CN109374579A - 一种多角度激光散射测量平台 - Google Patents
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Abstract
一种多角度激光散射测量平台，由滚转组件、俯仰组件和方位组件三个部分组成，方位组件通过方位地脚组件安装在实验室的地基上，俯仰轴系组件由俯仰U型框架(13)与俯仰左轴承(34)和俯仰右轴承(14)外圈用螺钉固联在一起，滚转组件由滚转框架(11)左右两端面分别与前滑块(2)和后滑块(4)用螺钉固联在一起；照射光源(10)安装在滚转框架的上端面，可实现滚转±90度、俯仰±93度和方位360度三个自由度旋转运动，并且能在规定的角位置上精确定位。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种激光散射测量平台，尤其是涉及一种多角度激光散射测量平台。可应用于多种介质的光学性能测试，特别是应用于多种介质激光散射性能的测试。
(二)背景技术
入射光的电磁波与传播介质中的粒子相互作用产生了散射现象，有一定形状和介电特性的光学表面的散射场分布是确定的，包含着光学表面的几何形状和电磁特性等信息。由于激光散射测量具有测量范围宽、测量快速、测量精度高、非接触和重复性好等优点。已经在半导体工业、表面检测、生物医学、航空航天、天文探测、大气环境、军事侦察和地质地理等领域有了广泛的应用。
角分辨散射仪器能够获得散射光的空间分布，因此角分辨空间激光散射测量技术的研究就具有了重要意义，使用常规的测试平台测试时，仅能实现天顶角为0～90度的半球空间散射光测量，因此降低了测试效率，并且俯仰组件是悬臂结构，零部件变形量大，影响测试平台的运动精度。
因此，多角度激光散射测量平台所使用的材料、驱动方式以及结构形式必须要有所改进，才能满足这种需求。
(三)发明内容
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
将多角度激光散射测量平台设计为串联机构，滚转组件在机构的最末端，方位组件在机构的初始端，三个轴系都由伺服电机配合减速机构驱动；
为了能够真实的模拟实际使用状态，将多角度激光散射测量平台中俯仰框架改为U型结构，将悬臂结构改为U型结构，在滚转从动齿轮和俯仰U型框架的后端安装圆弧导轨并配合滑块构成滚转轴系；在俯仰U型框架的前端安装滚转从动齿轮，与滚转主动齿轮配合构成驱动机构，将天顶角的测试范围从0～90度增加至0～180度；将俯仰左右支架增高，俯仰角的测试范围从±90增加至±93度。
将俯仰框架设计为U型半封闭结构，对滚转组件有了稳定的支撑，降低了零部件的变形量，提高了测量平台的运动精度；采用铝合金焊接的方式制造俯仰U型框架，以降低俯仰组件整体的重量，减小俯仰主动齿轮、俯仰行星齿轮减速机、俯仰蜗轮蜗杆减速机和俯仰伺服电机的额定输出扭矩。
(四)发明特点
为了能够尽可能的消除俯仰框架变形所带来的影响，本发明提供了一种多角度激光散射测量平台，这种多角度激光散射测量平台具有以下特点：
1.上述结构形式的测量平台，在进行激光散射性能测试时，可任意调整“被测设备”的高度和方位，同时也增加了天顶角的运动范围，使“照射光源”可运动至半球表面的任意位置，提高了“被测设备”散射特性测试的效率，节省了人工成本。
2.俯仰U型框架采用半封闭的铝合金材料焊接制造，因此，提高了支撑的稳定性并降低了俯仰框架的重量；提高滚转轴系和俯仰轴系的位置精度，提升了散射特性的测试数据的准确性。
3.上述结构形式的测量平台，三个轴系所采用的反馈元件是伺服电机自带的角度编码器，系统控制为半闭环控制。
(五)附图说明
图1是本发明滚转组件局部示意图
图2是本发明示意图
图3是本发明俯仰组件局部示意图
图4是本发明组件示意图
图5是本发明正视图
(六)具体实施方式
一种多角度激光散射测量平台，包括滚转组件、俯仰组件和方位组件，如图4所示，
所述滚转组件包括前滑块(2)、滚转齿轮轴承组件(3)、后滑块(4)、滚转伺服电机(6)、滚转行星齿轮减速机(7)、滚转齿轮支架(8)、滚转主动齿轮(9)、照射光源(10)、滚转框架(11)，滚转框架(11)的内部安装有滚转齿轮轴承组件(3)，滚转齿轮轴承组件(3)是由一对角接触球轴承、轴承座和轴承端盖组成，用来支撑滚转主动齿轮(9)；滚转框架(11)的上端外侧安装照射光源(10)；滚转框架(11)的前端外侧安装滚转齿轮支架(8)，滚转齿轮支架(8)的前端安装有滚转行星齿轮减速机(7)，滚转行星齿轮减速机(7)的输入端安装有滚转伺服电机(6)，滚转行星齿轮减速机(7)的输出端与滚转主动齿轮(9)联接；滚转框架(11)的前端内侧与前滑块(2)固联，滚转框架(11)的后端内侧与后滑块(4)固联，用来支撑整个滚转组件在圆弧导轨上运动，如图1和图2所示；
所述俯仰组件包括前圆弧导轨(1)、后圆弧导轨(5)、滚转从动齿轮(12)、俯仰U型框架(13)、俯仰右轴承(14)、俯仰右支架(15)、俯仰主动齿轮(16)、俯仰行星齿轮减速机(17)、俯仰蜗轮蜗杆减速机(18)、俯仰伺服电机(19)、俯仰齿轮框架(20)、俯仰左支架(33)、俯仰左轴承(34)、俯仰齿轮轴承组件(35)，俯仰U型框架(13)的前端安装有滚转从动齿轮(12)，在滚转从动齿轮(12)的前端安装有前圆弧导轨(1)，俯仰U型框架(13)的后端安装有后圆弧导轨(5)，俯仰右轴承(14)和俯仰左轴承(34)的外圈分别与俯仰U型框架(13)的法兰联接；俯仰右支架(15)和俯仰左支架(33)分别与俯仰右轴承(14)和俯仰左轴承(34)的内圈联接；在俯仰右支架(15)的右侧固定有俯仰齿轮框架(20)，在俯仰齿轮框架(20)的右侧依次安装有俯仰行星齿轮减速机(17)、俯仰蜗轮蜗杆减速机(18)和俯仰伺服电机(19)，在俯仰齿轮框架(20)的内部安装有俯仰主动齿轮(16)，俯仰主动齿轮(16)的右侧法兰与俯仰行星齿轮减速机(17)的法兰面配合联接；俯仰主动齿轮(16)的左侧由俯仰齿轮轴承组件(35)支撑，俯仰齿轮轴承组件(35)安装在俯仰右支架(15)的内部，俯仰右轴承(14)为带外齿的四点接触球转盘轴承，俯仰左轴承(34)为四点接触球转盘轴承；通过两个轴承的外圈与俯仰U型框架(13)内侧法兰面联接，组成俯仰轴系。
所述方位组件包括方位地脚支座(21)、方位地脚支架(22)、方位地脚螺杆(23)、载物台面(24)、被测设备(25)、方位齿轮框架(26)、方位行星齿轮减速机(27)、方位伺服电机(28)、方位主动齿轮(29)、方位轴承(30)、方位轴承外壳(31)、方位底座(32)，方位底座(32)的上端安装有方位轴承(30)、方位轴承外壳(31)和载物台面(24)，方位轴承(30)为带外齿的四点接触球转盘轴承；在载物台面(24)的上端面安装有被测设备(25)；方位底座(32)的下端由6个方位地脚组件支撑，方位地脚组件由方位地脚支座(21)、方位地脚支架(22)和方位地脚螺杆(23)组成；方位底座(32)的下端还安装有方位齿轮框架(26)，在方位齿轮框架(26)的内部安装有方位行星齿轮减速机(27)，在方位行星齿轮减速机(27)的输出端安装有方位主动齿轮(29)，并且为不对称支撑；在方位行星齿轮减速机(27)的输入端安装有方位伺服电机(28)，方位行星齿轮减速机(27)内部有一对锥齿轮，将输入轴的动力旋转90度后输出。
实施例：
以下通过具体实施方式，结合附图对本发明作进一步描述：
如图1、图2、图3、图4和图5所示，本实施用于一种多角度激光散射测量平台，包括：前圆弧导轨(1)、前滑块(2)、滚转齿轮轴承组件(3)、后滑块(4)、后圆弧导轨(5)、滚转伺服电机(6)、滚转行星齿轮减速机(7)、滚转齿轮支架(8)、滚转主动齿轮(9)、照射光源(10)、滚转框架(11)、滚转从动齿轮(12)、俯仰U型框架(13)、俯仰右轴承(14)、俯仰右支架(15)、俯仰主动齿轮(16)、俯仰行星齿轮减速机(17)、俯仰蜗轮蜗杆减速机(18)、俯仰伺服电机(19)、俯仰齿轮框架(20)、方位地脚支座(21)、方位地脚支架(22)、方位地脚螺杆(23)、载物台面(24)、被测设备(25)、方位齿轮框架(26)、方位行星齿轮减速机(27)、方位伺服电机(28)、方位主动齿轮(29)、方位轴承(30)、方位轴承外壳(31)、方位底座(32)、俯仰左支架(33)、俯仰左轴承(34)、俯仰齿轮轴承组件(35)。
滚转框架(11)的内部安装有滚转齿轮轴承组件(3)，滚转齿轮轴承组件(3)是由一对角接触球轴承、轴承座和轴承端盖组成，用来支撑滚转主动齿轮(9)；滚转框架(11)的上端外侧安装照射光源(10)；滚转框架(11)的前端外侧安装滚转齿轮支架(8)，滚转齿轮支架(8)的前端安装有滚转行星齿轮减速机(7)，滚转行星齿轮减速机(7)的输入端安装有滚转伺服电机(6)，滚转行星齿轮减速机(7)的输出端与滚转主动齿轮(9)联接；滚转框架(11)的前端内侧与前滑块(2)固联，滚转框架(11)的后端内侧与后滑块(4)固联，用来支撑整个滚转组件在圆弧导轨上运动，以上9个零部件构成滚转组件。
前圆弧导轨(1)与前滑块(2)配合为一组，后滑块(4)与后圆弧导轨(5)配合为一组；通过两组滑块和两组圆弧导轨共同支撑滚转组件，组成滚转轴系。
滚转组件中各零部件转动顺序是，滚转伺服电机(6)通过滚转行星齿轮减速机(7)传输至滚转主动齿轮(9)，滚转主动齿轮(9)与滚转从动齿轮(12)的外齿圈啮合带动照射光源(10)绕滚转轴转动。
俯仰U型框架(13)的前端安装有滚转从动齿轮(12)，在滚转从动齿轮(12)的前端安装有前圆弧导轨(1)，俯仰U型框架(13)的后端安装有后圆弧导轨(5)，俯仰右轴承(14)和俯仰左轴承(34)的外圈分别与俯仰U型框架(13)的法兰联接；俯仰右支架(15)和俯仰左支架(33)分别与俯仰右轴承(14)和俯仰左轴承(34)的内圈联接；在俯仰右支架(15)的右侧固定有俯仰齿轮框架(20)，在俯仰齿轮框架(20)的右侧依次安装有俯仰行星齿轮减速机(17)、俯仰蜗轮蜗杆减速机(18)和俯仰伺服电机(19)，在俯仰齿轮框架(20)的内部安装有俯仰主动齿轮(16)，俯仰主动齿轮(16)的右侧法兰与俯仰行星齿轮减速机(17)的法兰面配合联接；俯仰主动齿轮(16)的左侧由俯仰齿轮轴承组件(35)支撑，俯仰齿轮轴承组件(35)安装在俯仰右支架(15)的内部，上述13个零部件构成俯仰组件。
俯仰右轴承(14)为带外齿的四点接触球转盘轴承，俯仰左轴承(34)为四点接触球转盘轴承；通过两个轴承的外圈与俯仰U型框架(13)内侧法兰面联接，组成俯仰轴系。
俯仰组件中各零部件转动顺序是，俯仰伺服电机(19)通过俯仰蜗轮蜗杆减速机(18)和俯仰行星齿轮减速机(17)将动力传送至俯仰主动齿轮(16)，俯仰主动齿轮(16)与俯仰右轴承(14)的外齿圈啮合，带动滚转组件运动，最终驱动照射光源(10)绕俯仰轴转动。
方位底座(32)的上端安装有方位轴承(30)、方位轴承外壳(31)和载物台面(24)，方位轴承(30)为带外齿的四点接触球转盘轴承；在载物台面(24)的上端面安装有被测设备(25)；方位底座(32)的下端由6个方位地脚组件支撑，方位地脚组件由方位地脚支座(21)、方位地脚支架(22)和方位地脚螺杆(23)组成；方位底座(32)的下端还安装有方位齿轮框架(26)，在方位齿轮框架(26)的内部安装有方位行星齿轮减速机(27)，在方位行星齿轮减速机(27)的输出端安装有方位主动齿轮(29)，并且为不对称支撑；在方位行星齿轮减速机(27)的输入端安装有方位伺服电机(28)，方位行星齿轮减速机(27)内部有一对锥齿轮，将输入轴的动力旋转90度后输出；上述12个零部件构成方位组件。
方位组件中各零部件转动顺序是，方位伺服电机(28)通过方位行星齿轮减速机(27)将动力传输至方位主动齿轮(29)，方位主动齿轮(29)与方位轴承(30)的外齿圈啮合，带动俯仰组件运动，最终带动照射光源(10)绕方位轴运动。
载物台面(24)可以绕方位轴旋转和升降，以调整被测设备(25)的测试状态。
整个测试平台是一个串联机构，滚转组件是机构的末端，方位组件是机构的初始端；
三个轴系虚拟的三个轴线理论上相交于一个点。
本发明所描述的一种多角度激光散射测量平台所使用的角度反馈信息有电机自带的角度编码器提供，如果需要提高三个轴系的定位精度，可以给每个轴系直连角度编码器，做全闭环控制。
本发明未详细描述内容未本领域技术人员公知技术。
Claims (4)
1.一种多角度激光散射测量平台，其特征在于包括：前圆弧导轨(1)、前滑块(2)、滚转齿轮轴承组件(3)、后滑块(4)、后圆弧导轨(5)、滚转伺服电机(6)、滚转行星齿轮减速机(7)、滚转齿轮支架(8)、滚转主动齿轮(9)、照射光源(10)、滚转框架(11)、滚转从动齿轮(12)、俯仰U型框架(13)、俯仰右轴承(14)、俯仰右支架(15)、俯仰主动齿轮(16)、俯仰行星齿轮减速机(17)、俯仰蜗轮蜗杆减速机(18)、俯仰伺服电机(19)、俯仰齿轮框架(20)、方位地脚支座(21)、方位地脚支架(22)、方位地脚螺杆(23)、载物台面(24)、被测设备(25)、方位齿轮框架(26)、方位行星齿轮减速机(27)、方位伺服电机(28)、方位主动齿轮(29)、方位轴承(30)、方位轴承外壳(31)、方位底座(32)、俯仰左支架(33)、俯仰左轴承(34)、俯仰齿轮轴承组件(35)。
滚转框架(11)的内部安装有滚转齿轮轴承组件(3)，滚转齿轮轴承组件(3)是由一对角接触球轴承、轴承座和轴承端盖组成，用来支撑滚转主动齿轮(9)；滚转框架(11)的上端外侧安装照射光源(10)；滚转框架(11)的前端外侧安装滚转齿轮支架(8)，滚转齿轮支架(8)的前端安装有滚转行星齿轮减速机(7)，滚转行星齿轮减速机(7)的输入端安装有滚转伺服电机(6)，滚转行星齿轮减速机(7)的输出端与滚转主动齿轮(9)联接；滚转框架(11)的前端内侧与前滑块(2)固联，滚转框架(11)的后端内侧与后滑块(4)固联，用来支撑整个滚转组件在圆弧导轨上运动，以上9种零部件构成滚转组件。
前圆弧导轨(1)与前滑块(2)配合为一组，后滑块(4)与后圆弧导轨(5)配合为一组；通过两组滑块和两组圆弧导轨共同支撑滚转组件，组成滚转轴系。
俯仰U型框架(13)的前端安装有滚转从动齿轮(12)，在滚转从动齿轮(12)的前端安装有前圆弧导轨(1)，俯仰U型框架(13)的后端安装有后圆弧导轨(5)，俯仰右轴承(14)和俯仰左轴承(34)的外圈分别与俯仰U型框架(13)的法兰联接；俯仰右支架(15)和俯仰左支架(33)分别与俯仰右轴承(14)和俯仰左轴承(34)的内圈联接；在俯仰右支架(15)的右侧固定有俯仰齿轮框架(20)，在俯仰齿轮框架(20)的右侧依次安装有俯仰行星齿轮减速机(17)、俯仰蜗轮蜗杆减速机(18)和俯仰伺服电机(19)，在俯仰齿轮框架(20)的内部安装有俯仰主动齿轮(16)，俯仰主动齿轮(16)的右侧法兰与俯仰行星齿轮减速机(17)的法兰面配合联接；俯仰主动齿轮(16)的左侧由俯仰齿轮轴承组件(35)支撑，俯仰齿轮轴承组件(35)安装在俯仰右支架(15)的内部，上述13种零部件构成俯仰组件。
俯仰右轴承(14)为带外齿的四点接触球转盘轴承，俯仰左轴承(34)为四点接触球转盘轴承；通过两个轴承的外圈与俯仰U型框架(13)内侧法兰面联接，组成俯仰轴系。
方位底座(32)的上端安装有方位轴承(30)、方位轴承外壳(31)和载物台面(24)，方位轴承(30)为带外齿的四点接触球转盘轴承；在载物台面(24)的上端面安装有被测设备(25)；方位底座(32)的下端由6个方位地脚组件支撑，方位地脚组件由方位地脚支座(21)、方位地脚支架(22)和方位地脚螺杆(23)组成；方位底座(32)的下端还安装有方位齿轮框架(26)，在方位齿轮框架(26)的内部安装有方位行星齿轮减速机(27)，在方位行星齿轮减速机(27)的输出端安装有方位主动齿轮(29)，并且为不对称支撑；在方位行星齿轮减速机(27)的输入端安装有方位伺服电机(28)，方位行星齿轮减速机(27)内部有一对锥齿轮，将输入轴的动力旋转90度后输出；上述12种零部件构成方位组件。
2.根据权利要求1所述的一种多角度激光散射测量平台，其特征是：载物台面(24)可以绕方位轴旋转和升降，以调整被测设备(25)的测试状态。
3.根据权利要求1所述的一种多角度激光散射测量平台，其特征是：整个测试平台是一个串联机构，滚转组件是机构的末端，方位组件是机构的初始端；
滚转组件中各零部件转动顺序是，滚转伺服电机(6)通过滚转行星齿轮减速机(7)传输至滚转主动齿轮(9)，滚转主动齿轮(9)与滚转从动齿轮(12)的外齿圈啮合带动照射光源(10)绕滚转轴转动。
俯仰组件中各零部件转动顺序是，俯仰伺服电机(19)通过俯仰蜗轮蜗杆减速机(18)和俯仰行星齿轮减速机(17)将动力传送至俯仰主动齿轮(16)，俯仰主动齿轮(16)与俯仰右轴承(14)的外齿圈啮合，带动滚转组件运动，最终驱动照射光源(10)绕俯仰轴转动。
方位组件中各零部件转动顺序是，方位伺服电机(28)通过方位行星齿轮减速机(27)将动力传输至方位主动齿轮(29)，方位主动齿轮(29)与方位轴承(30)的外齿圈啮合，带动俯仰组件运动，最终带动照射光源(10)绕方位轴运动。
4.根据权利要求1所述的一种多角度激光散射测量平台，其特征是：三个轴系虚拟的三个轴线理论上相交于一个点。
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