CN211738527U - 一种三轴调平装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于水平面调节技术领域，具体的涉及一种三轴调平装置，该装置可应用于要求调平的光学系统，光学测试系统，电学系统，电学测试系统，物理实验的水平台等。三轴调平装置包括底座（1）、轴向位移电机（2）、电机控制器（3）、平台（4）、两轴倾角传感器（5）、电机控制器遥控（6），本实用新型两轴倾角传感器读取的角度变化值，传递给电机控制器，经计算获得各个支撑点需要调节的高度，驱动轴向位移电机实现精确调整。最终实现上表面角度误差小于0.03度。相比于传统手动三轴调平系统，本实用新型响应速度高，调整准确，无人为误差，同时可以有效避免传统手动调平过程中对需要置平设备的干扰。
Description
技术领域
本实用新型属于水平面调节技术领域，具体的涉及一种可应用于要求调平的光学系统，光学测试系统，电学系统，电学测试系统，物理实验的水平台等的三轴调平装置。
背景技术
在光学，电学及相关测试中，经常要用到水平面，传统的水平面多采用气浮形式，即在两个平面间插入多个充有空气的气垫，气垫与气泵连接，气垫可以吸收绝大部分来自地面的震动，同时调节水平也较为简单，只需要调节各个气垫的充气量就可实现上平面的调平；但气浮调平适合体积较大，整体需要调平的系统，对于不需要整体调平，或仅部分需要调平的光学、电学及相关测试系统来说，气浮调平就显得有些“大材小用”；且狭窄空间上，尤其是两平面的竖直间距大于水平面所需长度或宽度时，采用气浮调平方式支撑性反而没有保证，整个系统会出现头重脚轻的问题，容易出现侧倾，甚至倾倒，气浮调平系统价格较高，成本昂贵。所以，对于小尺寸需要调平的系统，一般采用三轴调平的方式，即在两平面间支撑三根丝杠，或一个固定杠加两根丝杠，丝杠下端支撑在底面，中间部分通过螺纹连接上表面，在上表面放置水平液泡。通过观察液泡位置，手动调整丝杆的伸缩，实现上表面的调平。此方法对于精度要求不高的系统可以满足要求，但对于高精度系统，此方法就不适用了。由于液体粘滞特性及张力作用，导致液泡不能准确响应上表面的倾角变化；而且液泡中心位置对准的认定，受观察者及观察者位置影响，随机性和系统误差都很大。在手调过程中存在触碰需要置平设备的风险，操作非常不友好。针对此问题，本实用新型很好的做出了解决。本实用新型采用两轴倾角传感器读取水平面的倾角值，其精度高达0.01度。在角度调节上，采用高精度轴向位移电机。两轴倾角传感器读取的角度变化值，传递给电机控制器，经计算获得各个支撑点需要调节的高度，驱动轴向位移电机实现精确调整。最终实现上表面角度误差小于0.03度。相比于传统手动三轴调平系统，本实用新型响应速度高，调整准确，没有人为误差，同时可以有效避免传统手动调平过程中对需要置平设备的干扰。
发明内容
本实用新型为了解决上述存在的问题，提供了一种三轴调平装置。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：
本实用新型适合对于震动要求较弱的电学系统，电学测试系统，光学系统，光学测试系统，及物理实验中的水平台，也可以应用在要求设定平面倾角值的测试系统中。本实用新型包括底座（1）、轴向位移电机（2）、电机控制器（3）、平台（4）、两轴倾角传感器（5）、电机控制器遥控（6）。底座（1）为硬质材料平板结构，可以为金属，硬质塑料或树脂基复合材料，底座（1）可开孔固定于平面物体上或者直接放置于平面物体上，比如桌面或者地面等。轴向位移电机（2）固定在底座（1）上，呈三角排列，其电机轴具有轴向位移特性，沿轴方向伸缩；轴向位移电机（2）单步移动精度为0.05mm。电机控制器（3）通过导线连接轴向位移电机（2），控制轴向位移电机（2）的电机轴伸缩。平台（4）为刚性材料，其上表面高度平整，下底面存在三个锥形孔，锥形孔中心点对应轴向位移电机（2）位移轴的轴心。平台（4）放置在轴向位移电机（2）位移轴顶端。两轴倾角传感器（5）的“零”平面与平台（4）的上表面平行，能够跟随平台（4）的倾角变化，实时获得平台左右方向与绝对水平的夹角X值和前后方向与绝对水平的夹角Y值；两轴倾角传感器（5）角度分辨率优于0.01度，两轴倾角传感器（5）可以与电机控制器（3）通信，提供实时平台倾角X、Y值。电机控制器遥控（6），通过无线或有线方式与电机控制器（3）通信，调节三个轴向位移电机（2）位移轴的伸缩。
附图说明
图1是整体结构示意图。
图2是平台底部开孔示意图。
图3是轴向位移电机及轴位移示意图。
图4是轴向位移电机的位移精度大于系统绝对水平面的调整时。
具体实施方式
底座采用厚度不小于5mm的304不锈钢加工，开3个孔，开孔大小匹配轴向位移电机，用以安装轴向位移电机，三个孔呈等腰三角形排列，底边长100mm，底边高100mm。安装轴向位移电机，并保证轴向位移电机的位移轴垂直底座。平台采用厚度为10mm的PEEK板材，上表面做磨平抛光处理，表面粗糙度优于0.1mm，PEEK板材下表面开三个锥形孔，锥形孔的分布与底座相同，开孔大小大于轴向位移电机位移轴直径的4倍，深度不小于3mm。将两轴倾角传感器放置在平台上表面，调整两轴倾角传感器的“零”平面平行于平台上表面，将平台下方的锥形孔对准轴向位移电机的顶端，使三个顶端落进锥形孔内。打开电源，电机控制器获得从两轴倾角传感器传送过来的的倾角数据，即平台倾斜角度数据，调整轴向位移电机的位移轴伸缩情况，实现平台上表面水平。
两轴倾角传感器的分辨率为0.01度，轴向位移电机单步位移精度为0.05mm，当三个轴向位移电机安装完成后，存在以下几种轴位移电机顶端与水平面几何关系。如图4所示，（a）、（b）、（c）均为三个轴向位移电机位移轴顶端处于同一水平面，当有一个顶端调整（a）、两个顶端调整（b）、三个顶端同时调整（c）时，均可以实现平台的水平；当轴向位移电机位移轴顶端有两个位于同一水平面，另外一个处于面外时，存在负偏离图4（d）和正偏离图4（e）两种情况；当三个轴向位移电机的顶端均不在同一水平面时，选定其中任意一个顶端做水平面，另外两个顶端可以是正偏离、负偏离、一正一负偏离，如图4（f）。分析现有的几何关系可知，其最大系统固有误差（通过调整轴向位移电机仍无法弥补）为轴位移电机的单步位移精度。
假定在调平过程中，由于安装问题导致轴向位移电机顶端均不在同一平面上，选取中间位置为水平面，则最大系统误差经调节后其极限为轴位移电机单步位移精度，数值为0.05mm。在三个轴向位移电机呈间隔100mm排列时，带来的角度误差为
，优于一般调平所要求的精度0.1，同时两轴倾角传感器的分辨率为0.01，可以明确感知角度变化，对轴向位移电机轴伸缩也有很好的响应。
以上所述实施例仅代表本实用新型中实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种三轴调平装置，其特征在于：该装置包括底座（1）、轴向位移电机（2）、电机控制器（3）、平台（4）、两轴倾角传感器（5）、电机控制器遥控（6）；轴向位移电机（2）固定在底座（1）上，呈三角排列，电机控制器（3）通过导线连接轴向位移电机（2），平台（4）底部有三个锥形孔，锥形孔中心位置与轴向位移电机（2）的位移轴同轴心，可放置在轴向位移电机（2）的位移轴顶端，两轴倾角传感器（5）“零”平面平行于平台（4）上表面，电机控制器遥控（6）通过无线或有线方式与电机控制器（3）通信，控制电机控制器（3）。
2.根据权利要求1所述一种三轴调平装置，其特征在于底座（1）为硬质材料平板结构，硬质材料为金属，硬质塑料或树脂基复合材料，底座（1）可开孔固定于平面物体上或直接放置在平面物体上。
3.根据权利要求1所述一种三轴调平装置，其特征在于轴向位移电机（2）固定在底座（1）上，呈三角排列，其电机轴具有轴向位移特性，沿轴方向伸缩。
4.根据权利要求1所述一种三轴调平装置，其特征在于电机控制器（3）通过导线连接轴向位移电机（2），控制轴向位移电机（2）的电机轴伸缩。
5.根据权利要求1所述一种三轴调平装置，其特征在于平台（4）为刚性材料，其上表面高度平整，下底面存在三个锥形孔，锥形孔中心点对应轴向位移电机（2）位移轴的轴心，平台（4）放置在轴向位移电机（2）位移轴顶端。
6.根据权利要求1所述一种三轴调平装置，其特征在于两轴倾角传感器（5）的“零”平面与平台（4）的上表面平行，能够跟随平台（4）的倾角变化，实时获得平台左右方向与绝对水平的夹角X值和前后方向与绝对水平的夹角Y值；两轴倾角传感器（5）与电机控制器（3）通信，提供实时平台倾角X、Y值。
7.根据权利要求1所述一种三轴调平装置，其特征在于电机控制器遥控（6），通过无线或者有线方式与电机控制器（3）通信，调节三个轴向位移电机（2）位移轴的伸缩。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN201921011466.6U CN211738527U (zh) | 2019-07-02 | 2019-07-02 | 一种三轴调平装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
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| CN211738527U true CN211738527U (zh) | 2020-10-23 |
Family
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Family Applications (1)
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Country Status (1)
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| CN (1) | CN211738527U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110185902A (zh) * | 2019-07-02 | 2019-08-30 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 一种三轴调平装置及其应用 |
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2019
- 2019-07-02 CN CN201921011466.6U patent/CN211738527U/zh active Active
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| CN110185902A (zh) * | 2019-07-02 | 2019-08-30 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 一种三轴调平装置及其应用 |
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