專利名稱：光學(xué)檢測用四維調(diào)整臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種光學(xué)檢測用多維調(diào)整平臺。
背景技術(shù)：
在光學(xué)檢測與裝調(diào)過程中，經(jīng)常會用到各種位姿調(diào)整機(jī)構(gòu)，如平移臺、升降臺、旋轉(zhuǎn)臺、角位移臺，目前國內(nèi)外市場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)整平臺大多數(shù)臺面尺寸較小，難以滿足中尺度光學(xué)件檢測與裝調(diào)的需要。長期以來，中尺度光學(xué)件檢測與裝調(diào)中所用的多維調(diào)整臺均是由單自由度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)通過簡單拼接而成，這樣雖然勉強(qiáng)滿足了工作需要，卻帶來許多新問題，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)時接口難以匹配；簡單拼接而成的多自由度調(diào)整平臺的穩(wěn)定性差，特別是在激光干涉法面型檢測中由于調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)抗干擾性差致使干涉條紋抖動，數(shù)據(jù)采樣困難，數(shù)據(jù)可靠性降低；同時工作效率受到嚴(yán)重影響。

實用新型內(nèi)容本實用新型提供一種光學(xué)檢測用四維調(diào)整臺，以滿足多維度精確調(diào)整工作的需求。為實現(xiàn)以上實用新型目的，本實用新型提供以下技術(shù)方案。光學(xué)檢測用四維調(diào)整臺，包括自下而上依次設(shè)置的底座、縱向位移臺、橫向位移臺、云臺座、云臺以及工作臺；所述工作臺通過俯仰關(guān)節(jié)與所述云臺連接，俯仰關(guān)節(jié)采用兩個同軸安裝的圓柱回轉(zhuǎn)鉸鏈結(jié)構(gòu)實現(xiàn)；在工作臺與云臺的水平延伸段設(shè)置有俯仰角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；所述云臺與橫向位移臺通過偏擺關(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)圈相配的云臺座以及起軸向定位作用的上、下壓圈組成；所述云臺與軸承安裝法蘭通過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上壓圈和下壓圈緊定位于其內(nèi)側(cè)的云臺座，云臺座與橫向位移臺通過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的幾何中心；在云臺與橫向位移臺的水平延伸段設(shè)置有偏擺角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；在橫向位移臺與縱向位移臺之間兩側(cè)設(shè)置有橫向直線位移關(guān)節(jié)，在橫向位移臺與縱向位移臺之間中部設(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。基于上述基本技術(shù)方案，本實用新型還進(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俯仰螺母安裝架與云臺緊固連接，俯仰絲桿頂板與工作臺緊固連接，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。在工作臺與云臺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和云臺。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偏擺螺母安裝架及下支架與橫向位移臺緊固連接，偏擺絲桿頂板通過上支架與云臺緊固連接，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，滑套通過滑套安裝架最終與橫向位移臺緊固連接。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。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，多個圓柱滾子在成90°的V型溝槽滾動面上通過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)偏置于工作臺長度的五分之四處。在工作臺上設(shè)置有用以安裝檢測支架的的多個通用接口。本實用新型的光學(xué)檢測用四維調(diào)整臺結(jié)構(gòu)簡明，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)檢測工程的實踐需要。

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖(正剖視圖)。圖2為本實用新型的外部結(jié)構(gòu)示意圖(左視圖)。圖3為本實用新型的俯視圖。附圖標(biāo)號說明1-底座；2-縱向位移臺；3_橫向位移臺；4_下壓圈；5-云臺；6_十字交叉圓柱滾子軸承上壓圈；8-云臺座；9_工作臺；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。
具體實施方式
如圖1至圖3所示，該光學(xué)檢測用四維調(diào)整臺空間布局上由上到下可分為四層，分別承擔(dān)不同的運動功能。工作臺與云臺通過俯仰關(guān)節(jié)相連以實現(xiàn)俯仰角調(diào)節(jié)，其中俯仰關(guān)節(jié)位于工作臺全長的五分之四處，偏置型布局使與工作臺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；同時在工作臺與云臺之間設(shè)有拉簧。拉簧使得工作臺即使在極端負(fù)載情況下(承載物重心嚴(yán)重偏于俯仰關(guān)節(jié)一端)使用時也不會出現(xiàn)虛接觸或傾覆。云臺與橫向位移臺通過偏擺關(guān)節(jié)相連，本實用新型優(yōu)選十字交叉圓柱滾子軸承實現(xiàn)偏擺運動。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(工作臺的中心)上，這兩個關(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)整臺具有較高的穩(wěn)定性，在調(diào)節(jié)運動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)軌與縱向位移臺兩導(dǎo)軌所決定的矩形面內(nèi)(豎直投影)，這可以通過合理的確定底座上兩導(dǎo)軌之間的距離與縱向位移臺兩導(dǎo)軌之間的距離實現(xiàn)。工作臺通過俯仰關(guān)節(jié)與云臺相連，云臺與軸承安裝法蘭通過止口配合定位，以螺釘連接；軸承安裝法蘭、十字交叉圓柱滾子軸承、上壓圈、下壓圈與云臺座構(gòu)成偏擺關(guān)節(jié)以實現(xiàn)偏擺運動；云臺座與橫向位移臺通過止口定位，以螺釘連接，橫向位移臺、縱向位移臺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、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):通過兩個同軸安裝的圓柱回轉(zhuǎn)鉸鏈實現(xiàn)。鉸鏈結(jié)構(gòu)簡單，剛性好，可通過控制鉸鏈軸孔配合精度及兩個圓柱回轉(zhuǎn)鉸鏈同軸度實現(xiàn)工作臺的高精度俯仰角調(diào)節(jié)。偏擺關(guān)節(jié):通過十字交叉圓柱滾子軸承實現(xiàn)。在十字交叉圓柱滾子軸承中，因多個圓柱滾子在成90°的V型溝槽滾動面上通過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)的匹配實現(xiàn)方式保證了該光學(xué)檢測用四維調(diào)整臺整體結(jié)構(gòu)具有剛性高、抗振能力強(qiáng)、運動精度高的特點，克服了單自由度調(diào)整機(jī)構(gòu)簡單拼接帶來的種種缺點。該四維調(diào)整臺驅(qū)動方式均采用手動調(diào)節(jié)，其中俯仰角和偏擺角調(diào)節(jié)由細(xì)牙絲桿螺母副實現(xiàn)，此處細(xì)牙絲桿螺母副間為滑動摩擦，其自鎖特性可確保調(diào)節(jié)運動的穩(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現(xiàn)，此絲桿螺母間為滾動摩擦，即使在大負(fù)荷下也可以很輕松的手動調(diào)節(jié)。該光學(xué)檢測用四維調(diào)整臺工作臺面尺寸為320mmX320mm、可以滿足直徑小于350mm的中尺度光學(xué)件的檢測與裝調(diào)。工作臺上均布螺孔為各種結(jié)構(gòu)檢測支架的安裝提供了通用接口。該光學(xué)檢測用四維調(diào)整臺通過四個手輪來分別調(diào)節(jié)縱向位移、橫向位移、俯仰角及偏擺角。如果人手轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)手輪的靈敏度按3°計，各自由度的調(diào)節(jié)靈敏度計算如下:俯仰角調(diào)節(jié)靈敏度:
3° / I r X /I
Sf = arctan (-xP) L = arctan (-x 0.5) /266 T
1 ^360° '7 L7 J`[0035]偏擺角調(diào)節(jié)靈敏度:
權(quán)利要求1.光學(xué)檢測用四維調(diào)整臺，其特征在于:包括自下而上依次設(shè)置的底座、縱向位移臺、橫向位移臺、云臺座、云臺以及工作臺； 所述工作臺通過俯仰關(guān)節(jié)與所述云臺連接，俯仰關(guān)節(jié)采用兩個同軸安裝的圓柱回轉(zhuǎn)鉸鏈結(jié)構(gòu)實現(xiàn)；在工作臺與云臺的水平延伸段設(shè)置有俯仰角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)； 所述云臺與橫向位移臺通過偏擺關(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)圈相配的云臺座以及起軸向定位作用的上、下壓圈組成；所述云臺與軸承安裝法蘭通過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上壓圈和下壓圈緊定位于其內(nèi)側(cè)的云臺座，云臺座與橫向位移臺通過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的幾何中心；在云臺與橫向位移臺的水平延伸段設(shè)置有偏擺角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)； 在橫向位移臺與縱向位移臺之間兩側(cè)設(shè)置有橫向直線位移關(guān)節(jié)，在橫向位移臺與縱向位移臺之間中部設(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1所述的光學(xué)檢測用四維調(diào)整臺，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俯仰螺母安裝架與云 臺緊固連接，俯仰絲桿頂板與工作臺緊固連接，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)檢測用四維調(diào)整臺，其特征在于:在工作臺與云臺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和云臺。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)檢測用四維調(diào)整臺，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偏擺螺母安裝架及下支架與橫向位移臺緊固連接，偏擺絲桿頂板通過上支架與云臺緊固連接，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)檢測用四維調(diào)整臺，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，滑套通過滑套安裝架最終與橫向位移臺緊固連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)檢測用四維調(diào)整臺，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)檢測用四維調(diào)整臺，其特征在于:在所述十字交叉圓柱滾子軸承中，多個圓柱滾子在成90°的V型溝槽滾動面上通過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)檢測用四維調(diào)整臺，其特征在于:在工作臺上設(shè)置有用以安裝檢測支架的的多個通用接口。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué) 檢測用四維調(diào)整臺，其特征在于:所述俯仰關(guān)節(jié)偏置于工作臺長度的五分之四處。
專利摘要本實用新型提供一種光學(xué)檢測用四維調(diào)整臺，以滿足多維度精確調(diào)整工作的需求。該光學(xué)檢測用四維調(diào)整臺包括自下而上依次設(shè)置的底座、縱向位移臺、橫向位移臺、云臺座、云臺以及工作臺并具有俯仰、偏擺、水平橫向直線、水平縱向直線四個方向上的關(guān)節(jié)和相應(yīng)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。本實用新型的光學(xué)檢測用四維調(diào)整臺結(jié)構(gòu)簡明，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G01D11/30GK202915952SQ20122057030
公開日2013年5月1日 申請日期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 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所