專利名稱：光學(xué)檢測(cè)用四維調(diào)整臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)檢測(cè)用多維調(diào)整平臺(tái)。
背景技術(shù)：
在光學(xué)檢測(cè)與裝調(diào)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)用到各種位姿調(diào)整機(jī)構(gòu)，如平移臺(tái)、升降臺(tái)、旋轉(zhuǎn)臺(tái)、角位移臺(tái)，目前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上有許多致力于該類產(chǎn)品研發(fā)的企業(yè)，這些企業(yè)的產(chǎn)品種類多、但其多維調(diào)整平臺(tái)大多數(shù)臺(tái)面尺寸較小，難以滿足中尺度光學(xué)件檢測(cè)與裝調(diào)的需要。長(zhǎng)期以來(lái)，中尺度光學(xué)件檢測(cè)與裝調(diào)中所用的多維調(diào)整臺(tái)均是由單自由度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)通過(guò)簡(jiǎn)單拼接而成，這樣雖然勉強(qiáng)滿足了工作需要，卻帶來(lái)許多新問(wèn)題，比如由于單自由度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的接口形式不同，組合成多自由度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)時(shí)接口難以匹配；簡(jiǎn)單拼接而成的多自由度調(diào)整平臺(tái)的穩(wěn)定性差，特別是在激光干涉法面型檢測(cè)中由于調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)抗干擾性差致使干涉條紋抖動(dòng)，數(shù)據(jù)采樣困難，數(shù)據(jù)可靠性降低；同時(shí)工作效率受到嚴(yán)重影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種光學(xué)檢測(cè)用四維調(diào)整臺(tái)，以滿足多維度精確調(diào)整工作的需求。為實(shí)現(xiàn)以上發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案。光學(xué)檢測(cè)用四維調(diào)整臺(tái)，包括自下而上依次設(shè)置的底座、縱向位移臺(tái)、橫向位移臺(tái)、云臺(tái)座、云臺(tái)以及工作臺(tái)；所述工作臺(tái)通過(guò)俯仰關(guān)節(jié)與所述云臺(tái)連接，俯仰關(guān)節(jié)采用兩個(gè)同軸安裝的圓柱回轉(zhuǎn)鉸鏈結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)；在工作臺(tái)與云臺(tái)的水平延伸段設(shè)置有俯仰角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；所述云臺(tái)與橫向位移臺(tái)通過(guò)偏擺關(guān)節(jié)相連，所述偏擺關(guān)節(jié)由十字交叉圓柱滾子軸承、與軸承外圈相配的軸承安裝法蘭、與軸承內(nèi)圈相配的云臺(tái)座以及起軸向定位作用的上、下壓圈組成；所述云臺(tái)與軸承安裝法蘭通過(guò)止口配合定位并以螺釘固定連接，十字交叉圓柱滾子軸承通過(guò)上壓圈和下壓圈緊定位于其內(nèi)側(cè)的云臺(tái)座，云臺(tái)座與橫向位移臺(tái)通過(guò)另一止口定位并以螺釘固定連接；俯仰關(guān)節(jié)與偏擺關(guān)節(jié)構(gòu)成的整體的重心位于工作臺(tái)的幾何中心；在云臺(tái)與橫向位移臺(tái)的水平延伸段設(shè)置有偏擺角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；在橫向位移臺(tái)與縱向位移臺(tái)之間兩側(cè)設(shè)置有橫向直線位移關(guān)節(jié)，在橫向位移臺(tái)與縱向位移臺(tái)之間中部設(shè)置有橫向直線位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；在縱向位移臺(tái)與底座之間兩側(cè)設(shè)置有縱向直線位移關(guān)節(jié)，在縱向位移臺(tái)與底座之間中部設(shè)置有縱向直線位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；所述橫向直線位移關(guān)節(jié)和縱向直線位移關(guān)節(jié)均采用相匹配的滑塊與直線導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式，其中，橫向直線位移關(guān)節(jié)的直線導(dǎo)軌與縱向直線位移關(guān)節(jié)的直線導(dǎo)軌相互垂直，在豎直方向形成矩形框的投影?；谏鲜龌炯夹g(shù)方案，本發(fā)明還進(jìn)行了如下優(yōu)化限定和改進(jìn)。上述俯仰角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括細(xì)牙絲桿螺母副、俯仰螺母安裝架和俯仰絲桿頂板；細(xì)牙絲桿螺母副的螺母通過(guò)俯仰螺母安裝架與云臺(tái)緊固連接，俯仰絲桿頂板與工作臺(tái)緊固連接，細(xì)牙絲桿螺母副中的絲桿的下端安裝有俯仰角調(diào)節(jié)手輪，絲桿的上端為球面，該球面與俯仰絲桿頂板形成高副接觸。在工作臺(tái)與云臺(tái)之間在靠近俯仰角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)一端設(shè)置有拉簧，拉簧兩端分別固定連接工作臺(tái)和云臺(tái)。上述偏擺角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括細(xì)牙絲桿螺母副、偏擺螺母安裝架、上支架、下支架、偏擺絲桿頂板和復(fù)位彈性組件；細(xì)牙絲桿螺母副的螺母通過(guò)偏擺螺母安裝架及下支架與橫向位移臺(tái)緊固連接，偏擺絲桿頂板通過(guò)上支架與云臺(tái)緊固連接，細(xì)牙絲桿螺母副中的絲桿的一端安裝有偏擺角調(diào)節(jié)手輪，絲桿的另一端為球面，該球面與偏擺絲桿頂板的一側(cè)形成高副接觸，偏擺絲桿頂板的另一側(cè)與復(fù)位彈性組件的球面一端形成高副接觸；上述復(fù)位彈性組件包括滑套和位于滑套內(nèi)并自滑套底部依次連接的壓簧、滑竿，所述復(fù)位彈性組件的球面一端即滑竿朝外的一端，滑套通過(guò)滑套安裝架最終與橫向位移臺(tái)緊固連接。這樣，滑桿在滑套內(nèi)壓簧的作用下在滑套內(nèi)能夠往復(fù)滑動(dòng)。上述橫向直線位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)采用滾珠絲桿螺母副，該滾珠絲桿螺母副端部設(shè)置有橫向直線位移調(diào)節(jié)手輪；上述縱向直線位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)采用滾珠絲桿螺母副，該滾珠絲桿螺母副端部設(shè)置有縱向直線位移調(diào)節(jié)手輪。在上述十字交叉圓柱滾子軸承中，多個(gè)圓柱滾子在成90°的V型溝槽滾動(dòng)面上通過(guò)隔離塊被相互垂直地排列。所以交叉滾子軸承可承受徑向載荷、軸向載荷及力矩負(fù)載等多方向的負(fù)荷。上述俯仰關(guān)節(jié)偏置于工作臺(tái)長(zhǎng)度的五分之四處。在工作臺(tái)上設(shè)置有用以安裝檢測(cè)支架的的多個(gè)通用接口。本發(fā)明的光學(xué)檢測(cè)用四維調(diào)整臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明，能夠?qū)崿F(xiàn)四維調(diào)節(jié)，俯仰角調(diào)節(jié)范圍±7°、偏擺角調(diào)節(jié)范圍±7°、橫向直線位移調(diào)節(jié)范圍±100mm、縱向直線位移調(diào)節(jié)范圍± IOOmm ;并具有很高的穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)精度，能夠滿足光學(xué)檢測(cè)工程的實(shí)踐需要。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖(正剖視圖)。圖2為本發(fā)明的外部結(jié)構(gòu)示意圖(左視圖)。圖3為本發(fā)明的俯視圖。附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明I-底座；2-縱向位移臺(tái)；3_橫向位移臺(tái)；4_下壓圈；5-云臺(tái)；6_十字交叉圓柱滾子軸承上壓圈；8_云臺(tái)座；9_工作臺(tái)；10_軸承安裝法蘭；11_下支架；12_偏擺關(guān)節(jié)；121-偏擺角調(diào)節(jié)手輪；13_俯仰關(guān)節(jié)；131_俯仰角調(diào)節(jié)手輪；14_拉簧；15_俯仰絲桿頂板；16-俯仰螺母安裝架；17-橫向直線位移關(guān)節(jié)；171-橫向直線位移調(diào)節(jié)手輪；18-縱向直線位移關(guān)節(jié)；181_縱向直線位移調(diào)節(jié)手輪；19_滑套；20_壓簧；21_滑桿；22_偏擺絲桿頂板；23-偏擺螺母安裝架。
具體實(shí)施例方式如圖I至圖3所示，該光學(xué)檢測(cè)用四維調(diào)整臺(tái)空間布局上由上到下可分為四層，分別承擔(dān)不同的運(yùn)動(dòng)功能。工作臺(tái)與云臺(tái)通過(guò)俯仰關(guān)節(jié)相連以實(shí)現(xiàn)俯仰角調(diào)節(jié)，其中俯仰關(guān)節(jié)位于工作臺(tái)全長(zhǎng)的五分之四處，偏置型布局使與工作臺(tái)固連的俯仰絲桿頂板在重物作用下始終與調(diào)節(jié)螺桿球頭緊貼；同時(shí)在工作臺(tái)與云臺(tái)之間設(shè)有拉簧。拉簧使得工作臺(tái)即使在極端負(fù)載情況下(承載物重心嚴(yán)重偏于俯仰關(guān)節(jié)一端)使用時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)虛接觸或傾覆。云臺(tái)與橫向位移臺(tái)通過(guò)偏擺關(guān)節(jié)相連，本發(fā)明優(yōu)選十字交叉圓柱滾子軸承實(shí)現(xiàn)偏擺運(yùn)動(dòng)。俯仰關(guān)節(jié)與偏擺關(guān)節(jié)整體的重心位于軸承的回轉(zhuǎn)中心(工作臺(tái)的中心)上，這兩個(gè)關(guān)節(jié)的重量完全由橫向直線位移關(guān)節(jié)與縱向直線位移關(guān)節(jié)承載，為了使四維調(diào)整臺(tái)具有較高的穩(wěn)定性，在調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)中最好使底座以上結(jié)構(gòu)的整體重心始終位于底座上兩導(dǎo)軌與縱向位移臺(tái)兩導(dǎo)軌所決定的矩形面內(nèi)(豎直投影)，這可以通過(guò)合理的確定底座上兩導(dǎo)軌之間的距離與縱向位移臺(tái)兩導(dǎo)軌之間的距離實(shí)現(xiàn)。工作臺(tái)通過(guò)俯仰關(guān)節(jié)與云臺(tái)相連，云臺(tái)與軸承安裝法蘭通過(guò)止口配合定位，以螺釘連接；軸承安裝法蘭、十字交叉圓柱滾子軸承、上壓圈、下壓圈與云臺(tái)座構(gòu)成偏擺關(guān)節(jié)以實(shí)現(xiàn)偏擺運(yùn)動(dòng)；云臺(tái)座與橫向位移臺(tái)通過(guò)止口定位，以螺釘連接，橫向位移臺(tái)、縱向位移臺(tái)分別與直線組件中的滑塊、直線導(dǎo)軌相連構(gòu)成橫向直線位移關(guān)節(jié)，縱向位移臺(tái)、底座分別與直線組件中的滑塊、直線導(dǎo)軌相連構(gòu)成縱向直線位移關(guān)節(jié)。俯仰關(guān)節(jié)通過(guò)兩個(gè)同軸安裝的圓柱回轉(zhuǎn)鉸鏈實(shí)現(xiàn)。鉸鏈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛性好，可通過(guò)控制鉸鏈軸孔配合精度及兩個(gè)圓柱回轉(zhuǎn)鉸鏈同軸度實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的高精度俯仰角調(diào)節(jié)。偏擺關(guān)節(jié)通過(guò)十字交叉圓柱滾子軸承實(shí)現(xiàn)。在十字交叉圓柱滾子軸承中，因多個(gè)圓柱滾子在成90°的V型溝槽滾動(dòng)面上通過(guò)隔離塊被相互垂直的排列，所以交叉滾子軸承可承受徑向載荷、軸向載荷及力矩負(fù)載等多方向的負(fù)荷。其內(nèi)外圈的尺寸被小型化，極薄形式更是接近于極限的小型尺寸，并且具有高剛性。十字交叉圓柱滾子軸承應(yīng)用于此使得四維調(diào)整臺(tái)的偏擺角關(guān)節(jié)具有很強(qiáng)的各向承載能力、很高的旋轉(zhuǎn)精度和穩(wěn)定性，且有效的減小了偏擺角關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)尺寸。橫向和縱向直線位移關(guān)節(jié)選用高精度的直線滑軌配以小導(dǎo)程精密滾珠絲桿螺母副實(shí)現(xiàn)其高分辨力的直線位移。以上各方向關(guān)節(jié)的匹配實(shí)現(xiàn)方式保證了該光學(xué)檢測(cè)用四維調(diào)整臺(tái)整體結(jié)構(gòu)具有剛性高、抗振能力強(qiáng)、運(yùn)動(dòng)精度高的特點(diǎn)，克服了單自由度調(diào)整機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單拼接帶來(lái)的種種缺點(diǎn)。該四維調(diào)整臺(tái)驅(qū)動(dòng)方式均采用手動(dòng)調(diào)節(jié)，其中俯仰角和偏擺角調(diào)節(jié)由細(xì)牙絲桿螺母副實(shí)現(xiàn)，此處細(xì)牙絲桿螺母副間為滑動(dòng)摩擦，其自鎖特性可確保調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。橫向和縱向直線位移調(diào)節(jié)由小導(dǎo)程滾珠絲桿螺母副實(shí)現(xiàn)，此絲桿螺母間為滾動(dòng)摩擦，即使在大負(fù)荷下也可以很輕松的手動(dòng)調(diào)節(jié)。該光學(xué)檢測(cè)用四維調(diào)整臺(tái)工作臺(tái)面尺寸為320mmX320mm、可以滿足直徑小于350mm的中尺度光學(xué)件的檢測(cè)與裝調(diào)。工作臺(tái)上均布螺孔為各種結(jié)構(gòu)檢測(cè)支架的安裝提供了通用接口。該光學(xué)檢測(cè)用四維調(diào)整臺(tái)通過(guò)四個(gè)手輪來(lái)分別調(diào)節(jié)縱向位移、橫向位移、俯仰角及偏擺角。如果人手轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)手輪的靈敏度按3°計(jì)，各自由度的調(diào)節(jié)靈敏度計(jì)算如下俯仰角調(diào)節(jié)靈敏度
權(quán)利要求
1.光學(xué)檢測(cè)用四維調(diào)整臺(tái)，其特征在于包括自下而上依次設(shè)置的底座、縱向位移臺(tái)、橫向位移臺(tái)、云臺(tái)座、云臺(tái)以及工作臺(tái)；所述工作臺(tái)通過(guò)俯仰關(guān)節(jié)與所述云臺(tái)連接，俯仰關(guān)節(jié)采用兩個(gè)同軸安裝的圓柱回轉(zhuǎn)鉸鏈結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)；在工作臺(tái)與云臺(tái)的水平延伸段設(shè)置有俯仰角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；所述云臺(tái)與橫向位移臺(tái)通過(guò)偏擺關(guān)節(jié)相連，所述偏擺關(guān)節(jié)由十字交叉圓柱滾子軸承、與軸承外圈相配的軸承安裝法蘭、與軸承內(nèi)圈相配的云臺(tái)座以及起軸向定位作用的上、下壓圈組成；所述云臺(tái)與軸承安裝法蘭通過(guò)止口配合定位并以螺釘固定連接，十字交叉圓柱滾子軸承通過(guò)上壓圈和下壓圈緊定位于其內(nèi)側(cè)的云臺(tái)座，云臺(tái)座與橫向位移臺(tái)通過(guò)另一止口定位并以螺釘固定連接；俯仰關(guān)節(jié)與偏擺關(guān)節(jié)構(gòu)成的整體的重心位于工作臺(tái)的幾何中心；在云臺(tái)與橫向位移臺(tái)的水平延伸段設(shè)置有偏擺角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；在橫向位移臺(tái)與縱向位移臺(tái)之間兩側(cè)設(shè)置有橫向直線位移關(guān)節(jié)，在橫向位移臺(tái)與縱向位移臺(tái)之間中部設(shè)置有橫向直線位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；在縱向位移臺(tái)與底座之間兩側(cè)設(shè)置有縱向直線位移關(guān)節(jié)，在縱向位移臺(tái)與底座之間中部設(shè)置有縱向直線位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；所述橫向直線位移關(guān)節(jié)和縱向直線位移關(guān)節(jié)均采用相匹配的滑塊與直線導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式，其中，橫向直線位移關(guān)節(jié)的直線導(dǎo)軌與縱向直線位移關(guān)節(jié)的直線導(dǎo)軌相互垂直，在豎直方向形成矩形框的投影。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)檢測(cè)用四維調(diào)整臺(tái)，其特征在于所述俯仰角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括細(xì)牙絲桿螺母副、俯仰螺母安裝架和俯仰絲桿頂板；細(xì)牙絲桿螺母副的螺母通過(guò)俯仰螺母安裝架與云臺(tái)緊固連接，俯仰絲桿頂板與工作臺(tái)緊固連接，細(xì)牙絲桿螺母副中的絲桿的下端安裝有俯仰角調(diào)節(jié)手輪，絲桿的上端為球面，該球面與俯仰絲桿頂板形成高副接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)檢測(cè)用四維調(diào)整臺(tái)，其特征在于在工作臺(tái)與云臺(tái)之間在靠近俯仰角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)一端設(shè)置有拉簧，拉簧兩端分別固定連接工作臺(tái)和云臺(tái)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)檢測(cè)用四維調(diào)整臺(tái)，其特征在于所述偏擺角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括細(xì)牙絲桿螺母副、偏擺螺母安裝架、上支架、下支架、偏擺絲桿頂板和復(fù)位彈性組件；細(xì)牙絲桿螺母副的螺母通過(guò)偏擺螺母安裝架及下支架與橫向位移臺(tái)緊固連接，偏擺絲桿頂板通過(guò)上支架與云臺(tái)緊固連接，細(xì)牙絲桿螺母副中的絲桿的一端安裝有偏擺角調(diào)節(jié)手輪，絲桿的另一端為球面，該球面與偏擺絲桿頂板的一側(cè)形成高副接觸，偏擺絲桿頂板的另一側(cè)與復(fù)位彈性組件的球面一端形成高副接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)檢測(cè)用四維調(diào)整臺(tái)，其特征在于所述復(fù)位彈性組件包括滑套和位于滑套內(nèi)并自滑套底部依次連接的壓簧、滑竿，所述復(fù)位彈性組件的球面一端即滑竿朝外的一端，滑套通過(guò)滑套安裝架最終與橫向位移臺(tái)緊固連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)檢測(cè)用四維調(diào)整臺(tái)，其特征在于所述橫向直線位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)采用滾珠絲桿螺母副，該滾珠絲桿螺母副端部設(shè)置有橫向直線位移調(diào)節(jié)手輪；上述縱向直線位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)采用滾珠絲桿螺母副，該滾珠絲桿螺母副端部設(shè)置有縱向直線位移調(diào)節(jié)手輪。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一所述的光學(xué)檢測(cè)用四維調(diào)整臺(tái)，其特征在于在所述十字交叉圓柱滾子軸承中，多個(gè)圓柱滾子在成90°的V型溝槽滾動(dòng)面上通過(guò)隔離塊被相互垂直地排列。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)檢測(cè)用四維調(diào)整臺(tái)，其特征在于在工作臺(tái)上設(shè)置有用以安裝檢測(cè)支架的的多個(gè)通用接口。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)檢測(cè)用四維調(diào)整臺(tái)，其特征在于所述俯仰關(guān)節(jié)偏置于工作臺(tái)長(zhǎng)度的五分之四處。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光學(xué)檢測(cè)用四維調(diào)整臺(tái)，以滿足多維度精確調(diào)整工作的需求。該光學(xué)檢測(cè)用四維調(diào)整臺(tái)包括自下而上依次設(shè)置的底座、縱向位移臺(tái)、橫向位移臺(tái)、云臺(tái)座、云臺(tái)以及工作臺(tái)并具有俯仰、偏擺、水平橫向直線、水平縱向直線四個(gè)方向上的關(guān)節(jié)和相應(yīng)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。本發(fā)明的光學(xué)檢測(cè)用四維調(diào)整臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明，能夠?qū)崿F(xiàn)四維調(diào)節(jié)，并具有很高的穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)精度。
文檔編號(hào)G01D11/30GK102937457SQ201210429660
公開(kāi)日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2012年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月31日
發(fā)明者王鵬, 李華, 楊賓宏 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所