶销9无球头一侧的圆柱上，且安装在弹簧座10的内阶梯形孔中，顶销9的球头一侧位于Z向旋转体11内侧，无球头一侧穿过弹簧座10的阶梯形孔，与小直径孔段形成孔轴配合，顶销9大阶梯轴段与弹簧座10的大阶梯形孔形成孔轴配合，螺套14与Z向旋转体11螺纹连接，调整螺钉15与螺套14螺纹连接，调整螺钉15带球头部分位于Z向旋转体11的内侧，Z向旋转体11与Z向旋转座16通过轴4进行连接，通过锁紧螺母7实现双螺母锁紧功能，实现可靠锁紧定位，调整顶销9可实现Z向旋转体11绕轴4，即Z轴顺时针方向的运动，调整调整螺钉15可实现Z向旋转体11绕轴4，即Z轴逆时针方向的运动，Z向旋转座16与X轴调整板18通过螺钉III 17刚性连接，且Z向旋转座16与X轴调整板18要在A面可靠贴合，X向燕尾导轨12与Z向旋转体11通过燕尾进行配合连接，并通过锁紧螺钉13实现定位，螺钉II6将两组簧片I5固定在X轴调整板18和Y轴调整板22上，螺钉IV19将两组X向旋转弹簧20的两端分别刚性固定在X轴调整板18和Y轴调整板22上，调整微调螺丝I24可实现简易多自由度调整模块绕X轴方向的旋转运动，螺钉V23将两组簧片II 21分别固定在Y轴调整板22和调整板座25上，螺钉I2将两组Y向旋转弹簧3的两端分别固定在Y轴调整板22和调整板座25上，调整微调螺丝II26可实现简易多自由度调整模块绕Y轴方向的旋转运动，调整板座25可通过安装螺钉1与其他零部件进行连接。如调整板座25与光学线位移台连接，可补充其沿线位移台调整方向的移动，与光学角摆台连接，可增加角摆调整功能，与自行设计的导轨移动部件进行连接，实现沿导轨方向的运动，扩展其使用范围。

请参阅图2，本实施例一种多自由度调整模块在实际安装过程中，可直接与Z向位移调整部件27、连接角板28、Y向位移调整部件29等标准零部件进行刚性连接，快速实现6自由度甚至更多自由度调整，实现多种组合，具有高重复精度。

本发明不仅限于以上的实施例，对本领域普通专业技术人员，所做的各种变化和修改，都应在本发明的构思及保护范围之内。

Claims (4)

1.一种多自由度调整模块，其特征在于：调整模块包括安装螺钉(1)、螺钉I(2)、Y向旋转弹簧(3)、轴(4)、簧片I(5)、螺钉II(6)、锁紧螺母(7)、压缩弹簧(8)、顶销(9)、弹簧座(10)、Z向旋转体(11)、X向燕尾导轨(12)、锁紧螺钉(13)、螺套(14)、调整螺钉(15)、Z向旋转座(16)、螺钉III(17)、X轴调整板(18)、螺钉IV(19)、X向旋转弹簧(20)、簧片II(21)、Y轴调整板(22)、螺钉V(23)、微调螺丝I(24)、调整板座(25)、微调螺丝II(26)，轴(4)为一包含一段圆柱段的螺钉，该圆柱段与螺纹段同轴，顶销(9)为一阶梯形轴，且在轴的最细圆柱段端部加工了一个半球体，弹簧座(10)外部加工有同轴的六棱柱和外螺纹，内部加工了一个同轴的阶梯形通孔，阶梯形通孔与弹簧座(10)的外螺纹部分同轴，Z向旋转体(11)两侧面各有一个光孔，两孔轴线同轴，且与底部燕尾槽顶面平行，调整螺钉(15)由3段圆柱段组成，依次直径减小，直径最小轴段的端部加工了一个半球面，Z向旋转座(16)为L形结构，其顶面加工有2个螺纹孔，L形台阶处加工有1个螺纹通孔，两侧面分别加工有2个球窝，两球窝球心连线平行于X轴，垂直于Y轴和Z轴，且与L形台阶处加工的螺纹通孔轴线空间方向上相互垂直，X轴调整板(18)为T形结构，其顶面加工有2个阶梯形通孔，2个圆柱形通孔，微调螺丝I(24)和微调螺丝II(26)均由两段同轴圆柱段组成，且在较细轴段端部加工有一个半球体；弹簧座(10)与Z向旋转体(11)螺纹连接，弹簧座(10)的六棱柱部分位于Z向旋转体(11)的外侧，压缩弹簧(8)套在顶销(9)无半球体一侧的圆柱上，且安装在弹簧座(10)的内阶梯形孔中，顶销(9)的半球体一侧位于Z向旋转体(11)内侧，无半球体一侧穿过弹簧座(10)的阶梯形孔，与弹簧座(10)的小直径孔段形成孔轴配合，螺套(14)与Z向旋转体(11)螺纹连接，调整螺钉(15)与螺套(14)螺纹连接，调整螺钉(15)带半球面部分位于Z向旋转体(11)的内侧，Z向旋转体(11)与Z向旋转座(16)通过轴(4)进行连接，调整顶销(9)和调整螺钉(15)，实现Z向旋转体(11)与Z向旋转座(16)间的相对旋转运动，实现多自由度调整模块绕Z轴方向的旋转运动，多自由度调整模块绕Z轴方向的旋转运动通过锁紧螺母(7)实现可靠锁紧定位，Z向旋转座(16)与X轴调整板(18)通过螺钉III(17)刚性连接，X向燕尾导轨(12)与Z向旋转体(11)通过X向燕尾导轨(12)的燕尾进行配合连接，并通过锁紧螺钉(13)实现定位，螺钉II(6)将簧片I(5)固定在X轴调整板(18)和Y轴调整板(22)上，螺钉IV(19)分别将X向旋转弹簧(20)的两端固定在X轴调整板(18)和Y轴调整板(22)上，调整微调螺丝I(24)实现多自由度调整模块绕X轴方向的旋转运动，螺钉V(23)将簧片II(21)固定在Y轴调整板(22)和调整板座(25)上，螺钉I(2)将Y向旋转弹簧(3)固定在Y轴调整板(22)和调整板座(25)上，调整微调螺丝II(26)实现多自由度调整模块绕Y轴方向的旋转运动，调整板座(25)通过安装螺钉(1)与其他零部件进行连接。

2.根据权利要求1所述的一种多自由度调整模块，其特征在于：X轴调整板(18)为非对称T字型结构，且远离T字形顶板中心一侧的内侧为X轴调整板(18)的设计定位面(A)，定位面(A)面高度远低于X轴调整板(18)沿Y向的长度。

3.根据权利要求1所述的一种多自由度调整模块，其特征在于：簧片I(5)和簧片II(21)均为高弹性金属薄扳。

4.根据权利要求1所述的一种多自由度调整模块，其特征在于：微调螺丝I(24)和微调螺丝II(26)，均采用底部半球形设计，可分别实现对X轴调整板(18)和Y轴调整板(22)的单点调整。