專利名稱：并聯(lián)式宏微驅(qū)動(dòng)的高精度大口徑光柵拼接裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高精度大口徑光柵拼接裝置，屬于光學(xué)機(jī)械運(yùn)動(dòng)定位技術(shù) 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，衍射光柵逐漸獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，對(duì)大面 積高精度衍射光柵的需求也越來(lái)越多。目前，我國(guó)陸續(xù)開(kāi)展了同步輻射光束線、激光核聚變、LAMOST天文望遠(yuǎn)鏡及紅外太陽(yáng)塔光譜儀等一些大型科學(xué)工程項(xiàng) 目，這些項(xiàng)目中都迫切需要研制高質(zhì)量的大面積的衍射光柵。例如，在我國(guó)正 開(kāi)展的激光核聚變項(xiàng)目——"神光"系列工程項(xiàng)目中，利用啁啾脈沖放大技術(shù) (CPA)，使得獲得更高能量、更高強(qiáng)度的超短脈沖成為可能。在CPA系統(tǒng)中， 產(chǎn)生的超短激光脈沖的能量受限于壓縮池中光柵的損傷閾值和口徑。多層介質(zhì) 膜光柵具有較高的損傷閾值，但是很難實(shí)現(xiàn)大口徑光柵的制造，因而能否獲取 大面積衍射光柵已經(jīng)成為影響該項(xiàng)目成敗的關(guān)鍵因素。目前，直接制造大面積的衍射光柵存在以下問(wèn)題 一、直接制造大面積的 衍射光柵需要研制出高精度大行程的光柵刻劃?rùn)C(jī)，實(shí)現(xiàn)大面積光柵的制造。這 需要投入大量的資金和人力，而且加工周期也很長(zhǎng)，難度很大。二、衍射光柵 需要在基體上鍍膜，并刻劃出特定方向的光柵條紋，大面積光柵的鍍膜均勻性 問(wèn)題不容易保證。三、由于刻劃光柵的總體長(zhǎng)度增加，因此加工大面積光柵條 紋對(duì)刀具的磨損也非常嚴(yán)重。盡管可以采用金剛石刀具進(jìn)行光柵刻劃，但其磨 損問(wèn)題仍然非常嚴(yán)重。另外，直接制造大面積衍射光柵需要光刻機(jī)的自動(dòng)換刀系統(tǒng)具有很高的刀具重復(fù)定位精度。這些問(wèn)題也成為制約大面積光柵制造的重 要瓶頸問(wèn)題。因此，目前直接制造大面積的衍射光柵在經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)保障等方 面都是很難實(shí)現(xiàn)的。1990年，意大利學(xué)者M(jìn)azzacumti和Ruocco通過(guò)理論研究表明通過(guò)拼接的 方法獲得大面積的光柵在理論上是可行的。日本的Hitachi公司于1997年用36 塊面積為150xl50mm的衍射光柵拼接出面積為900x900mm的大光柵，并成功 應(yīng)用于天文儀器上。俄羅斯科學(xué)院列寧格勒核物理研究所的S. G Turukhano等 人于1995年利用帶有壓電微調(diào)機(jī)構(gòu)的閉環(huán)控制干涉光學(xué)系統(tǒng)、精密水平移動(dòng)滑 臺(tái)、標(biāo)準(zhǔn)參考光柵等設(shè)備拼接出光柵常數(shù)為lnm、長(zhǎng)度(沿色散方向)為1150 mm的大面積全息光柵。1995年美國(guó)理查德森光柵實(shí)驗(yàn)室(Richardson Grating Laboratory)為歐洲南方天文臺(tái)(ESO)制作了一塊840x214x125 mm的拼接 光柵，并用于其8米大型天文望遠(yuǎn)鏡附屬光譜儀上。1999年又為日本國(guó)家天文 臺(tái)制造了三塊拼接光柵，用于其天文學(xué)方向的研究。利用多塊小光柵進(jìn)行拼接 的方法己經(jīng)成為獲取大面積光柵的重要途徑。高精度大口徑光柵拼接技術(shù)是涉及機(jī)械設(shè)計(jì)、精密定位、超精密加工、控 制理論、計(jì)算機(jī)技術(shù)等多學(xué)科的復(fù)雜技術(shù)，是國(guó)防和民用領(lǐng)域中十分重要的關(guān) 鍵技術(shù)。國(guó)外起步比國(guó)內(nèi)早，并取得了一定的成果，如美國(guó)、日本、俄羅斯等 國(guó)家在光柵拼接技術(shù)的研究上走到了世界的前列。但國(guó)外的光柵拼接技術(shù)在一 定程度上對(duì)我國(guó)實(shí)施了技術(shù)封鎖，這極大地限制了我國(guó)獲取大面積高精度光柵 的總體技術(shù)水平。因而，開(kāi)發(fā)用于大口徑高精度光柵拼接的裝置具有重要的理 論和現(xiàn)實(shí)意義。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了解決國(guó)內(nèi)無(wú)高精度大口徑光柵拼接裝置的問(wèn)題進(jìn)而提供一種并聯(lián)式宏微驅(qū)動(dòng)的高精度大口徑光柵拼接裝置。本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是本發(fā)明由動(dòng)光柵部件、定光柵 部件、五個(gè)直線驅(qū)動(dòng)器、二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)部件、基座組成；所述二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)部 件固定在基座上，所述動(dòng)光柵部件的下端與二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)部件的上端球鉸接， 所述定光柵部件固裝在基座上，所述五個(gè)直線驅(qū)動(dòng)器分別是第一 X軸直線驅(qū) 動(dòng)器、第二X軸直線驅(qū)動(dòng)器、第三X軸直線驅(qū)動(dòng)器、第一Y軸直線驅(qū)動(dòng)器、 第二Y軸直線驅(qū)動(dòng)器，所述第一X軸直線驅(qū)動(dòng)器、第三X軸直線驅(qū)動(dòng)器、第 二 X軸直線驅(qū)動(dòng)器由上至下沿X軸方向依次設(shè)置在基座上，所述第r Y軸直 線驅(qū)動(dòng)器、第二Y軸直線驅(qū)動(dòng)器由上至下沿Y軸方向依次設(shè)置在基座上，所 述每個(gè)直線驅(qū)動(dòng)器分別與基座和動(dòng)光柵部件固接。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊、調(diào)整方便、操作靈活、拼接 精度高等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)最大面積(400x400mm)的動(dòng)光柵與靜光柵在空間 五個(gè)自由度《2、 7、 P、 ？)方向上的高精度拼接。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)的主視方向的正等軸測(cè)圖，圖2是本發(fā)明的整 體結(jié)構(gòu)的后視方向的正等軸測(cè)圖，圖3是單個(gè)直線驅(qū)動(dòng)器的正等軸測(cè)圖，圖4 是宏動(dòng)鎖緊件18與鎖定墊塊22裝配在一起的結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是微動(dòng)柔性鉸 鏈部件ll的主視圖，圖6是圖5的俯視圖，圖7是二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)部件7的主 視圖，圖8是圖7的俯視圖，圖9是圖7的左視圖。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式由動(dòng)光柵 部件l、定光柵部件4、五個(gè)直線驅(qū)動(dòng)器、二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)部件7、基座6組成; 所述二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)部件7固定在基座6上，所述動(dòng)光柵部件1的下端與二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)部件7的上端球鉸接，所述定光^l部件4固裝在基座6上，所述五個(gè)直 線驅(qū)動(dòng)器分別是第一 X軸直線驅(qū)動(dòng)器2、第二 X軸直線驅(qū)動(dòng)器8、第三X軸 直線驅(qū)動(dòng)器9、第一Y軸直線驅(qū)動(dòng)器3、第二Y軸直線驅(qū)動(dòng)器5，所述第一X 軸直線驅(qū)動(dòng)器2、第三X軸直線驅(qū)動(dòng)器9、第二 X軸直線驅(qū)動(dòng)器8由上至下沿 X軸方向依次設(shè)置在基座6上，所述第一 Y軸直線驅(qū)動(dòng)器3、第二Y軸直線 驅(qū)動(dòng)器5由上至下沿Y軸方向依次設(shè)置在基座6上，所述每個(gè)直線驅(qū)動(dòng)器分 別與基座6和動(dòng)光柵部件1固接。
具體實(shí)施方式
二結(jié)合圖l、圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的每個(gè)直 線驅(qū)動(dòng)器由柔性連接軸10、微動(dòng)柔性鉸鏈部件ll、絲母座12、宏動(dòng)絲杠13、 宏動(dòng)步進(jìn)電機(jī)14、柔性連軸器15、軸承座部件16、絲母17、宏動(dòng)鎖緊件18、 宏動(dòng)靜直線導(dǎo)軌19、宏動(dòng)動(dòng)直線導(dǎo)軌20、驅(qū)動(dòng)器基座21、鎖定墊塊22組成； 所述柔性連接軸10的兩端分別與微動(dòng)柔性鉸鏈部件11和絲母座12相連接， 所述宏動(dòng)絲杠13的輸入端穿過(guò)絲母座12和絲母17的內(nèi)螺紋孔及軸承座部件 16的軸孔與柔性連軸器15的輸出端傳動(dòng)連接，柔性連軸器15的輸入端與宏 動(dòng)步進(jìn)電機(jī)14的輸出軸傳動(dòng)連接，絲母座12靠近軸承座部件16 —側(cè)的外端 面與絲母17固接，絲母座12和宏動(dòng)動(dòng)直線導(dǎo)軌20均與宏動(dòng)鎖緊i牛18固接， 宏動(dòng)靜直線導(dǎo)軌19沿縱向固定在驅(qū)動(dòng)器基座21上，宏動(dòng)動(dòng)直線導(dǎo)軌20裝在 宏動(dòng)靜直線導(dǎo)軌19上且與其滑動(dòng)配合，宏動(dòng)鎖緊件18裝在鎖定墊塊22上， 宏動(dòng)鎖緊件18與鎖定墊塊22之間留有間隙，可保證兩個(gè)零部件之間實(shí)現(xiàn)自由 運(yùn)動(dòng)，鎖定墊塊22和軸承座部件16均固裝在驅(qū)動(dòng)器基座21上，驅(qū)動(dòng)器基座 21與基座6固接，微動(dòng)柔性鉸鏈部件11與動(dòng)光柵部件1固接。如此設(shè)置，由 宏動(dòng)步進(jìn)電機(jī)14帶動(dòng)宏動(dòng)絲杠13轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)絲母17帶動(dòng)絲母座12移動(dòng)， 從而可以實(shí)現(xiàn)宏動(dòng)鎖緊件18沿著宏動(dòng)動(dòng)直線導(dǎo)軌20進(jìn)行移動(dòng)。當(dāng)宏動(dòng)步進(jìn)電機(jī)14的粗調(diào)運(yùn)動(dòng)完成后，采用鎖緊螺釘將宏動(dòng)鎖緊件18與鎖定墊塊22連接 起來(lái)。此時(shí)，宏動(dòng)鎖緊件18鎖定在鎖定墊塊22上，因?yàn)殒i定墊塊22與驅(qū)動(dòng) 器基座21剛性連接，這樣使得宏動(dòng)鎖緊件18鎖定在驅(qū)動(dòng)器基座2ljl。五個(gè) 直線驅(qū)動(dòng)器皆采用該方式同時(shí)實(shí)現(xiàn)鎖緊，此時(shí)動(dòng)光柵的粗調(diào)運(yùn)動(dòng)結(jié)束，可以通 過(guò)拆除宏動(dòng)絲杠13、絲母17、軸承座部件16、柔性連軸器15和宏動(dòng)步進(jìn)電 機(jī)14將粗調(diào)機(jī)構(gòu)拆除掉，也可以保留粗調(diào)裝置實(shí)現(xiàn)其必要條件下的再次粗調(diào)。 其它組成與連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的宏動(dòng)鎖緊件 18上設(shè)有弧形槽23。這樣設(shè)計(jì)能保證宏動(dòng)鎖緊件18與鎖定墊塊22兩個(gè)零部 件之間在鎖緊時(shí)可以產(chǎn)生適當(dāng)?shù)奈⒆冃?，?shí)現(xiàn)宏動(dòng)運(yùn)動(dòng)的鎖緊。
具體實(shí)施方式
四結(jié)合圖l、圖3、圖5和圖6說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施 方式的微動(dòng)柔性鉸鏈部件11由微動(dòng)柔性鉸鏈24、微動(dòng)壓電陶瓷件25、壓電陶 瓷座26、壓電陶瓷鋼球27、柔性鉸鏈緊定螺釘28、壓電陶瓷緊定螺釘29、螺 母30組成；所述微動(dòng)柔性鉸鏈24的一端通過(guò)壓電陶瓷鋼球27與微動(dòng)壓電陶 瓷件25的一端柔性連接，微動(dòng)柔性鉸鏈24的另一端與絲母座12相連接，微 動(dòng)柔性鉸鏈24裝在壓電陶瓷座26上，壓電陶瓷座26與動(dòng)光柵部件1固接， 微動(dòng)柔性鉸鏈24通過(guò)壓電陶瓷緊定螺釘29與壓電陶瓷座26軸向連接，微動(dòng) 柔性鉸鏈24通過(guò)柔性鉸鏈緊定螺釘28與壓電陶瓷座26沿豎直方向連接，微 動(dòng)壓電陶瓷件25的另一端穿過(guò)壓電陶瓷座26的中心軸孔與螺母30螺紋連接。 動(dòng)光柵在需要調(diào)整時(shí)，采用宏動(dòng)步進(jìn)電機(jī)14帶動(dòng)宏動(dòng)絲杠13轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)絲母 17和絲母座12帶動(dòng)柔性連接軸IO并推動(dòng)微動(dòng)柔性鉸鏈部件11實(shí)現(xiàn)宏動(dòng)運(yùn)動(dòng)。 上述為直線驅(qū)動(dòng)器的宏動(dòng)運(yùn)動(dòng)方式，即為動(dòng)光柵粗調(diào)的運(yùn)動(dòng)情況。粗調(diào)完成后， 需要進(jìn)行動(dòng)光柵的精調(diào)，精調(diào)時(shí)，微動(dòng)壓電陶瓷件25驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷座26并帶動(dòng)動(dòng)光柵部件l運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)微動(dòng)精調(diào)。柔性鉸鏈緊定螺釘28的功能是當(dāng)微動(dòng)壓電陶瓷件25預(yù)緊后，實(shí)現(xiàn)微動(dòng) 柔性鉸鏈24與壓電陶瓷座26的緊定功能；當(dāng)微動(dòng)壓電陶瓷件25伸長(zhǎng)時(shí)，微 動(dòng)柔性鉸鏈24被拉伸，微動(dòng)柔性鉸鏈24將向左側(cè)伸長(zhǎng)使得動(dòng)光柵部件1運(yùn)動(dòng)， 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)光柵的微動(dòng)調(diào)節(jié)。同時(shí)，由于微動(dòng)壓電陶瓷件25在安裝時(shí)，由壓電 陶瓷緊定螺釘29和螺母30共同實(shí)現(xiàn)了微動(dòng)壓電陶瓷件25的安裝預(yù)緊，微動(dòng) 柔性鉸鏈24存在一定的拉伸變形量。因此，當(dāng)微動(dòng)壓電陶瓷件25收縮時(shí)，可 以實(shí)現(xiàn)微動(dòng)柔性鉸鏈24的彈性回彈，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)微動(dòng)柔性鉸鏈24左側(cè)縮短，使 得動(dòng)光柵部件1產(chǎn)生反向運(yùn)動(dòng)。其它組成與連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
二相同。
具體實(shí)施方式
五結(jié)合圖l、圖7 圖'9說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的二 維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)部件7由Y向動(dòng)直線導(dǎo)軌31、 Y向靜直線導(dǎo)軌32、鋼球33、 X向 動(dòng)直線導(dǎo)軌34、 X向靜直線導(dǎo)軌35、過(guò)渡圓板36、鋼球托板37、導(dǎo)軌底板 38組成；所述X向靜直線導(dǎo)軌35與導(dǎo)軌底板38固接，導(dǎo)軌底板38固裝在基 座6上，X向動(dòng)直線導(dǎo)軌34裝在X向靜直線導(dǎo)軌35上且與其滑動(dòng)配合，X 向動(dòng)直線導(dǎo)軌34的上端面與過(guò)渡圓板36的下端面固接，過(guò)渡圓板36的上端 面與Y向靜直線導(dǎo)軌32的下端面固接，Y向動(dòng)直線導(dǎo)軌31裝在Y向靜直線 導(dǎo)軌32上且與其滑動(dòng)配合，Y向動(dòng)直線導(dǎo)軌31的上端面與鋼球托板37的下 端面固接，鋼球托板37的上端面設(shè)有球窩，所述鋼球33裝在鋼球托板37的 球窩內(nèi)。如此設(shè)置，動(dòng)光柵的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)置在鋼球33的球 心位置。在進(jìn)行r和Y方向移動(dòng)時(shí)，鋼球33不做轉(zhuǎn)動(dòng)，而使得動(dòng)光柵整 體沿著二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)部件7的兩個(gè)移動(dòng)副方向(X和Y)運(yùn)動(dòng)。在進(jìn)行繞X、 Y、Z三個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)《、F、2j,此時(shí)動(dòng)光柵整體只繞回轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動(dòng)，而 不沿著二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)部件7的兩個(gè)移動(dòng)副方向運(yùn)動(dòng)。二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)部件7具有導(dǎo)向、支撐直線驅(qū)動(dòng)器的作用，同時(shí)還起到承重的作用。這樣設(shè)置保證了整個(gè) 并聯(lián)控制的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)精確性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了方便控制、提高系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的目 的。其它組成與連接關(guān)系與實(shí)施方式一相同。拼接過(guò)程是首先，將定光柵固定在定光柵部件4上，定光柵的外形尺寸 可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，可以安裝400 x200 mm和400x400 mm，兩種類型尺寸的定光柵。注意定光柵安裝時(shí)，要保證定光柵的條紋方向?yàn)樨Q直方向(Z軸方向)。在定光柵條紋方向(Z軸方向)上，動(dòng)光柵和定光柵之間的相對(duì)位 置不進(jìn)行調(diào)整，因此光柵拼接時(shí)該方向上的運(yùn)動(dòng)不做要求。定光柵安裝完成后， 將動(dòng)光柵安裝到動(dòng)光柵部件1上，其尺寸大小同樣可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào) 整，注意保證動(dòng)光柵的條紋方向?yàn)樨Q直方向(Z軸方向)。兩塊需要進(jìn)行拼接 的光柵手工安裝到最佳的相對(duì)位置。當(dāng)控制系統(tǒng)通電工作后，此時(shí)可以根據(jù)衍 射條紋或者焦斑分裂的狀態(tài)決定動(dòng)光柵需要進(jìn)行拼接的動(dòng)作。在動(dòng)光柵的控制 中，系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制的坐標(biāo)系建立在二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)部件7的球心處，并且設(shè)定繞 某一個(gè)坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的正向符合右手螺旋準(zhǔn)則的方向。動(dòng)光柵的五種運(yùn)動(dòng)狀 態(tài)如下(1) 當(dāng)動(dòng)光柵的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)需要產(chǎn)生沿x軸正向的平移運(yùn)動(dòng)時(shí)，此時(shí)，第一 X軸直線驅(qū)動(dòng)器2、第二 X軸直線驅(qū)動(dòng)器8、第三X軸直線驅(qū)動(dòng)器9沿X 軸正向進(jìn)行平移，同時(shí)第一 Y軸直線驅(qū)動(dòng)器3和第二 Y軸直線驅(qū)動(dòng)器5在Y 軸負(fù)方向上產(chǎn)生微量的補(bǔ)償位移。反之，當(dāng)動(dòng)光柵的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)需要產(chǎn)生沿X 軸負(fù)向的平移運(yùn)動(dòng)時(shí)，第一X軸直線驅(qū)動(dòng)器2、第二X軸直線驅(qū)動(dòng)器8、第三 X軸直線驅(qū)動(dòng)器9沿X軸負(fù)向進(jìn)行平移，同時(shí)，第一Y軸直線驅(qū)動(dòng)器3和第二 Y軸直線驅(qū)動(dòng)器5在Y軸負(fù)方向上產(chǎn)生微量的補(bǔ)償位移。(2) 當(dāng)動(dòng)光柵的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)需要產(chǎn)生沿Y軸正向的平移運(yùn)動(dòng)時(shí)，此時(shí)，第一Y軸直線驅(qū)動(dòng)器3、第二Y軸直線驅(qū)動(dòng)器5沿Y軸正向進(jìn)行平移，同時(shí)， 第一 X軸直線驅(qū)動(dòng)器2、第二 X軸直線驅(qū)動(dòng)器8、第三X軸直線驅(qū)動(dòng)器9在X 軸正方向上產(chǎn)生微量的補(bǔ)償位移。反之，當(dāng)動(dòng)光柵的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)需要產(chǎn)生沿Y 軸負(fù)向的平移運(yùn)動(dòng)時(shí)，此時(shí)，第一Y軸直線驅(qū)動(dòng)器3、第二Y軸直線驅(qū)動(dòng)器5 沿Y軸負(fù)向進(jìn)行平移，同時(shí)，第一X軸直線驅(qū)動(dòng)器2、第二X軸直線驅(qū)動(dòng)器 8、第三X軸直線驅(qū)動(dòng)器9在X軸正方向上產(chǎn)生微量的補(bǔ)償位移。；(3) 當(dāng)動(dòng)光柵的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)需要產(chǎn)生繞X軸正向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，此時(shí)，第一 Y軸直線驅(qū)動(dòng)器3沿Y軸的負(fù)方向進(jìn)行平移，由于第二 Y軸直線驅(qū)動(dòng)器5在 Z軸方向上相對(duì)于第一 Y軸直線驅(qū)動(dòng)器3更靠近旋轉(zhuǎn)的圓心(二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)部 件7的球心)，因此，第二Y軸直線驅(qū)動(dòng)器5相對(duì)于第一Y軸直線驅(qū)動(dòng)器3在 Y軸負(fù)方向上產(chǎn)生微平移，第一X軸直線驅(qū)動(dòng)器2、第二X軸直線驅(qū)動(dòng)器8、 第三X軸直線驅(qū)動(dòng)器9在X軸正方向上產(chǎn)生補(bǔ)償位移。反之，當(dāng)動(dòng)光柵的運(yùn) 動(dòng)姿態(tài)需要產(chǎn)生繞X軸反向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，此時(shí)，第一Y軸直線驅(qū)動(dòng)器3沿Y 軸的正方向進(jìn)行平移，第二 Y軸直線驅(qū)動(dòng)器5在Y軸正方向上產(chǎn)生微平移， 第一 X軸直線驅(qū)動(dòng)器2、第二 X軸直線驅(qū)動(dòng)器8、第三X軸直線驅(qū)動(dòng)器9在X 軸正方向上產(chǎn)生補(bǔ)償位移。(4) 當(dāng)動(dòng)光柵的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)需要產(chǎn)生繞Y軸正向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，此時(shí)，第 一 X軸直線驅(qū)動(dòng)器2沿X軸的正向迸行移動(dòng)，第三X軸直線驅(qū)動(dòng)器9和第二 X軸直線驅(qū)動(dòng)器8沿X軸的正向進(jìn)行微量移動(dòng)。這樣使得動(dòng)光柵繞控制旋轉(zhuǎn) 中心實(shí)現(xiàn)Y軸的正向旋轉(zhuǎn)。在這種條件下，第一Y軸直線驅(qū)動(dòng)器3，和第二Y 軸直線驅(qū)動(dòng)器5沿Y軸方向進(jìn)行補(bǔ)償位移。反之，當(dāng)動(dòng)光柵的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)需要 產(chǎn)生繞Y軸反向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，此時(shí)，第一X軸直線驅(qū)動(dòng)器2沿X軸的負(fù)向 進(jìn)行移動(dòng)，第二 X軸直線驅(qū)動(dòng)器8和第三X軸直線驅(qū)動(dòng)器9沿X軸的負(fù)向進(jìn)行微量移動(dòng)，第一 Y軸直線驅(qū)動(dòng)器3和第二 Y軸直線驅(qū)動(dòng)器5沿Y軸方向進(jìn) 行補(bǔ)償位移。(5)當(dāng)動(dòng)光柵的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)需要產(chǎn)生繞Z軸正向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，此時(shí)，第 三X軸直線驅(qū)動(dòng)器9沿X正方向上平移，第一 X軸直線驅(qū)動(dòng)器2和第二 X軸 直線驅(qū)動(dòng)器8沿X負(fù)方向上平移，第一 Y軸直線驅(qū)動(dòng)器3和第二 Y軸直線驅(qū) 動(dòng)器5沿Y軸方向進(jìn)行補(bǔ)償位移。反之，當(dāng)動(dòng)光柵的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)需要產(chǎn)生繞Z 軸反向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，此時(shí)，第三X軸直線驅(qū)動(dòng)器9沿X負(fù)方向上平移，第 一 X軸直線驅(qū)動(dòng)器2和第二 X軸直線驅(qū)動(dòng)器8沿X正方向上平移，第一 Y軸 直線驅(qū)動(dòng)器3和第二 Y軸直線驅(qū)動(dòng)器5沿Y軸方向進(jìn)行補(bǔ)償位移。在上述五種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中，五個(gè)直線驅(qū)動(dòng)器所產(chǎn)生的補(bǔ)償位移是指為了實(shí)現(xiàn) 動(dòng)光柵的某一個(gè)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)而不產(chǎn)生其它方向的耦合位移，直線驅(qū)動(dòng)器所要進(jìn)行 的必要補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)。因?yàn)閯?dòng)光柵是在五個(gè)直線驅(qū)動(dòng)器的并聯(lián)驅(qū)動(dòng)下工作的，因此， 每一個(gè)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)都將涉及五個(gè)直線驅(qū)動(dòng)器的精確運(yùn)動(dòng)，這樣才能實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)位置 的解耦控制。在所設(shè)計(jì)的光柵拼接裝置中，除了上述某一個(gè)自由度的單獨(dú)運(yùn)動(dòng) 之外，兩個(gè)或多個(gè)自由度可以同時(shí)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)光柵的空間姿態(tài)調(diào)整和運(yùn)動(dòng)控 制。
權(quán)利要求
1、一種并聯(lián)式宏微驅(qū)動(dòng)的高精度大口徑光柵拼接裝置，其特征在于它由動(dòng)光柵部件(1)、定光柵部件(4)、五個(gè)直線驅(qū)動(dòng)器、二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)部件(7)、基座(6)組成；所述二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)部件(7)固定在基座(6)上，所述動(dòng)光柵部件(1)的下端與二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)部件(7)的上端球鉸接，所述定光柵部件(4)固裝在基座(6)上，所述五個(gè)直線驅(qū)動(dòng)器分別是第一X軸直線驅(qū)動(dòng)器(2)、第二X軸直線驅(qū)動(dòng)器(8)、第三X軸直線驅(qū)動(dòng)器(9)、第一Y軸直線驅(qū)動(dòng)器(3)、第二Y軸直線驅(qū)動(dòng)器(5)，所述第一X軸直線驅(qū)動(dòng)器(2)、第三X軸直線驅(qū)動(dòng)器(9)、第二X軸直線驅(qū)動(dòng)器(8)由上至下沿X軸方向依次設(shè)置在基座(6)上，所述第一Y軸直線驅(qū)動(dòng)器(3)、第二Y軸直線驅(qū)動(dòng)器(5)由上至下沿Y軸方向依次設(shè)置在基座(6)上，所述每個(gè)直線驅(qū)動(dòng)器分別與基座(6)和動(dòng)光柵部件(1)固接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的并聯(lián)式宏微驅(qū)動(dòng)的高精度大口徑光柵拼接裝置， 其特征在于所述每個(gè)直線驅(qū)動(dòng)器由柔性連接軸(IO)、微動(dòng)柔性鉸鏈部件(ll)、 絲母座(12)、宏動(dòng)絲杠(13)、宏動(dòng)步進(jìn)電機(jī)(14)、柔性連軸器(15)、軸承座部件 (16)、絲母(17)、宏動(dòng)鎖緊件(18)、宏動(dòng)靜直線導(dǎo)軌(19)、宏動(dòng)動(dòng)直線導(dǎo)軌(20)、 驅(qū)動(dòng)器基座(21)、鎖定墊塊(22)組成；所述柔性連接軸(10)的兩端分別與微動(dòng)柔 性鉸鏈部件(11)和絲母座(12)相連接，所述宏動(dòng)絲杠(13)的輸入端穿過(guò)絲母座 (12)和絲母(17)的內(nèi)螺紋孔及軸承座部件(16)的軸孔與柔性連軸器(15)的輸出 端傳動(dòng)連接，柔性連軸器(15)的輸入端與宏動(dòng)步進(jìn)電機(jī)(14)的輸出軸傳動(dòng)連接， 絲母座(12)靠近軸承座部件(16)—側(cè)的外端面與絲母(17)固接，絲母座(12)和宏 動(dòng)動(dòng)直線導(dǎo)軌(20)均與宏動(dòng)鎖緊件(18)固接，宏動(dòng)靜直線導(dǎo)軌(19)沿縱向固定在 驅(qū)動(dòng)器基座(21)上，宏動(dòng)動(dòng)直線導(dǎo)軌(20)裝在宏動(dòng)靜直線導(dǎo)軌(19)上且與其滑動(dòng) 配合，宏動(dòng)鎖緊件(18)裝在鎖定墊塊(22)上，宏動(dòng)鎖緊件(18)與鎖定墊塊(22)之 間留有間隙，鎖定墊塊(22)和軸承座部件(16)均固裝在驅(qū)動(dòng)器基座(21)上，驅(qū)動(dòng) 器基座(21)與基座(6)固接，微動(dòng)柔性鉸鏈部件(ll)與動(dòng)光柵部件(l)固接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的并聯(lián)式宏微驅(qū)動(dòng)的高精度大口徑光柵拼接裝置，其特征在于所述宏動(dòng)鎖緊件(18)上設(shè)有弧形槽(23)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的并聯(lián)式宏微驅(qū)動(dòng)的高精度大口徑光柵f接裝置， 其特征在于所述微動(dòng)柔性鉸鏈部件(11)由微動(dòng)柔性鉸鏈(24)、微動(dòng)壓電陶瓷件 (25)、壓電陶瓷座(26)、壓電陶瓷鋼球(27)、柔性鉸鏈緊定螺釘(28)、壓電陶瓷 緊定螺釘(29)、螺母(30)組成；所述微動(dòng)柔性鉸鏈(24)的一端通過(guò)壓電陶瓷鋼球 (27)與微動(dòng)壓電陶瓷件(25)的一端柔性連接，微動(dòng)柔性鉸鏈(24)的另一端與絲母 座(12)相連接，微動(dòng)柔性鉸鏈(24)裝在壓電陶瓷座(26)上，壓電陶瓷座(26)與動(dòng) 光柵部件(l)固接，微動(dòng)柔性鉸鏈(24)通過(guò)壓電陶瓷緊定螺釘(29)與壓電陶瓷座 (26卿向連接，微動(dòng)柔性鉸鏈(24)通過(guò)柔性鉸鏈緊定螺釘(28)與壓電陶瓷座(26) 沿豎直方向連接，微動(dòng)壓電陶瓷件(25)的另一端穿過(guò)壓電陶瓷座(26)的中心軸 孔與螺母(30)螺紋連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的并聯(lián)式宏微驅(qū)動(dòng)的高精度大口徑光柵拼接裝置， 其特征在于所述二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)部件(7)由Y向動(dòng)直線導(dǎo)軌(31)、 Y向靜直線導(dǎo)軌 (32)、鋼球(33)、 X向動(dòng)直線導(dǎo)軌(34)、 X向靜直線導(dǎo)軌(35)、過(guò)渡圓板(36)、 鋼球托板(37)、導(dǎo)軌底板(38)組成；所述X向靜直線導(dǎo)軌(35)與導(dǎo)軌底板(38) 固接，導(dǎo)軌底板(38)固裝在基座(6)上，X向動(dòng)直線導(dǎo)軌(34)裝在X向靜直線導(dǎo) 軌(35)上且與其滑動(dòng)配合，X向動(dòng)直線導(dǎo)軌(34)的上端面與過(guò)渡圓板(36)的下端 面固接，過(guò)渡圓板(36)的上端面與Y向靜直線導(dǎo)軌(32)的下端面固接，Y向動(dòng) 直線導(dǎo)軌(31)裝在Y向靜直線導(dǎo)軌(32)上且與其滑動(dòng)配合，Y向動(dòng)直線導(dǎo)軌(31) 的上端面與鋼球托板(37)的下端面固接，鋼球托板(37)的上端面設(shè)有球窩，所 述鋼球(33)裝在鋼球托板(37)的球窩內(nèi)。
全文摘要
并聯(lián)式宏微驅(qū)動(dòng)的高精度大口徑光柵拼接裝置，它涉及一種高精度大口徑光柵拼接裝置。本發(fā)明可以解決國(guó)內(nèi)無(wú)高精度大口徑光柵拼接裝置的問(wèn)題。二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)部件(7)固定在基座(6)上，動(dòng)光柵部件(1)的下端與二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)部件(7)的上端球鉸接，定光柵部件(4)固裝在基座(6)上，第一X軸直線驅(qū)動(dòng)器(2)、第三X軸直線驅(qū)動(dòng)器(9)、第二X軸直線驅(qū)動(dòng)器(8)由上至下沿X軸方向依次設(shè)置在基座(6)上，第一Y軸直線驅(qū)動(dòng)器(3)、第二Y軸直線驅(qū)動(dòng)器(5)由上至下沿Y軸方向依次設(shè)置在基座(6)上，每個(gè)直線驅(qū)動(dòng)器分別與基座(6)和動(dòng)光柵部件(1)固接。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊、調(diào)整方便、操作靈活、拼接精度高等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)大面積的動(dòng)光柵與靜光柵在空間五個(gè)自由度方向上的高精度拼接。
文檔編號(hào)G02B7/00GK101221273SQ20081006395
公開(kāi)日2008年7月16日 申請(qǐng)日期2008年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月30日
發(fā)明者于福利, 孫雅洲, 富宏亞, 張慶春, 梁迎春, 白清順 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)