CN1191320A - 多维可调工作平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种调整仪器位置或状态用的多维可调工作平台。主要特点是:支座上层伸出的三条臂上均开有导杆孔,导杆可在其内上下滑动且无晃动;导杆顶端与转动机构固联;平移机构坐于转动机构之上台面之下,它与转动机构之间的轴配合可实现转动调整,而它与台面之间安装的导轨机构可实现平移调整;支座下层伸出的三条腿上均装有可进行俯仰和偏转调整的支撑;装于支座中心且顶端与转动机构连接的丝杠可完成升降调整。

Description

多维可调工作平台

本发明涉及一种调整仪器位置或状态用的活动工作平台，特别涉及一种精密光学仪器用的多维可调工作平台。

有瞄准、准直要求的光学仪器，尤其是光学计量仪器，使用时经常要对其空间位置进行多维调整，调整好以后又需要将其可靠定位并保持到下一次调整为止，以确保仪器工作状态的稳定性。一般情况下，调整涉及到升降、平移和转动。小型光学仪器，如氦氖激光管、准直镜、扩斑镜等通常采用光学导轨和大型固定光学平台上附带的可调支架，对其进行多维的微量调整。一些较大型的光学仪器，比如光谱辐射计，在对它进行标定时需要进行升降、平移和转动等多维调整，标定之后，光谱辐射计就可作为标准使用，因此还要求其能够保持相当稳定的工作状态，即在较长时期内不允许在方向和位置上有任何变动。

常用的一种光学仪器支架是三角架，它由三条固定的或可以伸缩的腿组成其支架部分，支架顶部装有一个小平台和螺丝，用以固定仪器。三角架虽具有一定的稳定性，但不易升降。为解决升降问题，可以收缩其三条腿，或在中心加用垂直小丝杠。采用收缩腿的办法势必破坏原有的定位状态；而用中心加丝杠的办法稳定性不高，只适用于重量轻、无严格状态要求的光学仪器。

目前，国内大多数有调整要求的光学仪器使用的是由兵器工业第二○五研究所研制的活动工作平台。这种活动工作平台由底座、中心丝杠和工作台面组成，中心丝杠与底座丝孔配合，中心丝杠的上顶端与工作台面固联，通过搬动中心丝杠上的手轮可以实现工作台面的升降和转动。工作台面的定位用锁紧中心丝杠的方法实现，中心丝杠和底座之间的定位由键槽和键实现。这种活动工作平台的升降和转动都很灵活且活动范围也较大，但是升降和转动调整是相互干扰的，因而难以达到较高的调整精度；此外，虽然台面大小(台面面积一般为400mm×400mm或更大)和承重性能都可满足一些较大型光学仪器的使用要求，但这种活动工作平台的结构特点是承重和定位均靠中心丝杠来实现，当工作台面受到力矩作用时，即使锁紧中心丝杠也会产生较大的晃动，因此，这种活动工作平台只适用于一般调整要求的光学仪器，它无法满足那些对定位精度和长期稳定性要求较高的精密光学仪器的使用要求。

综上所述，目前光学仪器所用的这些支架或调整平台，都不能同时实现既便于调整，又具有较高的调整精度和充分的稳定性。

本发明的目的在于提供一种精密光学仪器用的多维可调工作平台，即一种升降范围较大，且能够进行平移和转动及微量俯仰和偏转调节的工作平台。要求该工作平台的各维调整互不干涉；且在调整之后，其空间状态能够长时期保持不变。

本发明的目的通过如下技术途径实现：

该多维可调工作平台主要由支座、中心丝杠、台面，平移机构、转动机构、和导杆构成。中心丝杠垂直安装在支座的中心。支座分上下两层：下层伸出三条腿，每条腿上均装有脚轮和支撑，支撑和脚轮的伸出范围与工作台面大小相关。支撑是一种螺旋可调机构，可完成微量的俯仰和偏转调节；上层伸出三条臂，每条臂上均开有导杆孔。三根导杆穿过导杆孔并可以沿着导杆孔上下滑动且无晃动，导杆的上顶端与转动机构固联。在转动机构中心部位用螺母将其与中心丝杠的上顶端连接。转动机构上方坐有平移机构，平移机构开有轴孔，该轴孔与转动机构的凸起轴配合安装。平移机构装有两付导轨机构，导轨机构的滑块与台面固接。

当将多维可调工作平台整体放置于轨道上使用时，该工作平台不便于安装支撑，因而本发明还可以在平移机构和台面之间加装俯仰机构和偏转机构，以实现光学仪器的俯仰和偏转调节。

本发明各维调整机构均可由手轮搬动换成步进电机驱动，步进电机可由计算机驱动指令遥控操作。由此可使工作平台以及所放置的光学仪器组成的全系统实现机电一体化自动控制，避免人为操作误差，从而进一步提高调整精度。

采用本发明的原理，可以因不同的光学仪器和环境需要将本发制成不同的比例尺寸。

本发明与现有的光学仪器支架或调节平台相比，很好地解决了多维灵活调整与稳定可靠、长期保持状态这一矛盾。虽然本发明仍采用中心丝杠实现升降，但其中心丝杠仅起承担重量的作用，而定位和导向作用则由三根导杆来实现，导杆与导杆孔的精密配合保证了该工作平台的稳定性，因此本发明不仅升降灵活、范围大，而且不会产生晃动并可长期保持调整状态。由于每一维的调整机构均为独立机构，这就保证了各维调整是相互独立的且互不干涉，即在任一维调整时不会影响其他维的原本定位状态。又因平移机构和转动机构之间的转动配合非常精密，因此本发明又具有较高的调整精度，可以满足多种精密光学仪器的使用要求。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是多维可调工作平台结构示意图

图2是多维可调工作平台A-A面剖示图

图1所描述的多维可调工作平台主要由台面1、平移机构2、转动机构3、中心丝杠4、导杆5、支座6组成。支座6为一个整体铸件，分上下两层，下层8均布伸出三条腿8a，每条腿上装有支撑10和脚轮9。上层7均布伸出三条臂7a，每条臂上均开有Φ30mm的导杆孔。由铸铁材料制成的导杆5与导杆孔的精密配合，可使导杆5在导杆孔内上下滑动且无晃动，导杆5的上端与转动机构3固联。图2示出了导杆5与支撑10的位置关系，它们分布在两个直径分别为Φ550mm和Φ650mm的同心圆上，导杆5与支撑10相互错开60°。支座6的支撑10升起后，脚轮9落地，可以使整个平台移动；到位后，重新将支撑10落地，以保证系统稳定和避免脚轮9长期受力变形。支撑10是一种可调螺旋机构，可以使本发明实现俯仰和偏转的微量调节。

中心丝杠4的直径为Φ60mm，其上装有带分度的手轮，通过转动手轮，中心丝杠4可以自由升降。用螺母11将中心丝杠4的上顶端连接在转动机构3的中心部位。转动机构3的下方装有水平安置的精密小丝杠和手轮，上方坐有平移机构2，所述精密小丝杠上的滑块固定在平移机构2上。平移机构2的中心开有Φ80mm的轴孔，该轴孔与转动机构3的中心凸起轴12精密配合安装，搬动转动机构3上的手轮，通过精密小丝杠的带动，平移机构2就相对于转动机构3转动且无晃动，其微调量为±3°。

平移机构2上装有精密丝杠和两付导轨机构，轨道的材料为铸铁，滑块的材料为铜，该滑块与台面1固联，精密丝杠上装有带分度的手轮，转动手轮可使台面1相对于平移机构2平稳地移动，其平移调节范围为±50mm。

台面1为铸铁材料且经过时效处理，以防止承重或者时间引起的变形。台面1的尺寸为800mm×800mm，为便于装夹、固定各种大型光学仪器，台面1上每隔116mm开有标准T型槽，槽尺寸按M10的标准螺钉设计，台面经过刮花处理，满足精密光学仪器安放时的平整度要求。

本实施例的性能实例值为：台面中心高度980mm；上下升降范围±200mm，在此范围内升降时台面边缘跳动量≤0.24mm；平移机构在±50mm的全程中台面边缘跳动量为0.02mm；转动机构在±3°范围内台面边缘测出的重复性精度为0.02mm；当将运动机构锁紧时，尽量施加较大的偏移力也觉察不出平台有晃动量。

下面是本实施例对红外光谱辐射计的使用情况。

红外光谱辐射计是大型的精密光学仪器，对空间位置非常敏感，要求有多维的调整量。红外光谱辐射计要经过严格定标后才能够作为标准测量仪器对待测的红外目标进行测试。定标时，先将红外光谱辐射计的入射孔径中心调整到与标准辐射源等高的位置，然后平移调整，使红外光谱辐射计的入射孔径在横向上位于标准辐射源辐射范围的中心，初步调整结束。仔细调整时，要使红外光谱辐射计使用时的光轴与其标定时的光轴严格一致，这一步是通过转动和俯仰的微调实现的。仔细调整要分多次循环进行，遵循角度调整-升降、平移调整-角度调整的步骤，反复进行直到满足使用条件。仔细调整时是通过红外光谱辐射计实际的信号输出进行监测的。红外光谱辐射计焦距800mm，探测器面积2mm×2mm。多维可调工作平台升降时全程的跳动量是0.24mm，但在仔细调整阶段升降量仅为10mm左右，此时的升降跳动量远小于0.02mm。由于各维调整相互独立，所以升降、平移和转动时最大变化量≤0.02mm。相对于800mm边长的台面，0.02mm变化量相当于0.035mrad的角度变化。考虑到仪器800mm的焦距以及两倍角的影响，在探测器焦面上产生0.056mm的横向距离变化量，相对变化量为0.056/2＝2.8％，这也是晃动引起的相对输出变化量。将此状态锁紧后对红外光谱辐射计进行标定，可以长期保持其空间状态不变，满足了红外光谱辐射计严格的标定和使用要求。

本发明的第二实施例与第一实施例的主要区别为：转动机构3的凸起轴位于中心距对边60mm处；支撑10只起支撑作用，而不具调节功能；俯仰调整和偏转调整由平移机构2和台面1之间加装的俯仰机构和偏转机构来实现，其技术途径是，在平移机构2的一边内侧中心攻一垂直螺孔，在螺孔对边内侧且沿对边方向装一水平转轴，并使之与俯仰机构连接，转动机构2上的螺孔与一可调螺钉配合，可调螺钉上端顶着俯仰机构，转动可调螺钉上的手轮，俯仰机构就绕上述转轴进行俯仰调节。偏转机构与俯仰机构相同，只是安装时两者相错90°，而且偏转机构坐于俯仰机构之上台面1之下。

此外，上述两个实施例中所有的手轮搬动均可以换成步进电机驱动，步进电机由计算机的驱动指令控制，从而使本发明实现遥控操作、自动化控制，由此可消除人为操作误差，进一步提高光学仪器的调整精度。

Claims (3)

1、一种多维可调工作平台，它包括支座(6)、中心丝杠(4)、台面(1)，中心丝杠(4)垂直安装在支座(6)的中心，其特征在于它还包括平移机构(2)、转动机构(3)、和导杆(5)，支座(6)分上下两层：下层(8)伸出三条腿(8a)，每条腿上均装有脚轮(9)和支撑(10)；上层(7)伸出三条臂(7a)，每条臂上均开有导杆孔，三根导杆(5)穿过导杆孔并可以沿着导杆孔上下滑动且无晃动，导杆(5)的上顶端与转动机构(3)固联，转动机构(3)与中心丝杠(4)的上顶端用螺母(11)连接，转动机构(3)上方坐有平移机构(2)，平移机构(2)开有轴孔，该轴孔与转动机构(3)的凸起轴(12)配合安装，平移机构(2)装有两付导轨机构，导轨机构的滑块与台面(1)固联。

2、根据权利要求1所述的多维可调工作平台，其特征在于还可以加装俯仰机构和偏转机构。

3、根据权利要求1或2所述的多维可调工作平台，其特征在于每一维调整机构均可由手轮搬动换成步进电机驱动，步进电机可由计算机驱动指令遥控操作。