CN114384664B - 一种反射镜位姿调整装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于小型精密测量仪器技术领域，公开了一种反射镜位姿调整装置，包括：四维调整组件(1)、柔性连接头(2)、一维调整组件(3)、升降底座(4)；柔性连接头(2)一端通过磁铁磁吸力与四维调整组件(1)连接，柔性连接头(2)另一端通过胶接方式连接反射镜；四维调整组件(1)下端通过两个螺钉与一维调整组件(3)连接，一维调整组件(3)移动时带动四维调整组件(1)整体移动；一维调整组件(3)两侧分布螺纹孔，通过螺钉与升降底座(4)连接。本发明可以实现反射镜组五维自由度的调整，并且反射镜组姿态调节和位姿调节相互独立，大幅提高装调精度和效率。

Description

一种反射镜位姿调整装置

技术领域

本发明属于小型精密测量仪器技术领域，涉及一种反射镜位姿调整装置，主要解决光机系统中反射镜装调过程中操作难度大、调整精度低、角度和位置调整相互交冉的问题，通过该装置可以实现反射镜空间五维姿态的精准调节。

背景技术

反射镜组是光电系统中最为常见的组件之一，起着折转光轴、折叠光路等作用，尤其是随着光电系统向小型化、集成化发展，反射镜组已经成为不可或缺的重要组件，如何实现反射镜组的高精度高效率装调也成为急需解决的问题。目前，反射镜组在装调时主要采用修垫法、调整法等，这些方法装调反复次数多、工作效率低，并且反射镜角度和位置调整时会相互交冉，装调过程以“试”、“碰”为主，工作量极大且难以满足装调精度和质量一致性，系统的装调效率和质量大大受限于装调人员的技术水平和工作经验。为此，急需发明一种反射镜位姿调整装置，实现反射镜组五维自由度的快速高效调校。

目前，我国公布的“粗精结合的反射镜姿态定量调整方法及调节装置”，该专利通过三根具有球鞋铰链的支撑杆支撑，形成具有三个调整变量的支撑方式来进行调节，该专利只适用反射镜姿态的调整，无法实现对反射镜位置的装调；“一种使用中心偏测量仪装调反射镜的方法”，该专利主要解决了高精度折反式光学镜头组装调，可对反射镜的安装以及各透镜的实际光学中心位置进行实时监控和调节，但该专利的装调方式仍然以手工“试”、“碰”为主，难以保证装调效率；“一种额前反射镜的装调方法”，该专利通过专用工装在水平状态下完成反射镜的安装与调试，消除反射镜自身重力影响，但仅限于固定结构形式的镜组装调。

发明内容

(一)发明目的

针对目前反射镜组装调过程中操作难度大、调整精度低等问题，本发明提出一种反射镜位姿调整装置，实现反射镜组五维自由度的快速高效调校。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种反射镜位姿调整装置主要由柔性连接头、一维调整组件、四维调整组件、升降底座组成。所述的柔性连接头用于连接调整装置和反射镜，其固定端通过磁吸安装在四维调整组件的调整台上，可根据所需夹持零件的尺寸进行快速更换；所述的四维调整组件包含x轴、y轴平移以及绕x轴、y轴的旋转，调整部件之间采用磁吸连接，四维调整组件的固定端安装在一维调整组件上，活动端与柔性连接头连接；所述的一维调整组件采用燕尾导轨实现z轴的平动，活动部件与固定部件之间采用弹簧消隙，活动方式采用螺旋顶丝的方式，一维调整组件的固定端与升降底座组件连接；所述的升降底座组件采用圆柱与抱轴结构形式实现手动升降，升降底座的固定端采用柔性结构，与光学平台固联。

进一步地，所述的升降底座包括底板、光杆、压板、抱轴座组成。所述的光杆通过螺纹安装在底板上；所述的安装在底板上的台阶孔中，并且可以在台阶孔中自由转动；所述的抱轴通过螺钉抱紧的方式固定在光杆上，可以实现沿光杆方向的调节，另一端通过螺钉与一维调整组件相连接。

进一步地，所述的一维调整组件包括一维调整座、V型块Ⅰ、V型块Ⅱ、顶柱、手轮、弹簧组成。所述的V型块Ⅰ上下端通过螺钉分别与所述的一维调整座和所述的四维调整组件连接；所述的V型块Ⅱ通过螺钉连接在一维调整座两侧，形成燕尾导轨，保证V型块Ⅰ穿过其中，V型块Ⅰ可以沿V型块Ⅱ导轨方向正反向移动；所述的顶柱通过螺纹连接在一维调整座上，顶柱头部顶在V型块Ⅰ侧边；所述手轮通过螺钉和销与顶柱上端固定连接，通过旋拧手轮即可带动顶柱旋转；所述的弹簧一端连接在V型块Ⅰ上，另一端连接在一维调整座上。

进一步地，所述的四维调整组件包括万向调整座、万向调整头、螺杆Ⅰ、螺杆Ⅱ、平移调整座、压片、螺帽、手轮、压板、磁铁、弹簧组成。所述的平移调整座固定端与一维调整组件通过螺钉连接；所述的磁铁嵌在所述万向调整座的磁铁安装孔中，磁铁另一端则磁吸在平移调整座上，保证万向调整座与平移调整座之间可以平动且连接可靠；所述的万向调整头通过磁吸作用连接在万向调整座上，所述的万向调整座与所述的万向调整头可以进行相对滑动；所述的螺杆Ⅰ通过螺纹连接在万向调整座上，螺杆Ⅰ头部穿过万向调整头；所述的螺帽通过螺纹和销钉连接在螺杆Ⅰ的头部；所述的压片通过螺纹将弹簧固定在万向调整头上；所述的螺杆Ⅱ穿过平移调整座后其螺纹与万向调整座连接。

(三)有益效果

上述技术方案所提供的反射镜位姿调整装置，有益效果体现在以下几个方面：

(1)本发明可以实现反射镜组五维自由度的调整，并且反射镜组姿态调节和位姿调节相互独立，大幅提高装调精度和效率；

(2)本发明调整装调代替传统手工调整方式，改变装调过程以“试”、“碰”为主的工作方式，提高装配质量一致性；

(3)本发明采用磁吸结构形式，在保证调整精度的前提下减小了装置的体积，也扩展了装置的适用范围。

附图说明

图1为反射镜位姿装置的系统组成示意图。

图2为四维调整组件的组成示意图。

图3为一维调整组件的组成示意图。

图4为升降底座组件的组成示意图。

其中，1-四维调整组件，2-柔性连接头，3-一维调整组件，4-升降底座，5-手轮，6-螺杆Ⅰ，7-平移调整座，8-万向调整座，9-万向调整头，10-螺帽，11-压块，12-螺杆Ⅱ，13-弹簧，14-压片，15-第二磁铁，16-一维调整座，17-V型块Ⅰ，18-V型块Ⅱ，19-顶柱，20-抱轴座，21-光杆，22-压板，23-底板。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

根据图1所示，反射镜位姿调整装置包括：四维调整组件1、柔性连接头2、一维调整组件3、升降底座4；柔性连接头2一端通过磁铁磁吸力与四维调整组件1连接，可以根据使用要求快速更换不同型号的柔性连接头2，柔性连接头2另一端通过胶接方式连接反射镜，可以适应各种形状的反射镜；四维调整组件1下端通过两个螺钉与一维调整组件3连接，一维调整组件3沿Z向移动时可带动四维调整组件1整体移动。一维调整组件3两侧分布螺纹孔，通过螺钉与升降底座4连接。

根据图2所示，四维调整组件1包括：手轮5、螺杆Ⅰ6、平移调整座7、万向调整座8、万向调整头9、螺帽10、压块11、螺杆Ⅱ12、弹簧13、压片14、第二磁铁15。

平移调整座7为一端开口的筒状结构，万向调整座8为柱状结构，同轴布置在平移调整座7内腔中，万向调整座8背部中心处设有盲孔，盲孔内布置第一磁铁，盲孔尺寸与第一磁铁尺寸相同，第一磁铁一侧磁吸在万向调整座8底部，另一侧磁吸在平移调整座7底部，第一磁铁选用强磁铁，保证平移调整座7和万向调整座8之间连接可靠；万向调整头9一侧为球面，另一侧为平面，平面侧的周向具有环形外沿，万向调整座8顶面开设有球面凹槽，万向调整头9与万向调整座8之间采用球头接触形式，保证万向调整头9朝任意方向倾斜，万向调整头9平面侧上开设有凹槽，凹槽内通过磁吸连接第二磁铁15，第二磁铁15用于连接柔性连接头2；万向调整头9与万向调整座8之间进一步通过第一磁铁和第二磁铁15磁吸连接，保证两者之间能够相对滑动而又不分离。

平移调整座7侧壁上开设有侧过孔，螺杆Ⅱ12头部沿径向穿过侧过孔，并通过螺纹连接在万向调整座8上，螺杆Ⅱ12中部通过压块11固定在平移调整座7上，螺杆Ⅱ12转动时可带动平移调整座7移动；平移调整座7底部开有偏心过孔，万向调整座8上沿轴向开设有螺纹孔，螺杆Ⅰ6头部依次穿过偏心过孔和螺纹孔，螺杆Ⅰ6中部与万向调整座8通过螺纹连接，螺杆Ⅰ6头部通过螺帽10固定在万向调整头9的环形外沿上开设的卡槽内；环形外沿上开设有调节过孔，压片14为T型，一端穿过调节过孔后通过螺纹连接在万向调整座8上，另一端卡挡在调节过孔外部，中部套设弹簧13，将弹簧13固定在万向调整座8和万向调整头9之间，弹簧13弹力选取应适当；在弹簧13辅助作用下，螺杆Ⅰ6转动时可带动万向调整头9倾斜运动。

螺杆Ⅰ6有两个，相隔90°布置；螺杆Ⅱ12有两个，相隔90°布置；两个螺杆Ⅰ6、两个螺杆Ⅱ12均匀间隔布置在平移调整座7的圆周上，两个螺杆Ⅰ6分别在水平方向和竖直方向对万向调整头9进行倾斜调整，两个螺杆Ⅱ12分别在水平方向和竖直方向对万向调整头9进行平移调整。

螺杆Ⅰ6和螺杆Ⅱ12的外端均通过螺纹连接一个手轮5，并通过配制销钉固定，转动手轮5即可带动对应的螺杆一起运动。

根据图3所示，一维调整组件3包括：一维调整座16、V型块Ⅰ17、V型块Ⅱ18、顶柱19。V型块Ⅱ18有两个，每个V型块Ⅱ18上均布2个沉头过孔，两个V型块Ⅱ18通过螺钉平行固定在一维调整座16上，形成截面形状为上底长度小于下底长度的等腰梯形燕尾槽。V型块Ⅰ17穿过两个V型块Ⅱ18组成的燕尾槽内，微量调整两者安装位置，保证两者配合紧密。顶柱19通过螺钉连接手轮，之后配制销钉固定，转动手轮即可带动顶柱19一起运动。顶柱19通过螺钉与一维调整座16连接，顶柱19的头部与V型块Ⅰ17接触，保证V型块Ⅰ17可以沿燕尾槽导轨平滑移动。

根据图4所示，升降底座4包括：抱轴座20，光杆21，压板22，底板23。光杆21一端为螺纹结构，旋拧在底板23上固定；抱轴座20上开有抱轴孔，光杆21另一端穿过抱轴孔并使用侧边螺钉使抱轴座20与光杆21抱紧固定，抱轴座20还用于连接一维调整座16；底板23上开设有两个台阶过孔，每个台阶过孔上布置一块压板22，压板22上开有一字过孔槽，可以通过螺钉穿过一字过孔槽将底板23压紧在光学平台上。

基于上述反射镜位姿调整装置，反射镜位姿调整过程描述如下：

第一步：选取合适尺寸的柔性连接头2安装在调整装置的四维调整组件1上，将被调反射镜胶接在柔性连接头2上；

第二步：使用螺钉将调整装置固定在光学平台上，调整该调整装置的高度和位置，保证被调反射镜基本处于设计位置上；

第三步：调整该调整装置上的手轮，精细调整反射镜的五维自由度，保证反射镜的位姿偏差满足要求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种反射镜位姿调整装置，其特征在于，包括：四维调整组件（1）、柔性连接头（2）、一维调整组件（3）、升降底座（4）；柔性连接头（2）一端通过磁铁磁吸力与四维调整组件（1）连接，柔性连接头（2）另一端通过胶接方式连接反射镜；四维调整组件（1）下端通过两个螺钉与一维调整组件（3）连接，一维调整组件（3）移动时带动四维调整组件（1）整体移动；一维调整组件（3）两侧分布螺纹孔，通过螺钉与升降底座（4）连接；

所述四维调整组件（1）包括：螺杆Ⅰ（6）、平移调整座（7）、万向调整座（8）、万向调整头（9）、螺杆Ⅱ（12）；平移调整座（7）为一端开口的筒状结构，万向调整座（8）为柱状结构，同轴布置在平移调整座（7）内腔中，万向调整座（8）背部中心处设有盲孔，盲孔内布置第一磁铁，盲孔尺寸与第一磁铁尺寸相同，第一磁铁一侧磁吸在万向调整座（8）底部，另一侧磁吸在平移调整座（7）底部；万向调整头（9）一侧为球面，另一侧为平面，平面侧的周向具有环形外沿，万向调整座（8）顶面开设有球面凹槽，万向调整头（9）与万向调整座（8）之间采用球头接触形式，万向调整头（9）平面侧上开设有凹槽，凹槽内通过磁吸连接第二磁铁（15），第二磁铁（15）用于连接柔性连接头（2）；万向调整头（9）与万向调整座（8）之间进一步通过第一磁铁和第二磁铁（15）磁吸连接；螺杆Ⅰ（6）有两个，相隔90°布置；螺杆Ⅱ（12）有两个，相隔90°布置；两个螺杆Ⅰ（6）、两个螺杆Ⅱ（12）均匀间隔布置在平移调整座（7）的圆周上，两个螺杆Ⅰ（6）分别在水平方向和竖直方向对万向调整头（9）进行倾斜调整，两个螺杆Ⅱ（12）分别在水平方向和竖直方向对万向调整头（9）进行平移调整；

所述平移调整座（7）侧壁上开设有侧过孔，螺杆Ⅱ（12）头部沿径向穿过侧过孔，并通过螺纹连接在万向调整座（8）上，螺杆Ⅱ（12）中部通过压块（11）固定在平移调整座（7）上，螺杆Ⅱ（12）转动时可带动平移调整座（7）移动；

所述平移调整座（7）底部开有偏心过孔，万向调整座（8）上沿轴向开设有螺纹孔，螺杆Ⅰ（6）头部依次穿过偏心过孔和螺纹孔，螺杆Ⅰ（6）中部与万向调整座（8）通过螺纹连接，螺杆Ⅰ（6）头部通过螺帽（10）固定在万向调整头（9）的环形外沿上开设的卡槽内；

所述环形外沿上开设有调节过孔，压片（14）为T型，一端穿过调节过孔后通过螺纹连接在万向调整座（8）上，另一端卡挡在调节过孔外部，中部套设弹簧（13），将弹簧（13）固定在万向调整座（8）和万向调整头（9）之间，弹簧（13）弹力选取应适当；在弹簧（13）辅助作用下，螺杆Ⅰ（6）转动时带动万向调整头（9）倾斜运动。

2.如权利要求1所述的反射镜位姿调整装置，其特征在于，所述螺杆Ⅰ（6）和螺杆Ⅱ（12）的外端均通过螺纹连接一个螺杆手轮（5），并通过配制销钉固定，转动螺杆手轮（5）即可带动对应的螺杆同步运动。

3.如权利要求2所述的反射镜位姿调整装置，其特征在于，所述一维调整组件（3）包括：一维调整座（16）、V型块Ⅰ（17）、V型块Ⅱ（18）、顶柱（19）；V型块Ⅱ（18）有两个，每个V型块Ⅱ（18）上均布2个沉头过孔，两个V型块Ⅱ（18）通过螺钉平行固定在一维调整座（16）上，形成截面形状为上底长度小于下底长度的等腰梯形燕尾槽；V型块Ⅰ（17）穿过两个V型块Ⅱ（18）组成的燕尾槽内；顶柱（19）通过螺钉连接转动手轮，之后配制销钉固定，转动手轮带动顶柱（19）同步运动；顶柱（19）通过螺钉与一维调整座（16）连接，顶柱（19）的头部与V型块Ⅰ（17）接触。

4.如权利要求3所述的反射镜位姿调整装置，其特征在于，所述升降底座（4）包括：抱轴座（20）、光杆（21）、底板（23），光杆（21）一端为螺纹结构，旋拧在底板（23）上固定；抱轴座（20）上开有抱轴孔，光杆（21）另一端穿过抱轴孔并使用侧边螺钉使抱轴座（20）与光杆（21）抱紧固定，抱轴座（20）用于连接一维调整座（16）。

5.如权利要求4所述的反射镜位姿调整装置，其特征在于，所述底板（23）上开设有两个台阶过孔，每个台阶过孔上布置一块压板（22），压板（22）上开有一字过孔槽，通过螺钉穿过一字过孔槽将底板（23）压紧在光学平台上。

6.如权利要求1-5中任一项所述的反射镜位姿调整装置在小型精密测量仪器技术领域中的应用。