CN114047590B - 六自由度调整装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种六自由度调整装置，涉及精密机械技术领域。该六自由度调整装置包括线性调整模块(1)，用于实现待调整光学元件在X向、Y向和Z向的位移调整；角度调整模块(2)，设置于线性调整模块(1)的下部，用于实现待调整光学元件在Theta X向、Theta Y向和Theta Z向的角度调整。本发明的线性调整模块(1)包络于角度调整模块(2)的上部，形成内外嵌套的结构形式。同时，线性调整模块(1)采用内外嵌套的形式，并向下扩展逐渐包络角度调整模块(2)。本发明采用了多层包络相互嵌入的方式，在对待调整光学元件进行六自由度精密定位的同时，提高了装置空间体积的紧凑性。
Description
技术领域
本发明涉及精密机械技术领域，具体涉及光学测量、精密检测、精细加工和半导体装备技术领域，更具体地涉及一种六自由度调整装置。
背景技术
随着光学测量、精密检测、精细加工以及半导体光刻制造业的发展。各种工业设备尤其是精密设备的设计趋向于多功能化、高精度化、结构紧凑化，必然要求其内部零件也有相同的发展趋势，逐渐朝着高精度、精密、紧凑的方向发展，以达到高效、低功耗、占用空间小的目标。
目前，常用市场存在单自由度、多自由度线性及角度调整的各种机构，以单轴线性或角度调节为基本单元，由此叠加实现多自度的调节功能，但经过叠加后往往体积过大，缺少紧凑性的特点，在日益缩小的现代化设备上难以直接应用。另外，市面上存在的多轴位移调整机构，各个自由度调节时会有耦合，当一个方向调节到位时，另一个方向又偏离了理想位置，往往不能独立调节各轴位移，给元件的精密定位带来的极大的不便。为了实现同等量级的精密定位，需要额外的解耦元器件及控制算法，带来成本的提升。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷，本发明提供一种六自由度调整装置，实现各轴独立可调。
本发明提供了一种六自由度调整装置，包括：线性调整模块1，用于实现待调整光学元件在X向、Y向和Z向的位移调整；角度调整模块2，设置于线性调整模块1的下部，用于实现待调整光学元件在Theta X向、Theta Y向和Theta Z向的角度调整。
进一步地，线性调整模块1包括依次嵌套的外层方框103、中层方框107和内层方框116，其中：外层方框103沿Y向相对设置有负Y向调整螺钉101和正Y向调整螺钉102，外层方框103沿Y向可移动地套设于中层方框107外侧；中层方框107沿X向相对设置有负X向调整螺钉106和正X向调整螺钉114，中层方框107沿X向可移动地套设于内层方框116的中部外侧；内层方框116顶部沿Z向设置有外伸的竖向螺杆108，竖向螺杆108伸出内层方框116的接触面装配有锁紧螺母109，竖向螺杆108上与内层方框116顶部的内壁接触面装配有Z向调整螺母110。
进一步地，外层方框103沿Y向可移动地套设于中层方框107外侧，包括：中层方框107底部两端分别沿Y向开设有第一通孔1071和第二通孔1072，外层方框103上固定设置有分别贯穿第一通孔1071和第二通孔1072的第一导杆104和第二导杆105。
进一步地，中层方框107沿X向可移动地套设于内层方框116的中部外侧，包括：内层方框116的中部外侧沿X向开设有第三通孔1161和第四通孔1162，中层方框107上固定设置有分别贯穿第三通孔1161和第四通孔1162的第三导杆113和第四导杆115。
进一步地，内层方框116内部水平设置有Theta Z方框117，Theta Z方框117外侧水平设置有Theta Z逆时针调整螺钉111和Theta Z顺时针调整螺钉112。
进一步地，角度调整模块2包括由上至下依次叠设的Theta X角度调整子模块202、Theta Y角度调整子模块203、上层球面结构204和下层球面结构207，其中：上层球面结构204和下层球面结构207通过拉簧紧固形成球关节；Theta X角度调整子模块202、Theta Y角度调整子模块203和上层球面结构204的中心均开设有圆柱孔，下层球面结构207的顶部固定有沿Z向设置的球面支撑件2071，球面支撑件2071由下至上依次贯穿圆柱孔并固定于一摆块201，摆块201设置于Theta X角度调整子模块202上侧且嵌套于Theta Z方框117内部，摆块201抵接竖向螺杆108。
进一步地，下层球面结构207底部固定有第一压板209和第二压板210，第一压板209和第二压板210的内部固定有光学元件208。
进一步地，第一压板209和第二压板210通过螺栓紧固于下层球面结构207底部，第一压板209和第二压板210向内抵接光学元件208。
进一步地，上层球面结构204的上表面为平面，上层球面结构204的下表面与下层球面结构207的上表面为相互贴合的球面；上层球面结构204和下层球面结构207的球面四角均开设有拉簧通孔，拉簧包括第一拉簧205、第二拉簧206、第三拉簧211和第四拉簧212，第一拉簧205、第二拉簧206、第三拉簧211和第四拉簧212分别贯穿拉簧通孔且将上层球面结构204和下层球面结构207紧固以形成球关节。
进一步地，Theta X角度调整子模块202包括第一外框结构2021，第一外框结构2021的内壁间隔设置有第一滑块2022，第一滑块2022的中心开设有圆柱孔；第一外框结构2021的外侧沿Y向相对设置有外伸的Theta X角度调整螺钉2024和Theta X角度锁紧螺钉2027，Theta X角度调整螺钉2024和Theta X角度锁紧螺钉2027均抵接第一滑块2022；第一外框结构2021的内壁沿Y向相对设置有抵接第一滑块2022的第五导杆2023和第一弹簧2028，第一外框结构2021内壁沿Y向还相对设置有抵接第一滑块2022的第六导杆2025和第二弹簧2026，第五导杆2023和第六导杆2025沿Theta X角度调整螺钉2024的中心轴线对称。
进一步地，Theta Z逆时针调整螺钉111、Theta Z顺时针调整螺钉112和Theta X角度调整螺钉2024均贯穿外层方框103。
进一步地，Theta Y角度调整子模块203包括第二外框结构2031，第二外框结构2031的内壁间隔设置有第二滑块2038，第二滑块2038的中心开设有圆柱孔；第二外框结构2031的外侧沿X向相对设置有外伸的Theta Y角度调整螺钉2036和Theta Y角度锁紧螺钉2033，Theta Y角度调整螺钉2036和Theta Y角度锁紧螺钉2033均抵接第二滑块2038；第二外框结构2031的内壁沿X向相对设置有抵接第二滑块2038的第七导杆2035和第三弹簧2034，第二外框结构2031的内壁沿X向还相对设置有抵接第二滑块2038的第八导杆2037和第四弹簧2032，第七导杆2035和第八导杆2037沿Theta Y角度调整螺钉2036的中心轴线对称。
进一步地，Theta Y角度调整螺钉2036贯穿内层方框116的下部外侧且暴露于外层方框103。
进一步地，Theta X角度调整子模块202、Theta Y角度调整子模块203和上层球面结构204均通过螺栓紧固，Theta X角度调整子模块202通过螺栓固定于Theta Z方框117下侧，Theta X角度调整子模块202和Theta Y角度调整子模块203嵌套于内层方框116内部。
进一步地，负Y向调整螺钉101和正Y向调整螺钉102的内部均抵接中层方框107外侧，负X向调整螺钉106和正X向调整螺钉114的内部均抵接内层方框116的中部外侧，ThetaZ逆时针调整螺钉111和Theta Z顺时针调整螺钉112的内部均抵接摆块201。
进一步地，球面支撑件2071由下至上依次设置有第一球体2071A和第二球体2071B，第一球体2071A的中心面与Theta Y角度调整子模块203中心的圆柱孔相切，第二球体2071B的中心面与Theta X角度调整子模块202中心的圆柱孔相切。
进一步地，球面支撑件2071的顶端与摆块201以卯榫结构紧固。
进一步地，内层方框116底部内壁沿Z向开设有滑槽，上层球面结构204的外侧沿Z向设置有凸块，凸块可滑动地嵌入滑槽。
进一步地，六自由度调整装置采用铝基合金、铁基合金、铜基合金、不锈钢、殷钢、尼龙、塑料或陶瓷材料制作而成。
与现有技术相比，本发明提供的六自由度调整装置，至少具有以下有益效果：
(1)本发明整体上采用线性位移和角度独立调整的结构，在X、Y、Z这三个线性位移调整结构方面采用相互独立的设计，Theta X、Theta Y、Theta Z三个角度调整方面也采用类似的方法，实现了三个角度的独立调节，同时与三个线性位移调节也是独立关系，互不牵连，无须解耦，具有一定成本优势。
(2)在空间体积上，采用内外嵌套的结构形式，使得结构体积减小，提高了紧凑性。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示意性示出了根据本发明实施例的六自由度调整装置的总装图；
图2示意性示出了根据本发明实施例的六自由度调整装置的拆分图；
图3示意性示出了根据本发明实施例的线性调整模块的结构图；
图4示意性示出了根据本发明实施例的线性调整模块的拆分图；
图5示意性示出了根据本发明实施例的角度调整模块的结构图；
图6示意性示出了根据本发明实施例的角度调整模块的拆分图；
图7示意性示出了根据本发明实施例的Theta X角度调整子模块的拆分图；
图8示意性示出了根据本发明实施例的Theta Y角度调整子模块的拆分图。
附图标记说明：
1-线性调整模块；101-负Y向调整螺钉；102-正Y向调整螺钉；
103-外层方框；104-第一导杆；105-第二导杆；106-负X向调整螺钉；
107-中层方框；108-竖向螺杆；109-锁紧螺母；110-Z向调整螺母；
111-Theta Z逆时针调整螺钉；112-Theta Z顺时针调整螺钉；
113-第三导杆；114-正X向调整螺钉；115-第四导杆；116-内层方框；
117-Theta Z方框；2-角度调整模块；201-摆块；
202-Theta X角度调整子模块；203-Theta Y角度调整子模块；
204-上层球面结构；205-第一拉簧；206-第二拉簧；207-下层球面结构；
208-光学元件；209-第一压板；210-第二压板；211-第三拉簧；
212-第四拉簧；2021-第一外框结构；2022-第一滑块；2023-第五导杆；
2024-Theta X角度调整螺钉；2025-第六导杆；2026-第二弹簧；
2027-Theta X角度锁紧螺钉；2028-第一弹簧；2031-第二外框结构；
2032-第四弹簧；2033-Theta Y角度锁紧螺钉；2034-第三弹簧；
2035-第七导杆；2036-Theta Y角度调整螺钉；2037-第八导杆；
2038-第二滑块；1071-第一通孔；1072-第二通孔；1161-第三通孔；
1162-第四通孔；2071-球面支撑件；2071A-第一球体；
2071B-第二球体。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。可能导致本发明的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状、尺寸、位置关系不反映真实大小、比例和实际位置关系。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
本发明涉及精密机械技术领域，具体涉及光学测量、精密检测、精细加工和半导体装备技术领域。例如，本发明可以用于光学测量、精密检测、半导体装备等对元件有精密定位调整要求的使用场景；特别适用于对半导体光刻等有空间紧凑性和精密调整要求的装备。又例如，选用低释气的真空用材料也可应用于例如EUV(Extreme ultravioletlithography machine，极紫外线光刻机)的光刻相关设备。
图1示意性示出了根据本发明实施例的六自由度调整装置的总装图。图2示意性示出了根据本发明实施例的六自由度调整装置的拆分图。
如图1～图2所示，根据该实施例的六自由度调整装置，包括线性调整模块1和角度调整模块2。其中，线性调整模块1用于实现待调整光学元件在X向、Y向和Z向的位移调整。角度调整模块2设置于线性调整模块1的下部，用于实现待调整光学元件在Theta X向、ThetaY向和Theta Z向的角度调整。
通过本发明的实施例，该六自由度调整装置用于实现待调整的光学元件208的X、Y、Z三个线性位移调整以及Theta X、Theta Y、Theta Z三个角度调整，并且六个自由度是独立调节，互不关联。围绕此功能，在结构从上至下分为线性调整模块和角度调整模块。
图3示意性示出了根据本发明实施例的线性调整模块的结构图。图4示意性示出了根据本发明实施例的线性调整模块的拆分图。
如图3～图4所示，线性调整模块1包括依次嵌套的外层方框103、中层方框107和内层方框116，其中：外层方框103沿Y向相对设置有负Y向调整螺钉101和正Y向调整螺钉102，外层方框103沿Y向可移动地套设于中层方框107外侧。
中层方框107沿X向相对设置有负X向调整螺钉106和正X向调整螺钉114，中层方框107沿X向可移动地套设于内层方框116的中部外侧。
内层方框116顶部沿Z向设置有外伸的竖向螺杆108，竖向螺杆108伸出内层方框116的接触面装配有锁紧螺母109，竖向螺杆108上与内层方框116顶部的内壁接触面装配有Z向调整螺母110。
本发明实施例中，中层方框107底部两端分别沿Y向开设有第一通孔1071和第二通孔1072，外层方框103上固定设置有分别贯穿第一通孔1071和第二通孔1072的第一导杆104和第二导杆105。
由此可见，外层方框103沿Y向可移动地套设于中层方框107外侧。线性调整模块1采用X、Y、Z调整结构内外嵌套的形式。由外及里，最外层为实现Y向调整的组件，具体包括：负Y向调整螺钉101、正Y向调整螺钉102、外层方框103、第一导杆104和第二导杆105。其中，负Y向调整螺钉101和正Y向调整螺钉102共同实现Y正负向平移调整。
本发明实施例中，内层方框116的中部外侧沿X向开设有第三通孔1161和第四通孔1162，中层方框107上固定设置有分别贯穿第三通孔1161和第四通孔1162的第三导杆113和第四导杆115。
由此可见，中层方框107沿X向可移动地套设于内层方框116的中部外侧。线性调整模块1的中间层为实现X向平移调整的组件，具体包括：负X向调整螺钉106、中层方框107、正X向调整螺钉114、第三导杆113和第四导杆115。其中，负X向调整螺钉106和正X向调整螺钉114共同实现X正负向平移调整。
通过本发明的实施例，线性调整模块1的内层为实现Z向调整的组件，具体包括：竖向螺杆108、锁紧螺母109、Z向调整螺母110和内层方框116。通过转动Z向调整螺母110实现Z向的平移运动，利用锁紧螺母109锁紧。
本发明实施例中，内层方框116内部水平设置有Theta Z方框117，Theta Z方框117外侧水平设置有Theta Z逆时针调整螺钉111和Theta Z顺时针调整螺钉112。
由此，该内层结构还包括设置于最内层的Theta Z方框117、Theta Z逆时针调整螺钉111和Theta Z顺时针调整螺钉112，该部分结构向下与角度调整模块2相连。
图5示意性示出了根据本发明实施例的角度调整模块的结构图。图6示意性示出了根据本发明实施例的角度调整模块的拆分图。
如图5～图6所示，本发明实施例中，角度调整模块2包括由上至下依次叠设的Theta X角度调整子模块202、Theta Y角度调整子模块203、上层球面结构204和下层球面结构207。
其中，上层球面结构204和下层球面结构207通过拉簧紧固形成球关节。Theta X角度调整子模块202、Theta Y角度调整子模块203和上层球面结构204的中心均开设有圆柱孔，下层球面结构207的顶部固定有沿Z向设置的球面支撑件2071，球面支撑件2071由下至上依次贯穿圆柱孔并固定于一摆块201，摆块201设置于Theta X角度调整子模块202上侧且嵌套于Theta Z方框117内部，摆块201抵接竖向螺杆108。
进一步地，下层球面结构207底部固定有第一压板209和第二压板210，第一压板209和第二压板210的内部固定有光学元件208。
具体地，第一压板209和第二压板210通过螺栓紧固于下层球面结构207底部，第一压板209和第二压板210向内抵接光学元件208。
通过本发明的实施例，该六自由度调整装置主要包括线性调整模块1和角度调整模块2，线性调整模块1包络于角度调整模块2的上部，形成内外嵌套的结构形式。同时，线性调整模块1采用内外嵌套的形式，并向下扩展逐渐包络角度调整模块2。角度调整模块2采用上下叠层的结构，从下向上扩展，逐渐嵌入至线性调整模块1的内部。本实施例采用了多层包络相互嵌入的方式，在确保通过X、Y、Z三个线性位移以及Theta X、Theta Y、Theta Z三个角度构成的六自由度对待调整的光学元件208进行精密定位的同时，也提高了装置空间体积的紧凑性。
通过本发明的实施例，角度调整模块2采用上下叠层的形式，由上至下依次为：Theta X角度调整子模块202、Theta Y角度调整子模块203、上层球面结构204和下层球面结构207，下层球面结构207底部固定有第一压板209和第二压板210，第一压板209和第二压板210的内部固定有光学元件208。
本发明实施例中，上层球面结构204和下层球面结构207通过拉簧紧固形成球关节。具体来说，参阅图6，上层球面结构204的上表面为平面，上层球面结构204的下表面与下层球面结构207的上表面为相互贴合的球面。上层球面结构204和下层球面结构207的球面四角均开设有拉簧通孔，拉簧包括第一拉簧205、第二拉簧206、第三拉簧211和第四拉簧212，第一拉簧205、第二拉簧206、第三拉簧211和第四拉簧212分别贯穿拉簧通孔且将上层球面结构204和下层球面结构207紧固以形成球关节。
由此，拉簧的作用是使上层球面结构204和下层球面结构207贴合在一起，形成一个球关节。压板的作用是固定光学元件208。
图7示意性示出了根据本发明实施例的Theta X角度调整子模块的拆分图。
如图7所示，本发明实施例中，Theta X角度调整子模块202包括第一外框结构2021，第一外框结构2021的内壁间隔设置有第一滑块2022，第一滑块2022的中心开设有圆柱孔。
第一外框结构2021的外侧沿Y向相对设置有外伸的Theta X角度调整螺钉2024和Theta X角度锁紧螺钉2027，Theta X角度调整螺钉2024和Theta X角度锁紧螺钉2027均抵接第一滑块2022。
第一外框结构2021的内壁沿Y向相对设置有抵接第一滑块2022的第五导杆2023和第一弹簧2028，第一外框结构2021内壁沿Y向还相对设置有抵接第一滑块2022的第六导杆2025和第二弹簧2026，第五导杆2023和第六导杆2025沿Theta X角度调整螺钉2024的中心轴线对称。
由此可见，在Theta X角度调整子模块202中，Theta X角度调整螺钉2024实现Theta X向角度调整，其原理在于，通过第一滑块2022的中心圆柱孔推拉下层球面结构207顶部的球面支撑件2071，从而实现下层球面结构207的Theta X向角度调整。
另外，对称设置的第五导杆2023和第六导杆2025，以及分别相对第五导杆2023和第六导杆2025设置的第一弹簧2028和第二弹簧2026，使得在Theta X角度调整螺钉2024对第一滑块2022沿Theta X角度进行调整时，提供了稳定和缓冲作用。
进一步地，Theta Z逆时针调整螺钉111、Theta Z顺时针调整螺钉112和Theta X角度调整螺钉2024均贯穿外层方框103。
图8示意性示出了根据本发明实施例的Theta Y角度调整子模块的拆分图。
如图8所示，本发明实施例中，Theta Y角度调整子模块203包括第二外框结构2031，第二外框结构2031的内壁间隔设置有第二滑块2038，第二滑块2038的中心开设有圆柱孔。
第二外框结构2031的外侧沿X向相对设置有外伸的Theta Y角度调整螺钉2036和Theta Y角度锁紧螺钉2033，Theta Y角度调整螺钉2036和Theta Y角度锁紧螺钉2033均抵接第二滑块2038。
第二外框结构2031的内壁沿X向相对设置有抵接第二滑块2038的第七导杆2035和第三弹簧2034，第二外框结构2031的内壁沿X向还相对设置有抵接第二滑块2038的第八导杆2037和第四弹簧2032，第七导杆2035和第八导杆2037沿Theta Y角度调整螺钉2036的中心轴线对称。
由此可见，在Theta Y角度调整子模块203中，Theta Y角度调整螺钉2036实现Theta Y向角度调整，其原理与上述Theta X角度调整子模块202的原理相同，也即，通过第二滑块2038的中心圆柱孔推拉下层球面结构207顶部的球面支撑件2071，从而实现下层球面结构207的Theta Y向角度调整。
另外，对称设置的第七导杆2035和第八导杆2037，以及分别相对第七导杆2035和第八导杆2037设置的第三弹簧2034和第四弹簧2032，使得在Theta Y角度调整螺钉2036对第二滑块2038沿Theta Y角度进行调整时，提供了稳定和缓冲作用。
通过本发明的实施例，实现Theta Z向角度调整的组件，集成于线性调整模块1中，该组件具体包括：Theta Z方框117、Theta Z逆时针调整螺钉111和Theta Z顺时针调整螺钉112。同时，摆块201位于角度调整模块2的最上端，并且，摆块201嵌套于Theta Z方框117内部，摆块201还与上层球面结构204固定连接在一起。由此，在固定其他自由度的情况下，通过旋转Theta Z逆时针调整螺钉111和Theta Z顺时针调整螺钉112，即可实现Theta Z向角度调整。
进一步地，Theta Y角度调整螺钉2036贯穿内层方框116的下部外侧且暴露于外层方框103。
本发明实施例中，Theta X角度调整子模块202、Theta Y角度调整子模块203和上层球面结构204均通过螺栓紧固，Theta X角度调整子模块202通过螺栓固定于Theta Z方框117下侧，Theta X角度调整子模块202和Theta Y角度调整子模块203嵌套于内层方框116内部。
由此可见，角度调整模块2采用上下叠层的结构，从下向上扩展，逐渐嵌入至线性调整模块1的内部，提高了整个装置的结构紧凑性。
本发明实施例中，负Y向调整螺钉101和正Y向调整螺钉102的内部均抵接中层方框107外侧，负X向调整螺钉106和正X向调整螺钉114的内部均抵接内层方框116的中部外侧，Theta Z逆时针调整螺钉111和Theta Z顺时针调整螺钉112的内部均抵接摆块201。由此，这些调整螺钉抵接外框架的结构设置，更好地实现六自由度调整过程中的力的传递。
本发明实施例中，球面支撑件2071由下至上依次设置有第一球体2071A和第二球体2071B，第一球体2071A的中心面与Theta Y角度调整子模块203中心的圆柱孔相切，第二球体2071B的中心面与Theta X角度调整子模块202中心的圆柱孔相切。
进一步地，球面支撑件2071的顶端与摆块201以卯榫结构紧固。
进一步地，内层方框116底部内壁沿Z向开设有滑槽，上层球面结构204的外侧沿Z向设置有凸块，凸块可滑动地嵌入滑槽。
经过上述分析可知，贯穿外层方框103的设置，以及暴露于外层方框103的设置，均有利于整个装置的组装和六自由度调整。该六自由度调整装置组装时，先将线性调整模块1和角度调整模块2分别组装，再将角度调整模块2装入线性调整模块1中，嵌套安装，节省空间。该装置的整体对外的安装为外层方框103上的六个圆孔。
以上只是示例性说明，本实施例不限于此。例如，上述图示及说明中的调整螺钉或调整螺母可以手动调整，也可以外带控制电机以实现更高精度的调整。
又例如，在一些实施例中，该六自由度调整装置可选用铝基合金、铁基合金、铜基合金、不锈钢、殷钢等金属材料制作而成，或者可选用尼龙、塑料、陶瓷等非金属材料制作而成。
综上所述，本发明实施例提供了一种六自由度调整装置，包括线性调整模块1和角度调整模块2，线性调整模块1包络于角度调整模块2的上部，形成内外嵌套的结构形式。同时，线性调整模块1采用内外嵌套的形式，并向下扩展逐渐包络角度调整模块2。角度调整模块2采用上下叠层的结构，从下向上扩展，逐渐嵌入至线性调整模块1的内部。本实施例采用了多层包络相互嵌入的方式，在确保通过X、Y、Z三个线性位移以及Theta X、Theta Y、ThetaZ三个角度构成的六自由度对待调整的光学元件208进行精密定位的同时，也提高了装置空间体积的紧凑性。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种六自由度调整装置，其特征在于，包括：
线性调整模块(1)，用于实现待调整光学元件在X向、Y向和Z向的位移调整；
角度调整模块(2)，设置于所述线性调整模块(1)的下部，用于实现所述待调整光学元件在Theta X向、Theta Y向和Theta Z向的角度调整；
其中，所述线性调整模块(1)包括依次嵌套的外层方框(103)、中层方框(107)和内层方框(116)，其中；
所述外层方框(103)沿Y向相对设置有负Y向调整螺钉(101)和正Y向调整螺钉(102)，所述外层方框(103)沿Y向可移动地套设于所述中层方框(107)外侧；
所述中层方框(107)沿X向相对设置有负X向调整螺钉(106)和正X向调整螺钉(114)，所述中层方框(107)沿X向可移动地套设于所述内层方框(116)的中部外侧；
所述内层方框(116)顶部沿Z向设置有外伸的竖向螺杆(108)，所述竖向螺杆(108)伸出所述内层方框(116)的接触面装配有锁紧螺母(109)，所述竖向螺杆(108)上与所述内层方框(116)顶部的内壁接触面装配有Z向调整螺母(110)；
所述内层方框(116)内部水平设置有Theta Z方框(117)，所述Theta Z方框(117)外侧水平设置有Theta Z逆时针调整螺钉(111)和Theta Z顺时针调整螺钉(112)；
所述角度调整模块(2)包括由上至下依次叠设的Theta X角度调整子模块(202)、ThetaY角度调整子模块(203)、上层球面结构(204)和下层球面结构(207)，其中；
所述上层球面结构(204)和下层球面结构(207)通过拉簧紧固形成球关节；
所述Theta X角度调整子模块(202)、Theta Y角度调整子模块(203)和上层球面结构(204)的中心均开设有圆柱孔，所述下层球面结构(207)的顶部固定有沿Z向设置的球面支撑件(2071)，所述球面支撑件(2071)由下至上依次贯穿所述圆柱孔并固定于一摆块(201)，所述摆块(201)设置于Theta X角度调整子模块(202)上侧且嵌套于所述Theta Z方框(117)内部，所述摆块(201)抵接所述竖向螺杆(108)；
所述下层球面结构(207)底部固定有第一压板(209)和第二压板(210)，所述第一压板(209)和第二压板(210)的内部固定有光学元件(208)；
所述上层球面结构(204)的上表面为平面，所述上层球面结构(204)的下表面与所述下层球面结构(207)的上表面为相互贴合的球面；
所述上层球面结构(204)和下层球面结构(207)的球面四角均开设有拉簧通孔，所述拉簧包括第一拉簧(205)、第二拉簧(206)、第三拉簧(211)和第四拉簧(212)，所述第一拉簧(205)、第二拉簧(206)、第三拉簧(211)和第四拉簧(212)分别贯穿所述拉簧通孔且将所述上层球面结构(204)和下层球面结构(207)紧固以形成球关节；
所述Theta X角度调整子模块(202)包括第一外框结构(2021)，所述第一外框结构(2021)的内壁间隔设置有第一滑块(2022)，所述第一滑块(2022)的中心开设有圆柱孔；
所述第一外框结构(2021)的外侧沿Y向相对设置有外伸的Theta X角度调整螺钉(2024)和Theta X角度锁紧螺钉(2027)，所述Theta X角度调整螺钉(2024)和Theta X角度锁紧螺钉(2027)均抵接所述第一滑块(2022)；
所述第一外框结构(2021)的内壁沿Y向相对设置有抵接所述第一滑块(2022)的第五导杆(2023)和第一弹簧(2028)，所述第一外框结构(2021)内壁沿Y向还相对设置有抵接所述第一滑块(2022)的第六导杆(2025)和第二弹簧(2026)，所述第五导杆(2023)和第六导杆(2025)沿所述Theta X角度调整螺钉(2024)的中心轴线对称；
所述Theta Z逆时针调整螺钉(111)、Theta Z顺时针调整螺钉(112)和Theta X角度调整螺钉(2024)均贯穿所述外层方框(103)；
所述Theta Y角度调整子模块(203)包括第二外框结构(2031)，所述第二外框结构(2031)的内壁间隔设置有第二滑块(2038)，所述第二滑块(2038)的中心开设有圆柱孔；
所述第二外框结构(2031)的外侧沿X向相对设置有外伸的Theta Y角度调整螺钉(2036)和Theta Y角度锁紧螺钉(2033)，所述Theta Y角度调整螺钉(2036)和Theta Y角度锁紧螺钉(2033)均抵接所述第二滑块(2038)；
所述第二外框结构(2031)的内壁沿X向相对设置有抵接所述第二滑块(2038)的第七导杆(2035)和第三弹簧(2034)，所述第二外框结构(2031)的内壁沿X向还相对设置有抵接所述第二滑块(2038)的第八导杆(2037)和第四弹簧(2032)，所述第七导杆(2035)和第八导杆(2037)沿所述Theta Y角度调整螺钉(2036)的中心轴线对称；
所述负Y向调整螺钉(101)和正Y向调整螺钉(102)的内部均抵接所述中层方框(107)外侧，所述负X向调整螺钉(106)和正X向调整螺钉(114)的内部均抵接所述内层方框(116)的中部外侧，所述Theta Z逆时针调整螺钉(111)和Theta Z顺时针调整螺钉(112)的内部均抵接所述摆块(201)；
所述球面支撑件(2071)由下至上依次设置有第一球体(2071A)和第二球体(2071B)，所述第一球体(2071A)的中心面与所述Theta Y角度调整子模块(203)中心的圆柱孔相切，所述第二球体(2071B)的中心面与所述Theta X角度调整子模块(202)中心的圆柱孔相切。
2.根据权利要求1所述的六自由度调整装置，其特征在于，所述外层方框(103)沿Y向可移动地套设于所述中层方框(107)外侧，包括：
所述中层方框(107)底部两端分别沿Y向开设有第一通孔(1071)和第二通孔(1072)，所述外层方框(103)上固定设置有分别贯穿所述第一通孔(1071)和第二通孔(1072)的第一导杆(104)和第二导杆(105)。
3.根据权利要求1所述的六自由度调整装置，其特征在于，所述中层方框(107)沿X向可移动地套设于所述内层方框(116)的中部外侧，包括：
所述内层方框(116)的中部外侧沿X向开设有第三通孔(1161)和第四通孔(1162)，所述中层方框(107)上固定设置有分别贯穿所述第三通孔(1161)和第四通孔(1162)的第三导杆(113)和第四导杆(115)。
4.根据权利要求1所述的六自由度调整装置，其特征在于，所述第一压板(209)和第二压板(210)通过螺栓紧固于所述下层球面结构(207)底部，所述第一压板(209)和第二压板(210)向内抵接所述光学元件(208)。
5.根据权利要求1所述的六自由度调整装置，其特征在于，所述ThetaY角度调整螺钉(2036)贯穿所述内层方框(116)的下部外侧且暴露于所述外层方框(103)。
6.根据权利要求1所述的六自由度调整装置，其特征在于，所述Theta X角度调整子模块(202)、Theta Y角度调整子模块(203)和上层球面结构(204)均通过螺栓紧固，所述ThetaX角度调整子模块(202)通过螺栓固定于所述Theta Z方框(117)下侧，所述Theta X角度调整子模块(202)和Theta Y角度调整子模块(203)嵌套于所述内层方框(116)内部。
7.根据权利要求1所述的六自由度调整装置，其特征在于，所述球面支撑件(2071)的顶端与所述摆块(201)以卯榫结构紧固。
8.根据权利要求1所述的六自由度调整装置，其特征在于，所述内层方框(116)底部内壁沿Z向开设有滑槽，所述上层球面结构(204)的外侧沿Z向设置有凸块，所述凸块可滑动地嵌入所述滑槽。
9.根据权利要求1所述的六自由度调整装置，其特征在于，所述六自由度调整装置采用铝基合金、铁基合金、铜基合金、塑料或陶瓷材料制作而成。
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