CN215824717U - 一种三维角度摆动台 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于光学零件组装技术领域，提供了一种三维角度摆动台，包括底座、旋转件以及驱动装置；底座的中部具有开口朝上的半球形凹槽，旋转件的底部具有向下凸出、可转动地嵌装于半球形凹槽内的半球形凸部，顶部具有用于放置光学元件的工作面；驱动装置具有至少三个直线驱动机构，直线驱动机构具有相对底座和旋转件转动的自由度，用于独自或与其他直线驱动机构配合驱动旋转件绕半球形凸面的球心相对底座旋转。本实用新型提供的一种三维角度摆动台结构简单，具有高强度、高刚性、运行稳定的特点，且可根据需要随意调整光学元件的倾斜角度。

Description

一种三维角度摆动台

技术领域

本实用新型属于光学零件组装技术领域，尤其涉及一种三维角度摆动台。

背景技术

精密光学元件高精度组装时需要用到三维角度摆动台，但目前的三维角度摆动台一般是将多个旋转半径经过精巧设计的角度摆台沿着xyz的方向排布并依次搭建，具体的说是，后一个角度摆动台的旋转半径等于前一个角度摆动台的旋转半径加上前一个摆动台的厚度，即可获得一个三维的角度摆动平台。但目前的三维角度摆动台，结构复杂，性能不佳。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种三维角度摆动台，旨在解决现有技术中三维角度摆动台，结构复杂，性能不佳的技术问题。

本实用新型是这样实现的，一种三维角度摆动台，包括底座、旋转件以及驱动装置；

所述底座的中部具有开口朝上的半球形凹槽，所述旋转件的底部具有向下凸出、可转动地嵌装于所述半球形凹槽内的半球形凸部，顶部具有用于放置光学元件的工作面；

所述驱动装置具有至少三个直线驱动机构，所述直线驱动机构具有相对所述底座和所述旋转件转动的自由度，用于独自或与其他直线驱动机构配合驱动所述旋转件绕所述半球形凸面的球心相对所述底座旋转。

在一个可选实施例中，所述直线驱动机构的一端与所述旋转件铰接，另一端具有用于与外接支撑装置或所述底座铰接的第一连接部。

在一个可选实施例中，所述直线驱动机构的驱动端与所述旋转件球形铰接，所述第一连接部连接于所述直线驱动器中背离所述驱动端的一端，且所述第一连接部具有用于与外接支撑装置或所述底座球形铰接的球形铰接结构。

在一个可选实施例中，至少三个所述直线驱动机构与所述旋转件的铰接点位于同一平面。

在一个可选实施例中，所述旋转件的侧壁上连接有至少三个间隔设置的第二连接部，至少三个所述直线驱动机构一一对应地铰接连接于相应所述第二连接部远离所述旋转件的一端上。

在一个可选实施例中，所述直线驱动机构位于所述底座的上表面的上方，相应端部与所述旋转件裸露在所述半球形凹槽外的部分铰接；

或者，所述直线驱动机构位于所述底座的上表面的下方，相应端部与所述半球形凸部铰接。

在一个可选实施例中，当所述第一连接部与所述底座铰接时，所述底座上开设有至少三个容纳槽；所述容纳槽与所述半球形凹槽连通，用于一一对应的容纳相应所述直线驱动机构并供所述直线驱动机构活动。

在一个可选实施例中，所述底座由多个分体拼接而成，所述分体的顶部具有弧形凹面，多个所述分体上的弧形凹面拼接成所述半球形凹槽。

在一个可选实施例中，所述半球形凹槽的槽壁和所述半球形凸面之间填充有润滑层。

在一个可选实施例中，所述半球形凹槽的槽壁和所述半球形凸面之间具有负压腔，所述润滑层位于所述负压腔内。

本实用新型相对于现有技术的技术效果是：本实用新型实施例提供的三维角度摆动台，设置了底座、旋转件以及驱动装置，其中底座具有半球形凹槽，旋转件具有与半球形凹槽相适配的半球形凸部、以借此嵌装于底座上，进而旋转件在使用时可在驱动装置的作用下以点接触、线接触或面接触的方式相对底座进行任意方向转动。除此之外，驱动装置具有至少三个直线驱动机构，各个直线驱动机构具有相对底座和旋转件转动的自由度，可以独自工作或与其他直线驱动机构配合驱动旋转件相对底座进行任意方向转动。整个三维角度摆动台结构简单，具有高强度、高刚性、运行稳定的特点，且可根据需要随意调整光学元件的倾斜角度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一实施例提供的三维角度摆动台的立体结构示意图；

图2是图1所示的三维角度摆动台的主视结构示意图；

图3是本实用新型另一实施例提供的三维角度摆动台的主视结构示意图；

图4是本实用新型另一实施例提供的三维角度摆动台的主视结构示意图；

图5是图1所示的三维角度摆动台绕Z轴旋转时的结构示意图；

图6是沿图2中A-A线的剖视结构图；

图7是本实用新型实施例所采用的底座沿图2中A-A线的剖视结构图；

图8是本实用新型实施例所采用的旋转件沿图2中A-A线的剖视结构图。

附图标记说明：

100、底座；110、半球形凹槽；200、旋转件；210、半球形凸部；220、工作面；230、第二连接部；300、驱动装置；310、直线驱动机构；320、第一连接部；330、球形铰接结构；400、光学元件。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

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。由此，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。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，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；可以是直接相连，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实用新型中的具体含义。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。

在实现本申请过程中，发明人发现现有的三维角度摆动台中三个角度摆动台是串联的，导致其存在一些缺点：1、三个角度摆动台的旋转轴难以相交于一点，造成三个摆动台单独旋转时需要其他的坐标去进行补偿，才能够获得以空间当中某一点旋转的效果；2、后一个角度摆动台安装在前一个角度摆动台之上，使得三维角度摆动台的刚性较低、抗振动效果较低；3、每一个角度摆动台的旋转半径需要在给定数值上，而商业化的角度摆动台的半径数值选择较为有限，不能够任意改变角度摆动台的旋转半径指标，从而限制了三维角度摆动台的运用范围。如此，导致现有的三维角度摆动台，结构复杂，摆动角度有限，使用多有不便

请参照图1至图8所示，在本实用新型实施例中，提供一种三维角度摆动台，包括底座100、旋转件200以及驱动装置300。底座100的中部具有开口朝上的半球形凹槽110，旋转件200的底部具有向下凸出、可转动地嵌装于半球形凹槽110内的半球形凸部210，顶部具有用于放置光学元件400的工作面220。

驱动装置300具有至少三个直线驱动机构310，直线驱动机构310具有相对底座100和旋转件200转动的自由度，用于独自或与其他直线驱动机构310配合驱动旋转件200绕半球形凸面的球心相对底座100旋转。

本实施例中的直线驱动机构310可以为液压缸、气缸、电缸、电动推杆等中的一种或多种组合。且至少三个直线驱动机构310可以采用相同结构或不同结构，这里不做唯一限定。各直线驱动机构310可以一端与底座100转动连接、另一端与旋转件200转动连接；也可以一端转动连接于相对底座100固定的外接支撑架上，另一端与旋转件200可转动接触；还可以驱动装置300包括用于支撑并驱动直线驱动机构310转动的转动驱动机构。半球形凹槽110和半球形凸部210分别为球缺结构，其深度或高度可以与对应球体的半径一致，或高于其半径，或低于其半径，且两者对应球体的半径相当，进而使得两者在一定条件下可以相互接触，且产生相对滑动。

使用时，将待组装的光学元件400固定于旋转件200的工作面220上，之后根据需要控制其中一个或多个直线驱动机构310工作，推动旋转件200相对底座100旋转，直至光学元件400的倾斜角度调整至所需角度。

具体的，在一个实施例中，各直线驱动机构310的驱动端在初始状态下与旋转件200分离，即此时旋转件200的旋转不受各直线驱动机构310的限制。至少三个直线驱动机构310中，至少一个直线驱动机构310用于驱动旋转件200绕X轴旋转，至少一个直线驱动机构310用于驱动旋转件200绕Y轴旋转，至少一个直线驱动机构310用于驱动旋转件200绕Z轴旋转。这样需要调整光学元件400的倾斜角度时，可先根据需要控制相应直线驱动机构310工作，驱动旋转件200绕X轴、Y轴或Z轴旋转，以完成光学元件400倾斜角度的调节；或者先驱动旋转件200绕某一轴旋转，再驱动旋转件200绕另一轴向旋转，最终完成光学元件400倾斜角度的调节。

在另一个实施例中，各直线驱动机构310的驱动端可分别与旋转件200转动连接，需要调整光学元件400倾斜角度时，各直线驱动机构310同时工作，共同作用以实现旋转件200倾斜角度的调整，进而实现光学元件400倾斜角度的调整。

在另一实施例中，至少三个直线驱动机构310中，其中一部分组成用于驱动旋转件200绕X轴、Y轴旋转的XY模组，另一部分用于驱动上述XY模组和旋转件200的组合件绕Z轴旋转，以实现旋转件200倾斜角度的调整，进而实现光学元件400倾斜角度的调整。

当然，在其他实施例中上述直线驱动机构310还可以采用其他的布置方式，以实现旋转件200倾斜角度的调整，进而实现光学元件400倾斜角度的调整。

本实用新型实施例提供的三维角度摆动台，设置了底座100、旋转件200以及驱动装置300，其中底座100具有半球形凹槽110，旋转件200具有与半球形凹槽110相适配的半球形凸部210、以借此嵌装于底座100上，进而旋转件200在使用时可在驱动装置300的作用下以点接触、线接触或面接触的方式相对底座100进行任意方向转动。除此之外，驱动装置300具有至少三个直线驱动机构310，各个直线驱动机构310具有相对底座100和旋转件200转动的自由度，可以独自工作或与其他直线驱动机构310配合驱动旋转件200相对底座100进行任意方向转动。整个三维角度摆动台结构简单，具有高强度、高刚性、运行稳定的特点，且可根据需要随意调整光学元件400的倾斜角度。

请参照图1至图5所示，在一个可选实施例中，直线驱动机构310的一端与旋转件200铰接，另一端具有用于与外接支撑装置或底座100铰接的第一连接部320。

一般为直线驱动机构310的驱动端与旋转件200铰接、直线驱动机构310的另一端具有第一连接部320。具体的，直线驱动机构310可通过销轴、球头组件等与旋转件200铰接，连接头可以为球头、球窝、用于安装销轴的耳板等中任一种或多种，具体可根据使用需要设定，这里不做唯一限定。外接支撑装置可以为相对底座100固定的座体、板体、柱体等物体中的其中一个或多个组合，只要能实现直线驱动机构310位置的限定即可，这里不做唯一限定。直线驱动机构310采用本实施例提供的方案进行固定，各个直线驱动机构310之间采用并联形式，解决了现有三维角度摆动台的问题，使得三维角度摆动台的整体结构稳定，且对各个直线驱动机构310的转动方向、转动方式进行了限定。

请参照图1至图5所示，在一个可选实施例中，直线驱动机构310的驱动端与旋转件200球形铰接，第一连接部320连接于直线驱动器中背离驱动端的一端，且第一连接部320具有用于与外接支撑装置或底座100球形铰接的球形铰接结构330。

采用这一方案，使得直线驱动机构310的两端可分别与相应部件进行360°转动，从而保证了旋转件200相对底座100进而任意角度转动的顺畅进行。

为进一步提高三维角度摆动台组装的便捷性，以及提高其整体结构的美观度，请参照图1至图5所示，在一个可选实施例中，至少三个直线驱动机构310与旋转件200的铰接点位于同一平面。

具体的，当至少三个直线驱动机构310与旋转件200的铰接点位于同一平面时，各铰接点可以等角度均匀分布，也可不均匀分布，如当直线驱动机构310设有三个时，铰接点可沿同一圆周等角度均匀分布，如图4所示，三个铰接点呈120°夹角设置；还可以如图3所示，其中两个铰接点沿该圆周中的其中一个直径相对设置，另一铰接点位于上述直径的垂线上。在另一个实施例中，如图1及图2所示，直线驱动机构310设有四个时，四个铰接点可沿同一圆周等角度均匀分布。在其他实施例中，直线驱动机构310设有五个或六个。

为便于理解，现以图1、图2及图5所示实施例，对光学元件400的倾斜角度调节操作进行说明，在此实施例中，直线驱动机构310设有四个，且四个铰接点沿同一圆周等角度均匀分布，且相对设置的两个直线驱动机构310的驱动方向相反。当需要将光学元件400绕垂直于工作面220的Z轴旋转时，四个直线驱动机构310的轴线位于同一平面上，四者同时伸长或收缩，以驱动旋转件200绕Z轴旋转，实现光学元件400角度调节。当需要将光学元件400绕平行于工作面220的X轴或Y轴旋转时，四个直线驱动机构310的轴线中部分或全部与工作面220呈夹角设置，此时可根据需要控制部分直线驱动机构310的驱动端伸长，部分伸缩，以驱动旋转件200绕X轴或Y轴旋转，实现光学元件400角度调节。

上述直线驱动机构310与旋转件200铰接方案中，可以采用直线驱动机构310的相应端部直接与旋转件200铰接，也可以借助连接件与旋转件200铰接。请参照图1至图6所示，在一个具体的实施例中，旋转件200的侧壁上连接有至少三个间隔设置的第二连接部230，至少三个直线驱动机构310一一对应地铰接连接于相应第二连接部230远离旋转件200的一端上。

本实施例中第二连接部230可以为凸出于旋转件200侧壁的杆体、凸块、耳板等中任一个或多个，这里不做唯一限定，只要能实现上述功能即可。上述第二连接部230可以一体成型于旋转件200的侧壁上，也可以通过焊接、胶接、螺栓连接等方式固定于旋转件200的侧壁上。第二连接部230的设置使得直线驱动机构310与旋转件200的连接不会对旋转件200的结构造成损坏，进而保证了旋转件200整体结构的稳定性。

上述直线驱动机构310可以位于底座100的上表面的上方或下方。当上述直线驱动机构310位于底座100的上表面的上方时，直线驱动机构310用于与旋转件200铰接的一端与旋转件200裸露在半球形凹槽110外的部分铰接，如此操作人员便于观察各个直线驱动机构310的工作状态且便于直线驱动机构310的维修或更换。当上述直线驱动机构310位于底座100的上表面的下方时，上述与半球形凸部210铰接，如此可以提高三维角度摆动台的美观度，同时便于光学元件400的放置。

为进一步提高三维角度摆动台的美观度，在一个具体的实施例中，当第一连接部320与底座100铰接时，底座100上开设有至少三个容纳槽。容纳槽与半球形凹槽110连通，用于一一对应的容纳相应直线驱动机构310并供直线驱动机构310活动。

如此，驱动装置300可隐藏于底座100内，使得三维角度摆动台的整体结构紧凑且美观，同时外物不易对直线驱动机构310的工作造成不良影响。

上述底座100可以采用一体成型结构，也可以采用分体式结构。在一个具体的实施例中，底座100由多个分体拼接而成，分体的顶部具有弧形凹面，多个分体上的弧形凹面拼接成半球形凹槽110。

具体的，多个分体可以通过插接、胶接、焊接、螺栓连接等方式中的一种或多种连接，以拼接而成上述底座100。另外，需要说明的是，上述半球形凹槽110可以为完整的弧形面，也可以为镂空结构，还可以沿厚度方向贯穿底座100，当然还与可以采用其他结构，只要能实现旋转件200的稳定支撑即可。底座100采用分体式结构，便于其维修和更换部件，同时便于组装前零部件的转运。

上述旋转件200、底座100可以为金属件、塑料件、玻璃件或由其他材质制成，当旋转件200的重量较大时，旋转件200中的半球形凸面可在重力的作用下紧密贴合底座100中的半球形凹槽110的槽壁放置，如此旋转件200相对底座100转动时两者之间的摩擦力较大，进而容易导致相应表面的磨损，为降低两者之间磨损，在一个具体的实施例中，半球形凹槽110的槽壁和半球形凸面之间填充有润滑层。具体的，润滑层可以为润滑油层、润滑胶层等。

而当旋转件200重量较轻时，仅靠重力，旋转件200很难与底座100紧密接触，进而易发生旋转件200脱离底座100的现象，影响旋转件200倾斜角度调节效果，为解决这一问题，在一个具体的实施例中，半球形凹槽110的槽壁和半球形凸面之间具有负压腔，润滑层位于负压腔内。

具体的，可在底座100上加装抽真空装置，或外接抽真空装置，使得半球形凹槽110的槽壁和半球形凸面之间形成负压腔，进而使得三维角度摆动台使用时，板球形凸面可始终贴合半球形凹槽110放置，进而保证旋转件200倾斜角度的调节可以在预设的区域内进行，从而保证光学元件400组装的顺利稳定进行。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，仅具体描述了本实用新型的技术原理，这些描述只是为了解释本实用新型的原理，不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处解释，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进，及本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其他具体实施方式，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种三维角度摆动台，其特征在于，包括底座、旋转件以及驱动装置；

所述底座的中部具有开口朝上的半球形凹槽，所述旋转件的底部具有向下凸出、可转动地嵌装于所述半球形凹槽内的半球形凸部，顶部具有用于放置光学元件的工作面；

所述驱动装置具有至少三个直线驱动机构，所述直线驱动机构具有相对所述底座和所述旋转件转动的自由度，用于独自或与其他直线驱动机构配合驱动所述旋转件绕所述半球形凸面的球心相对所述底座旋转。

2.如权利要求1所述的三维角度摆动台，其特征在于，所述直线驱动机构的一端与所述旋转件铰接，另一端具有用于与外接支撑装置或所述底座铰接的第一连接部。

3.如权利要求2所述的三维角度摆动台，其特征在于，所述直线驱动机构的驱动端与所述旋转件球形铰接，所述第一连接部连接于所述直线驱动机构中背离所述驱动端的一端，且所述第一连接部具有用于与外接支撑装置或所述底座球形铰接的球形铰接结构。

4.如权利要求3所述的三维角度摆动台，其特征在于，至少三个所述直线驱动机构与所述旋转件的铰接点位于同一平面。

5.如权利要求2-4任一项所述的三维角度摆动台，其特征在于，所述旋转件的侧壁上连接有至少三个间隔设置的第二连接部，至少三个所述直线驱动机构一一对应地铰接连接于相应所述第二连接部远离所述旋转件的一端上。

6.如权利要求2-4任一项所述的三维角度摆动台，其特征在于，所述直线驱动机构位于所述底座的上表面的上方，相应端部与所述旋转件裸露在所述半球形凹槽外的部分铰接；

或者，所述直线驱动机构位于所述底座的上表面的下方，相应端部与所述半球形凸部铰接。

7.如权利要求2-4任一项所述的三维角度摆动台，其特征在于，当所述第一连接部与所述底座铰接时，所述底座上开设有至少三个容纳槽；所述容纳槽与所述半球形凹槽连通，用于一一对应的容纳相应所述直线驱动机构并供所述直线驱动机构活动。

8.如权利要求1-4任一项所述的三维角度摆动台，其特征在于，所述底座由多个分体拼接而成，所述分体的顶部具有弧形凹面，多个所述分体上的弧形凹面拼接成所述半球形凹槽。

9.如权利要求1-4任一项所述的三维角度摆动台，其特征在于，所述半球形凹槽的槽壁和所述半球形凸面之间填充有润滑层。

10.如权利要求9所述的三维角度摆动台，其特征在于，所述半球形凹槽的槽壁和所述半球形凸面之间具有负压腔，所述润滑层位于所述负压腔内。

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