CN110939836B - 一种带有重力补偿机构的五维方向调节系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有重力补偿机构的五维方向调节系统，背板与方向调节台垂直设置，基板a相对背板竖向往复运动，背板上安装锁紧机构和第一高度调节单元，基板a侧面安装延伸连接板，第一高度调节单元顶部支撑于延伸连接板下面，重力补偿机构包括预拉伸或预压缩的弹簧，弹簧两端分别连接背板和基板a，弹簧的弹力始终向上，基板b通过第二高度调节单元固定在基板a上，第二高度调节单元竖直设置于基板b的三个角处，调节基板b的高度、倾斜角度与俯仰角度，通过调节X向调节单元和Y向调节单元使基板c进行X方向和/或Y方向运动。本发明提供的带有重力补偿机构的五维方向调节系统，实现五维调节，可独立进行，互不干扰。

Description

一种带有重力补偿机构的五维方向调节系统

技术领域

本发明属于机械精密控制技术领域，具体涉及一种带有重力补偿机构的五维方向调节系统。

背景技术

目前现有的精密设备位置调整机构大多数会采用一维、二维、三维或四维及其结合的方式，需要配套相应的各种类型的调节设备才能实现，一般情况下，需要先进行一维和二维的平面调节才能再继续下一步的三维和四维的调节，工作过程复杂，仪器操作步骤繁琐，而且在调整过程中，容易受到重力影响，竖向抬高时所用推力过大，很多时候难于调节或实现精密调节，且在锁紧时易产生高度位置偏差，稳定性和重复性较差。

发明内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种带有重力补偿机构的五维方向调节系统。

为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：

一种带有重力补偿机构的五维方向调节系统，包括背板、方向调节台和重力补偿机构，所述背板与方向调节台互相垂直设置且二者相对竖向运动，方向调节台包括由下至上依次设置的基板a、基板b和基板c，基板b通过第二高度调节单元固定在基板a上，基板c上放置待调整位置的图形板，基板a相对背板竖向往复运动，所述背板上安装锁紧机构和第一高度调节单元，基板a侧面安装延伸连接板，第一高度调节单元顶部支撑于延伸连接板下面，调整第一高度调节单元使其顶部竖向运动，推动延伸连接板同步移动并带动基板a及其上的基板b和基板c同步竖向移动，通过锁紧机构锁定基板a位置不动，重力补偿机构包括若干个竖向排列的预拉伸或预压缩的弹簧，所述弹簧的两端分别连接在背板和基板a上，弹簧的弹力始终保持向上，通过弹簧的弹力抵消平台及安装在平台上其它所有部件的50-99%的重量，所述第二高度调节单元设有三个且分别竖直设置于基板b的三个角处，通过调节三个高度调节单元的高度调节基板b的高度、倾斜角度与俯仰角度，基板b上固定安装X向调节单元和Y向调节单元，通过调节X向调节单元和Y向调节单元使基板c带动其上的待调整位置的图形板相对基板b进行X方向和/或Y方向运动。

进一步的，所述背板上竖向设置若干条滑动导轨，基板a上安装沿滑动导轨竖向滑动的滑块，基板a通过滑块沿滑动导轨相对背板竖向往复运动。

进一步的，所述背板上安装高度调节板，高度调节板上竖向安装第一高度调节单元，高度调节板一侧还安装锁紧机构，延伸连接板上竖向设置有锁紧夹片且其下端插在高度调节板上的竖向凹槽中，锁紧机构压紧锁紧夹片使基板a及其上的基板b和基板c相对背板位置固定。

进一步的，所述锁紧机构采用附带手轮的螺钉且其与高度调节板上竖向凹槽的右侧面螺纹连接，转动手轮，螺钉前进并压紧锁紧夹片使锁紧夹片不能移动，使基板a和方向调节台相对背板位置固定，所述第一高度调节单元采用千分尺，第一高度调节单元通过旋转螺纹改变第一高度调节单元的顶部所在位置，进而改变基板a及方向调节台的高度。

进一步的，所述基板c上配有若干个真空吸孔和真空通道，若干个真空吸孔排列在基板c上表面，真空吸孔通过真空通道连通到基板c侧面，并通过管道连接到真空设备上，待调整位置的图形板通过真空吸孔和真空通道被紧密吸附在基板c上。

进一步的，所述第二高度调节单元包括Z方向调节螺栓、Z方向导向螺栓和锁紧螺母，Z方向调节螺栓螺纹安装于基板b上，Z方向调节螺栓下表面始终与基板a上表面接触，Z方向导向螺栓穿过Z方向调节螺栓并沿竖直方向螺栓固定在基板a上，旋转Z方向调节螺栓改变基板b及基板c所处位置的高度，锁紧螺母锁紧Z方向调节螺栓进行基板b的位置固定。

进一步的，所述Z方向调节螺栓包括螺杆一，螺杆一的头部截面呈正多边形，旋转头部并带动螺杆一旋转，Z方向调节螺栓沿竖直方向通过螺杆一的螺纹安装于基板b上，Z方向调节螺栓中央开有通孔，Z方向导向螺栓包括螺杆二，螺杆二的头部截面呈正多边形，旋转头部并带动螺杆二旋转，螺杆二穿过Z方向调节螺栓上的通孔并通过螺栓固定在基板a上，螺杆二的头部压紧Z方向调节螺栓的上表面，使Z方向调节螺栓下表面始终与基板a上表面接触。

进一步的，所述X向调节单元包括若干个X方向导向块和X方向推进部件，X方向推进部件设有两个且分别位于基板c前后两侧，每个X方向推进部件的左右两侧分别设置一个X方向导向块，通过X方向推进部件推动基板c相对基板b进行X方向运动。

进一步的，所述X方向推进部件包括螺纹连接的螺杆和固定块，螺杆穿过固定块再与Y向调节单元的Y方向导向滑板相接触，旋转螺杆并推动Y方向导向滑板，推动基板c相对基板b进行X方向运动。

进一步的，所述Y向调节单元包括Y方向导向滑板和Y方向推进部件，所述Y方向导向滑板设有两个且其上分别开有凹槽，每个凹槽内放置有X方向调整单元的X方向推进部件，每个Y方向导向滑板两端分别设置有X方向调整单元的X方向导向块，Y方向导向滑板在基板b上表面在X方向推进部件的推动下沿X方向滑动，Y方向推进部件设有两个且分别设置于基板c左右两侧且与X方向调整单元成直角分布，通过Y方向推进部件推动基板c相对基板b进行Y方向运动。

进一步的，所述Y方向推进部件前端设有滚珠，所述Y方向推进部件包括旋转螺杆和固定块一，旋转螺杆和固定块一螺纹连接，旋转螺杆穿过固定块一再与基板c接触，旋转螺杆旋转并推动基板c相对基板b进行Y方向运动。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明公开了一种带有重力补偿机构的五维方向调节系统，包括背板、方向调节台和重力补偿机构，背板与方向调节台互相垂直设置，方向调节台包括由下至上依次设置的基板a、基板b和基板c，基板b通过第二高度调节单元固定在基板a上，基板c上放置待调整位置的图形板，基板a相对背板竖向往复运动，背板上安装锁紧机构和第一高度调节单元，基板a侧面安装延伸连接板，第一高度调节单元顶部支撑于延伸连接板下面，调整第一高度调节单元使其顶部竖向运动，推动延伸连接板同步移动并带动基板a同步竖向移动，通过锁紧机构锁定基板a位置不动，重力补偿机构包括若干个竖向排列的预拉伸或预压缩的弹簧，所述弹簧的两端分别连接在背板和基板a上，弹簧的弹力始终保持向上，通过弹簧的弹力抵消平台及安装在平台上其它所有部件的50-99%的重量，第二高度调节单元设有三个且分别竖直设置于基板b的三个角处，通过调节三个高度调节单元的高度调节基板b的高度、倾斜角度与俯仰角度，基板b上固定安装X向调节单元和Y向调节单元，通过调节X向调节单元和Y向调节单元使基板c带动其上的待调整位置的图形板相对基板b进行X方向和/或Y方向运动。本发明提供的带有重力补偿机构的五维方向调节系统，能够通过旋转第一高度调节单元推动基板a、基板b和基板c在铅直方向快速调节高度，配有千分尺便于进行精密的高度调整，精准度高，具有较高的调整分辨率，避免锁紧时产生直接的锁紧误差，通过三个高度调节单元设置不同高度实现基板b和基板c的倾斜与俯仰角度的调节，通过三个高度调节单元设置相同高度实现基板b和基板c的高度调节，并可通过锁紧螺母锁紧Z方向调节螺纹使其不再转动，实现位置固定，通过X方向调整单元和Y方向调整单元推动基板c相对基板b进行X方向或Y方向运动，X方向的位置调整、Y方向的位置调整、倾斜和俯仰角度的调整可以独立进行，互不干扰，实现五维调节目的，结构简单、牢靠，提高了装置的稳定性及重复性，操作方便，更适合广泛推广使用。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的右视图；

图3为本发明的俯视图；

图4为本发明的局部放大图；

图5为本发明的图4的剖视图；

图6为本发明的局部剖视图；

其中，1.背板，2. 基板a，3.延伸连接板，4.锁紧夹片，5.高度调节板，6.重力补偿机构，7.滑动导轨，8.锁紧机构，9. 第一高度调节单元，12-基板b，13-基板c，14-Z方向调节螺栓，15-Z方向导向螺栓，16-锁紧螺母，17-X方向导向块，18-Y方向导向滑板，19-X方向推进部件，20-Y方向推进部件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1-6所示，一种带有重力补偿机构的五维方向调节系统，包括背板1、方向调节台和重力补偿机构6，背板1与方向调节台互相垂直设置，背板1竖直放置，方向调节台包括由下至上依次设置的基板a 2、基板b 12和基板c 13，基板b 12通过第二高度调节单元固定在基板a 2上，基板c 13上放置待调整位置的图形板，待调整位置的图形板可通过吸盘吸附于基板c 13上或采用其他机械固定方式固定于基板c 13上，方向调节台相对背板1竖向往复运动，背板1上竖向设置若干条滑动导轨7，基板a 2朝向背板1的一面安装沿滑动导轨7竖向滑动的滑块，基板a 2通过滑块与背板1连接并跟随滑块沿滑动导轨7竖向往复滑动，背板1上安装锁紧机构8和第一高度调节单元9，基板a 2侧面安装延伸连接板3，第一高度调节单元9顶部支撑于延伸连接板3下面，使基板a 2及与其相连接的基板b 12、基板c 13、滑块、延伸连接板3和锁紧夹片4不会在其重力作用下沿着滑动导轨7下滑，旋转第一高度调节单元9使其顶部向上或向下移动，同步带动延伸连接板3同步竖向移动并带动基板a 2及与其连接的基板b 12和基板c 13同步移动，通过锁紧机构8锁定基板a 2位置不动，重力补偿机构6包括若干个竖向排列的预拉伸或预压缩的弹簧，每个弹簧的两端分别连接在背板1和基板a 2上，弹簧的弹力始终保持向上，，弹簧的弹力可以使基板a 2通过滑块沿滑动导轨7竖向滑动，还可通过弹簧的弹力抵消基板a 2及安装在基板a 2上其它所有部件的50-99%重量，第二高度调节单元设有三个且分别竖直设置于基板b 12的三个角处，通过调节三个高度调节单元的高度调节基板b 12及其上基板c 13的高度、倾斜角度与俯仰角度，可独立运行，互不干扰，基板b 12上安装X向调节单元和Y向调节单元，通过调节X向调节单元和/或Y向调节单元使基板c 13带动其上的待调整位置的图形板相对基板b 12进行X方向和/或Y方向运动，可独立运行，互不干扰。

背板1上安装高度调节板5，高度调节板5上竖向安装第一高度调节单元9，高度调节板5一侧还安装锁紧机构8，延伸连接板3上竖向设置有锁紧夹片4且其下端插在高度调节板5上的竖向凹槽中，竖向凹槽为一条狭缝，锁紧机构8采用附带手轮的螺钉且其与高度调节板5上竖向凹槽的右侧面螺纹连接，螺钉伸入高度调节板5上竖向凹槽右侧面的螺纹孔内且二者通过螺纹相连，形成一对螺旋副，采用现有技术即可，转动手轮，带动螺钉同步转动并前后移动，具体操作为：锁紧夹片4插入高度调节板5中间的竖向凹槽中，在锁紧机构8不锁紧的状态下，锁紧夹片4在高度调节板5的竖向凹槽中可以自由上下滑动，转动附带手轮的螺钉使螺钉前进（向左移动）时，附带手轮的螺钉前端穿过竖向凹槽右侧面的螺纹孔并与锁紧夹片4接触，压紧锁紧夹片4使锁紧夹片4不能移动，使基板a 2及与其相连接的滑块和延伸连接板3相对背板1位置固定；转动手轮，螺钉后退（向右移动）时，螺钉及其前端远离锁紧夹片4，锁紧夹片4解锁，使基板a 2及与其相连接的滑块和延伸连接板3能够通过第一高度调节单元9相对背板1能够相对运动，此时，锁紧夹片4在高度调节板5的槽中可以自由上下滑动。第一高度调节单元9采用高度调节千分尺，可实时显示基板a 2所在高度位置，通过旋转螺纹改变第一高度调节单元9顶部所在位置，进而推动延伸连接板3带动基板a 2整体铅直移动，调节距离可精确控制，精准定位。

第二高度调节单元包括Z方向调节螺栓14、Z方向导向螺栓15和锁紧螺母16，Z方向调节螺栓14螺纹安装于基板b 12上，Z方向调节螺栓14下表面始终与基板a 2上表面接触，Z方向导向螺栓15穿过Z方向调节螺栓14并沿竖直方向螺栓固定在基板a 2上，旋转Z方向调节螺栓14改变基板b 12所处位置的高度，锁紧螺母16锁紧Z方向调节螺栓14进行基板b 12的位置固定。

Z方向调节螺栓14包括螺杆一，Z方向调节螺栓14沿竖直方向通过螺杆一的螺纹安装于基板b 12上，Z方向调节螺栓14中央开有通孔，Z方向导向螺栓15包括螺杆二，螺杆二穿过Z方向调节螺栓14上的通孔并螺栓固定于基板a 2上，螺杆二的头部压紧Z方向调节螺栓14的上表面，使Z方向调节螺栓14下表面始终与基板a 2上表面接触，通过扳手等工具旋转螺杆一的头部并带动螺杆一旋转，旋转螺杆二的头部并带动螺杆二旋转，螺杆一和螺杆二的头部截面均呈正多边形，可根据实际需求设置外部正多边形或内凹正多边形。

X向调节单元包括若干个X方向导向块17和X方向推进部件19，X方向推进部件19设有两个且分别位于基板c 13前后两侧，每个X方向推进部件19的左右两侧分别设置一个X方向导向块17，X方向导向块17设有四个，与基板b 12螺栓或螺纹连接，可拆卸，位于同侧的两个X方向导向块17之间设置一个Y方向导向滑板18，X方向推进部件19包括螺纹连接的螺杆和固定块，螺杆穿过固定块再与Y向调节单元的Y方向导向滑板18相接触，旋转螺杆并推动Y方向导向滑板18，推动基板c 13相对基板b 12进行X方向运动，调整基板c 13在X方向的位置，X方向导向块17固定于基板b 12上时限定基板c 13在X和Y方向的移动。

Y向调节单元包括Y方向导向滑板18和Y方向推进部件20，Y方向导向滑板18设有两个且其上分别开有凹槽，每个凹槽内放置有X向调节单元的X方向推进部件19，每个Y方向导向滑板18两端分别设置X方向调整单元的X方向导向块7，Y方向导向滑板18在基板b 12上表面在X方向推进部件19的推动下沿X方向滑动，Y方向推进部件20设有两个且分别设置于基板c 13左右两侧且与X方向调整单元成直角分布，通过Y方向推进部件20推动基板c 13相对基板b 12进行Y方向运动，Y方向推进部件20前端设有滚珠，使基板c 13可以在X方向顺畅移动，Y方向推进部件20包括旋转螺杆和固定块一，旋转螺杆和固定块一螺纹连接，旋转螺杆穿过固定块一再与基板c 13接触，旋转螺杆旋转并左右移动，推动基板c 13相对基板b 12进行Y方向运动，Y方向导向滑板18限定基板13在Y方向移动，Y方向导向滑板18在基板b 12上表面在X方向推进部件19的推动下沿X方向滑动，基板c 13在X方向的位置调整、Y方向的位置调整以及倾斜和俯仰角度调整可以独立进行，互不干扰。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种带有重力补偿机构的五维方向调节系统，其特征在于，包括背板（1）、方向调节台和重力补偿机构（6），所述背板（1）与方向调节台互相垂直设置，方向调节台包括由下至上依次设置的基板a（2）、基板b（12）和基板c（13），基板b（12）通过第二高度调节单元固定在基板a（2）上，基板c（13）上放置待调整位置的图形板，方向调节台相对背板（1）竖向往复运动，所述背板（1）上安装锁紧机构（8）和第一高度调节单元（9），基板a（2）侧面安装延伸连接板（3），第一高度调节单元（9）顶部支撑于延伸连接板（3）下面，调整第一高度调节单元（9）使其顶部竖向运动，推动延伸连接板（3）同步竖向移动并带动基板a（2）及与其连接的基板b（12）和基板c（13）同步移动，通过锁紧机构（8）锁定基板a（2）位置不动，重力补偿机构（6）包括若干个竖向排列的预拉伸或预压缩的弹簧，所述弹簧的两端分别连接在背板（1）和基板a（2）上，弹簧的弹力始终保持向上，通过弹簧的弹力抵消平台及安装在平台上其它所有部件的50-99%的重量，所述第二高度调节单元设有三个且分别竖直设置于基板b（12）的三个角处，通过调节三个高度调节单元的高度调节基板b（12）及其上基板c（13）的高度、倾斜角度与俯仰角度，基板b（12）上安装X向调节单元和Y向调节单元，通过调节X向调节单元和Y向调节单元使基板c（13）带动其上的待调整位置的图形板相对基板b（12）进行X方向和/或Y方向运动。

2.根据权利要求1所述的一种带有重力补偿机构的五维方向调节系统，其特征在于，所述背板（1）上竖向设置若干条滑动导轨（7），基板a（2）上安装沿滑动导轨（7）竖向滑动的滑块。

3.根据权利要求1所述的一种带有重力补偿机构的五维方向调节系统，其特征在于，所述背板（1）上安装高度调节板（5），高度调节板（5）上竖向安装第一高度调节单元（9），高度调节板（5）一侧还安装锁紧机构（8），延伸连接板（3）上竖向设置有锁紧夹片（4）且其下端插在高度调节板（5）上的竖向凹槽中，锁紧机构（8）压紧锁紧夹片（4）使基板a（2）相对背板（1）位置固定。

4.根据权利要求1或3所述的一种带有重力补偿机构的五维方向调节系统，其特征在于，所述锁紧机构（8）采用附带手轮的螺钉且其与高度调节板（5）上竖向凹槽的右侧面螺纹连接，转动手轮，螺钉前进并压紧锁紧夹片（4）使锁紧夹片（4）不能移动，使基板a（2）相对背板（1）位置固定。

5.根据权利要求1所述的一种带有重力补偿机构的五维方向调节系统，其特征在于，所述第二高度调节单元包括Z方向调节螺栓（14）、Z方向导向螺栓（15）和锁紧螺母（16），Z方向调节螺栓（14）螺纹安装于基板b（12）上，Z方向调节螺栓（14）下表面始终与基板a（2）上表面接触，Z方向导向螺栓（15）穿过Z方向调节螺栓（14）并沿竖直方向螺栓固定在基板a（2）上，旋转Z方向调节螺栓（14）改变基板b（12）所处位置的高度，锁紧螺母（16）锁紧Z方向调节螺栓（14）进行基板b（12）的位置固定。

6.根据权利要求5所述的一种带有重力补偿机构的五维方向调节系统，其特征在于，所述Z方向调节螺栓（14）包括螺杆一，Z方向调节螺栓（14）沿竖直方向通过螺杆一的螺纹安装于基板b（12）上，Z方向调节螺栓（14）中央开有通孔，Z方向导向螺栓（15）包括螺杆二，螺杆二穿过Z方向调节螺栓（14）上的通孔并螺栓固定于基板a（2）上，螺杆二的头部压紧Z方向调节螺栓（14）的上表面，使Z方向调节螺栓（14）下表面始终与基板a（2）上表面接触。

7.根据权利要求1所述的一种带有重力补偿机构的五维方向调节系统，其特征在于，所述X向调节单元包括若干个X方向导向块（17）和X方向推进部件（19），X方向推进部件（19）设有两个且分别位于基板c（13）前后两侧，每个X方向推进部件（19）的两侧分别设置一个X方向导向块（17），通过X方向推进部件（19）推动基板c（13）相对基板b（12）进行X方向运动。

8.根据权利要求7所述的一种带有重力补偿机构的五维方向调节系统，其特征在于，所述X方向推进部件（19）包括螺纹连接的螺杆和固定块，螺杆穿过固定块再与Y向调节单元的Y方向导向滑板（18）相接触，旋转螺杆并推动Y方向导向滑板（18），推动基板c（13）相对基板b（12）进行X方向运动。

9.根据权利要求1所述的一种带有重力补偿机构的五维方向调节系统，其特征在于，所述Y向调节单元包括Y方向导向滑板（18）和Y方向推进部件（20），所述Y方向导向滑板（18）设有两个且其上分别开有凹槽，每个凹槽内放置有X向调节单元的X方向推进部件（19），每个Y方向导向滑板（18）两端分别设置X方向调整单元的X方向导向块（17 ），Y方向导向滑板（18）在基板b（12）上表面在X方向推进部件（19）的推动下沿X方向滑动，Y方向推进部件（20）设有两个且分别设置于基板c（13）左右两侧且与X方向调整单元成直角分布，通过Y方向推进部件（20）推动基板c（13）相对基板b（12）进行Y方向运动。

10.根据权利要求9所述的一种带有重力补偿机构的五维方向调节系统，其特征在于，所述Y方向推进部件（20）前端设有滚珠，所述Y方向推进部件（20）包括旋转螺杆和固定块一，旋转螺杆和固定块一螺纹连接，旋转螺杆穿过固定块一再与基板c（13）接触，旋转螺杆旋转并推动基板c（13）相对基板b（12）进行Y方向运动。

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