CN111751083B - 一种用于大口径光学元件检测的调整与翻转设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于大口径光学元件检测的调整与翻转设备，包括基座、叉臂、镜室、方位机构、俯仰机构、镜体支撑与保护装置等。方位机构包括轴承构成的方位定心机构和涡轮蜗杆构成的方位调整装置，形成叉臂相对于基座的方位调整运动。俯仰机构包括叉臂两端的俯仰轴系、由俯仰驱动电机和减速机构构成俯仰调整机构，形成镜室相对于叉臂的俯仰调整运动，并具有自锁功能。镜体支撑与保护装置包括吊带侧支撑机构、轴向支撑结构、侧面保护装置和正面保护装置，安装在镜室内部，保证镜体竖直时的支撑精度和安全。辅以安装于镜室正面的三角翻转倒置架，使得设备具备翻转功能。本发明的调整与翻转设备提高了大口径光学元件检测调整时的效率及安全性。

Description

一种用于大口径光学元件检测的调整与翻转设备

技术领域

本发明属于光学加工技术领域，具体涉及到一种用于大口径光学元件检测的调整与翻转设备，本发明装置具备大口径元件刀口检测时的支撑、调整的能力，同时能翻转大口径光学元件。

背景技术

随着天文以及观测技术的发展，光学元件的口径越来越大、精度越来越高，以提高观测分辨率和增大探测距离。大口径光学元件制造是一个“检测-加工”的迭代过程，制造中通过一系列的检测来指导加工，逐步收敛误差，以使光学元件达到设计精度要求。刀口检测作为一种同光路检测方法，具有无可比拟的优势，检测时一般要求光路水平且光学元件具备方位和俯仰调整能力；另一方面，大口径镜体支撑系统装调时需将镜体翻转倒扣放置；从而需要一种具备如下功能的检验调整架，一是镜体轴向和侧向支撑能力，且侧向支撑精度能够满足刀口仪检测精度要求；二是方位和俯仰调整能力，将光学元件从水平状态快速便捷地调整为竖直状态以检测，并在检测中进行方位和俯仰精密调整；三是具有翻转功能，能够将光学元件由水平状态翻转180度倒扣朝下，并且保证光学元件的安全；该检测调整与翻转设备须能进行快速安全的操作，适应光学元件加工需求，四是能够满足一定范围内不同口径镜体安装检测的需求。

现有简易检验架不能满足大口径光学元件检测和调试要求，且不具备翻转功能，无法满足要求。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是以地平式调整机构为基础，设计大口径光学镜面检测调整和翻转的设备，以满足大口径光学元件加工检测中的姿态调整、翻转、侧向支撑精度的要求。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于大口径光学元件检测的调整与翻转设备，包括基座、叉臂、镜室、方位定心机构、方位调整装置、镜体支撑与保护装置，所述方位定心机构包括轴承，所述轴承为圆柱滚子轴承，轴承的内圈与基座固定连接，轴承的外圈与叉臂底面中心固定连接，所述方位定心机构构成叉臂相对于基座的旋转中心，所述方位调整装置包括设置于叉臂所在平面一侧的左涡轮蜗杆调节机构和对称设置于叉臂所在平面另一侧的右涡轮蜗杆调节机构，叉臂在左涡轮蜗杆调节机构或右涡轮蜗杆调节机构的单独推动下绕所述旋转中心双向旋转，叉臂在左涡轮蜗杆调节机构和右涡轮蜗杆调节机构共同作用下锁紧定位，所述镜室可俯仰旋转地安装于叉臂两端，镜体通过镜体支撑与保护装置安装于所述镜室中。

更进一步的，所述基座的两侧底面上安装有多个万向球钢珠滚轮，用于承担叉臂，承担叉臂、镜室、镜体的重力载荷。

更进一步的，所述叉臂通过安装在两端的俯仰轴系统与镜室连接，并通过俯仰调整机构驱动镜室俯仰旋转，所述镜室的两侧均设有耳轴，所述叉臂两端均设有轴承座，所述俯仰轴系统包括耳轴轴承、轴承座，所述耳轴轴承为调心球轴承，所述耳轴通过耳轴轴承安装于轴承座中，所述俯仰调整机构包括俯仰驱动电机、俯仰轴行星减速器、俯仰轴减速蜗杆，镜室一侧的耳轴上固定连接有俯仰轴减速涡轮，所述俯仰驱动电机经由俯仰轴行星减速器与俯仰轴减速蜗杆相连，通过俯仰轴减速涡轮驱动镜室做俯仰运动。

更进一步的，所述镜室的内部底面为井字形，外框为六边形，所述镜体支撑与保护装置包括吊带侧支撑机构、轴向支撑结构、侧面保护装置和正面保护装置，所述镜室作为吊带侧支撑机构和轴向支撑结构、侧面保护装置和正面保护装置的安装基座。

更进一步的，所述轴向支撑结构包括若干套螺杆升降调节装置，所述套螺杆升降调节装置包括轴向支撑调节螺杆、轴向支撑垫，轴向支撑调节螺杆与轴向支撑垫之间通过球头连接，所述轴向支撑调节螺杆的一端设置于井字形底面上，另一端与轴向支撑垫相连，所述轴向支撑垫上安装有轴向支撑聚氨酯垫。

更进一步的，所述吊带侧支撑机构包括柔性吊带、吊带U块、吊带调节螺杆、吊带螺杆限位块、吊带螺杆调节螺母，所述柔性吊带与镜体的侧面接触，所述柔性吊带与吊带U块相连，所述吊带调节螺杆的一端与吊带U块固定连接，另一端与镜室相连接，通过吊带螺杆限位块调整镜体相对于镜室的前后和左右的距离，利用吊带螺杆调节螺母微调吊带的长度。

更进一步的，所述侧面保护装置包括若干个螺杆调节机构，所述螺杆调节机构包括侧保护螺杆、侧保护垫块，所述侧保护螺杆的一端与侧保护垫块通过球头连接，另一端设置于六边形外框上，所述侧保护垫块上安装有聚四氟乙烯垫片。

更进一步的，所述正面保护装置设置有两个，分别布置于镜室的最高点和最低点，所述正面保护装置包括正面保护块，所述正面保护块固定设置于镜室上，所述正面保护块上设置有正面保护聚氨酯垫，所述正面保护聚氨酯垫与镜体之间不直接接触。

更进一步的，还包括正面三角翻转倒置架，所述正面三角翻转倒置架为三角形结构，三角处设置有横梁，横梁上分别安装有正面压紧机构，所述正面压紧机构包括轴向支撑调节螺杆、轴向支撑垫，螺杆与支撑垫之间通过球头连接，所述轴向支撑调节螺杆的一端设置于横梁上，另一端与轴向支撑垫相连，所述轴向支撑垫上安装有轴向支撑聚氨酯垫，工作时，三角顶点处固定在镜室上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明采用蜗轮蜗杆通用减速器作为俯仰轴的驱动装置，当驱动出现故障时，整个俯仰运动会由于蜗轮蜗杆传动的自锁性而保证大口径光学元件的安全。利用双蜗轮蜗杆推拉机构进行范围调整，具备微调和锁紧的功能。

2、本发明的设备具有底支撑、吊带侧支撑、侧保护、正面保护等子系统，能够满足镜体安装、位置调整、测试调整中安全等多项要求的同时，提供较高的侧支撑精度满足测试要求。同时通过调整吊带的长度和安装位置，适用于不同尺寸的大口径光学元件测试调整，具有很好的普适性。

3、本发明选用矩形钢等型材焊接结构作为框架，可以保证结构刚度和强度以承受住大口径光学元件的较大质量，同时又能尽量减小整个设备的质量。

4、本发明的翻转设备提高了大口径光学元件翻转操作的效率及安全性。

附图说明

图1为实施例中光学元件检测调整与翻转的设备的主视图；

图2为实施例中光学元件检测调整与翻转的设备的后视图；

图3为实施例中光学元件检测调整与翻转的设备的右视图；

图4为实施例中光学元件检测调整与翻转的设备的俯视图；

图5为实施例中基座的俯视图；

图6为实施例中方位定心机构的剖视图；

图7为实施例中左轴承座的剖视图；

图8为实施例中正面三角翻转倒置架的俯视图。

图中：1、基座，2、叉臂，3、镜室，4、吊带侧支撑机构，5、侧面保护装置，6、正面保护装置，7、轴向支撑结构，8、方位定心机构，9、方位调整装置， 10、俯仰轴系统，11、俯仰调整机构，12、正面三角翻转倒置架，13、镜体，14、地平调整垫，15、万向球钢珠滚轮，16、柔性吊带，17、吊带插销，18、吊带U 块，19、吊带调节螺杆，20、吊带螺杆调节螺母，21、吊带螺杆限位块，22、侧保护螺杆，23、侧保护垫块，24、正面保护块，25、正面保护聚氨酯垫，26、轴向支撑调节螺杆，27、轴向支撑垫，28、轴向支撑聚氨酯垫，29、定心凸台，30、定心轴承，31、定心套环，32、左涡轮蜗杆调节机构，33、右涡轮蜗杆调节机构， 34、左轴承座，35、左耳轴轴承，36、左耳轴，37、右轴承座，38、右耳轴，39、俯仰驱动电机，40、俯仰轴行星减速器，41、俯仰轴减速蜗杆，42、俯仰轴减速涡轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本实施例提供一种如图1-8所示的用于大口径光学元件检测调整与翻转的设备，具体技术方案如下：

如图1、图2、图8所示，大口径光学元件检测调整与翻转的设备包括桁架式基座1、叉臂2、镜室3、吊带侧支撑机构4、侧面保护装置5、正面保护装置 6、轴向支撑结构7、方位定心机构8、方位调整装置9、俯仰轴系统10、俯仰调整机构11、正面三角翻转倒置架12、镜体13等部分构成。

基座1是检测调整与翻转的设备的安装基础；如图1和图5，基座为矩形焊接桁架式结构，矩形两短边侧安装有多个万向球钢珠滚轮15，用以承担叉臂，承担叉臂、镜室、镜体的重力载荷。基座中心安装方位定心机构8，构成叉臂相对于基座的方位调整旋转中心。方位调整范围为±15度。基座侧面安装有方位调整装置9，用于推动叉臂旋转。基座1的四角安装有地平调整垫14，用于调整基座的水平。

如图6所示，方位定心机构8为圆柱滚子轴承定心结构，轴承30内圈通过定心凸台29与基座1固连，外圈通过定心环套31与叉臂2的中心固连接，轴承中心为方位调整旋转中心。

如图3-4所示，方位调整装置9为蜗轮蜗杆推拉机构，左涡轮蜗杆调节机构 32和右涡轮蜗杆调节机构33通过转接板固定在基座1上，蜗杆推动叉臂2绕方位定心机构8旋转。通过双蜗轮蜗杆对推能实现双向调整和锁紧，调整时先手动旋转一侧涡轮，松开此侧的蜗杆后，再手动调整另一侧涡轮以推动叉臂旋转到指定位置后，锁紧另一侧涡轮。

如图1所示，叉臂2为U形焊接件，叉臂底面中心通过方位定心机构8与基座1形成方位旋转连接。叉臂2通过安装在两端的俯仰轴系统10与镜室3连接，具体连接方式为镜室通过左耳轴36、左轴承座34和右耳轴38、右轴承座37与叉臂相连。如图7所示，俯仰轴系统10采用调心球轴承。

俯仰调整机构11的俯仰驱动电机39经由俯仰轴行星减速器40与俯仰轴减速蜗杆41相连，通过与右耳轴38固连的俯仰轴减速涡轮42驱动镜室3左俯仰运动，实现吊装加工态时水平向、刀口检测时的竖直向、翻转时的倒扣向之间的运动变换。具有自锁能力，能保证安全调整。

如图1-2所示，镜室3为矩形管型材焊接结构，内部底面内井字形，外框为六边形，立柱和上横梁之间用斜筋加强结构。镜室作为吊带侧支撑机构4和轴向支撑结构7的安装基座，以安装大口径镜体13，并提供侧面保护装置5和正面保护装置6，以确保镜体安全。

轴向支撑结构7由均布于底部环带上的3套螺杆升降调节装置构成，作为镜体轴向支撑，并对镜体进行升降调整。每套包含轴向支撑调节螺杆26、轴向支撑垫27、轴向支撑聚氨酯垫28，轴向支撑调节螺杆26与轴向支撑垫27之间通过球头连接，保证即使存在轻微倾斜时，3个轴向支撑垫都能与镜体底面完全接触。

如图2所示，镜室的侧支撑为吊带侧支撑机构4，与镜体13接触的柔性吊带 16通过吊带插销17与吊带U块18相连，固连于吊带U块18的吊带调节螺杆 19与镜室相连接，并利用吊带螺杆限位块21调整相对于镜室的前后和左右的距离，利用吊带螺杆调节螺母20细微调节吊带的长度。

如图1和图2所示，侧面保护装置5为6套，布置于镜面的侧面，每套侧保护机构由侧保护螺杆22、侧保护垫块23构成，两者之间通过球头连接，且侧保护垫块23上粘贴有聚四氟乙烯垫片。调整侧保护螺杆22以控制侧保护垫块23 距离镜体1 3侧面的距离。

如图1所示，正面保护装置6由用螺母固定在镜室上的正面保护块24和固定于其上的正面保护聚氨酯垫25构成，在镜室的最高点和最低点分别布置一个。当镜室处于竖直状态时，用于保护镜面不发生大的滑脱以保证镜体13的安全。正面保护聚氨酯垫25与镜体13之间不直接向接触。

如图8所示，正面三角翻转倒置架12为用矩形钢焊接的三角形结构，三角焊接有小横梁，小横梁上分别安装有与轴向支撑结构7类似的正面压紧机构。工作时，其三角顶点处用螺钉固定在镜室上，如图2和图8所示，调节轴向支撑结构7和正面压紧机构以固定镜体13的位置。

本实施例设备的安装调整基本过程如下：

(1)镜体吊装：为保证镜体吊装后镜体、镜室、侧支撑、保护装置等组合体的重心处于耳轴上，需预先计算镜体相对于镜室的位置。然后如图2，调整上、上左、上右侧面保护装置到指定位置以限制镜体在镜室平面内的位置，调整轴向支撑结构7到计算位置，通过上述两个调整，确保组合体重心位置。尔后调整吊带侧支撑机构4的位置，使其较紧与镜体下侧面接触，最后调整其它侧保护机构、安装正面保护装置6。

(2)镜体测量：镜体吊装完毕后，操作俯仰驱动电机39以驱动镜室3绕耳轴旋转至镜体竖直状态，精密调整方位调整装置9和俯仰调整机构11到检测姿态。

(3)镜体翻转：为保证镜体翻转时镜体、镜室、侧支撑、保护装置、正面三脚架等组合体的重心处于耳轴上，需预先计算镜体相对于镜室的位置。然后调整上、上左、上右侧面保护装置到指定位置以限制镜体在镜室平面内的位置，调整轴向支撑结构7到计算位置，通过上述两个调整，确保组合体重心位置。尔后调整吊带侧支撑机构4的位置，使其较紧与镜体下侧面接触，调整其它侧保护机构到与镜体13紧密接触。正面三角翻转倒置架12，并调整其上3套正面螺杆式压紧机构，从正面将镜体13牢固固定在镜室3之中。操作俯仰驱动电机39以驱动镜室13绕耳轴旋转至镜体倒扣状态。

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 (2)

1.一种用于大口径光学元件检测的调整与翻转设备，其特征在于：包括基座(1)、叉臂(2)、镜室(3)、方位定心机构(8)、方位调整装置(9)、镜体支撑与保护装置，所述方位定心机构(8)包括轴承(30)，所述轴承(30)为圆柱滚子轴承，轴承(30)的内圈与基座(1)固定连接，轴承(30)的外圈与叉臂(2)底面中心固定连接，所述方位定心机构(8)构成叉臂(2)相对于基座(1)的旋转中心，所述方位调整装置(9)包括设置于叉臂(2)所在平面一侧的左涡轮蜗杆调节机构(32)和对称设置于叉臂(2)所在平面另一侧的右涡轮蜗杆调节机构(33)，叉臂(2)在左涡轮蜗杆调节机构(32)或右涡轮蜗杆调节机构(33)的单独推动下绕所述旋转中心双向旋转，叉臂(2)在左涡轮蜗杆调节机构(32)和右涡轮蜗杆调节机构(33)共同作用下锁紧定位，所述镜室(3)可俯仰旋转地安装于叉臂(2)两端，镜体(13)通过镜体支撑与保护装置安装于所述镜室(3)中；所述基座(1)的两侧底面上安装有多个万向球钢珠滚轮(15)，用于承担叉臂(2)，承担叉臂(2)、镜室(3)、镜体(13)的重力载荷；

所述镜室(3)的内部底面为井字形，外框为六边形，所述镜体支撑与保护装置包括吊带侧支撑机构(4)、轴向支撑结构(7)、侧面保护装置(5)和正面保护装置(6)，所述镜室(3)作为吊带侧支撑机构(4)和轴向支撑结构(7)、侧面保护装置(5)和正面保护装置(6)的安装基座；

所述轴向支撑结构(7)包括若干套螺杆升降调节装置，所述套螺杆升降调节装置包括轴向支撑调节螺杆(26)、轴向支撑垫(27)，轴向支撑调节螺杆(26)与轴向支撑垫(27)之间通过球头连接，所述轴向支撑调节螺杆(26)的一端设置于井字形底面上，另一端与轴向支撑垫(27)相连，所述轴向支撑垫(27)上安装有轴向支撑聚氨酯垫(28)；

所述吊带侧支撑机构(4)包括柔性吊带(16)、吊带U块(18)、吊带调节螺杆(19)、吊带螺杆限位块(21)、吊带螺杆调节螺母(20)，所述柔性吊带(16)与镜体(13)的侧面接触，所述柔性吊带(16)与吊带U块(18)相连，所述吊带调节螺杆(19)的一端与吊带U块(18)固定连接，另一端与镜室(3)相连接，通过吊带螺杆限位块(21)调整镜体(13)相对于镜室(3)的前后和左右的距离，利用吊带螺杆调节螺母(20)微调吊带的长度；

所述侧面保护装置(5)包括若干个螺杆调节机构，所述螺杆调节机构包括侧保护螺杆(22)、侧保护垫块(23)，所述侧保护螺杆(22)的一端与侧保护垫块(23)通过球头连接，另一端设置于六边形外框上，所述侧保护垫块(23)上安装有聚四氟乙烯垫片；

所述正面保护装置(6)设置有两个，分别布置于镜室(3)的最高点和最低点，所述正面保护装置(6)包括正面保护块(24)，所述正面保护块(24)固定设置于镜室(3)上，所述正面保护块(24)上设置有正面保护聚氨酯垫(25)，所述正面保护聚氨酯垫(25)与镜体(13)之间不直接接触；

所述调整与翻转设备还包括正面三角翻转倒置架(12)，所述正面三角翻转倒置架(12)为三角形结构，三角处设置有横梁，横梁上分别安装有正面压紧机构，所述正面压紧机构包括轴向支撑调节螺杆、轴向支撑垫，螺杆与支撑垫之间通过球头连接，所述轴向支撑调节螺杆的一端设置于横梁上，另一端与轴向支撑垫相连，所述轴向支撑垫上安装有轴向支撑聚氨酯垫，工作时，三角顶点处固定在镜室(3)上。

2.根据权利要求1所述的一种用于大口径光学元件检测的调整与翻转设备，其特征在于：所述叉臂(2)通过安装在两端的俯仰轴系统(10)与镜室(3)连接，并通过俯仰调整机构(11)驱动镜室(3)俯仰旋转，所述镜室(3)的两侧均设有耳轴，所述叉臂(2)两端均设有轴承座，所述俯仰轴系统(10)包括耳轴轴承、轴承座，所述耳轴轴承为调心球轴承，所述耳轴通过耳轴轴承安装于轴承座中，所述俯仰调整机构(11)包括俯仰驱动电机(39)、俯仰轴行星减速器(40)、俯仰轴减速蜗杆(41)，镜室(3)一侧的耳轴上固定连接有俯仰轴减速涡轮(42)，所述俯仰驱动电机(39)经由俯仰轴行星减速器(40)与俯仰轴减速蜗杆(41)相连，通过俯仰轴减速涡轮(42)驱动镜室(3)做俯仰运动。

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