專利名稱：多維可調(diào)工作平臺的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種調(diào)整儀器位置或狀態(tài)用的活動工作平臺，特別涉及一種精密光學儀器用的多維可調(diào)工作平臺。
有瞄準、準直要求的光學儀器，尤其是光學計量儀器，使用時經(jīng)常要對其空間位置進行多維調(diào)整，調(diào)整好以后又需要將其可靠定位并保持到下一次調(diào)整為止，以確保儀器工作狀態(tài)的穩(wěn)定性。一般情況下，調(diào)整涉及到升降、平移和轉(zhuǎn)動。小型光學儀器，如氦氖激光管、準直鏡、擴斑鏡等通常采用光學導軌和大型固定光學平臺上附帶的可調(diào)支架，對其進行多維的微量調(diào)整。一些較大型的光學儀器，比如光譜輻射計，在對它進行標定時需要進行升降、平移和轉(zhuǎn)動等多維調(diào)整，標定之后，光譜輻射計就可作為標準使用，因此還要求其能夠保持相當穩(wěn)定的工作狀態(tài)，即在較長時期內(nèi)不允許在方向和位置上有任何變動。
常用的一種光學儀器支架是三角架，它由三條固定的或可以伸縮的腿組成其支架部分，支架頂部裝有一個小平臺和螺絲，用以固定儀器。三角架雖具有一定的穩(wěn)定性，但不易升降。為解決升降問題，可以收縮其三條腿，或在中心加用垂直小絲杠。采用收縮腿的辦法勢必破壞原有的定位狀態(tài)；而用中心加絲杠的辦法穩(wěn)定性不高，只適用于重量輕、無嚴格狀態(tài)要求的光學儀器。
目前，國內(nèi)大多數(shù)有調(diào)整要求的光學儀器使用的是由兵器工業(yè)第二○五研究所研制的活動工作平臺。這種活動工作平臺由底座、中心絲杠和工作臺面組成，中心絲杠與底座絲孔配合，中心絲杠的上頂端與工作臺面固聯(lián)，通過搬動中心絲杠上的手輪可以實現(xiàn)工作臺面的升降和轉(zhuǎn)動。工作臺面的定位用鎖緊中心絲杠的方法實現(xiàn)，中心絲杠和底座之間的定位由鍵槽和鍵實現(xiàn)。這種活動工作平臺的升降和轉(zhuǎn)動都很靈活且活動范圍也較大，但是升降和轉(zhuǎn)動調(diào)整是相互干擾的，因而難以達到較高的調(diào)整精度；此外，雖然臺面大小(臺面面積一般為400mm×400mm或更大)和承重性能都可滿足一些較大型光學儀器的使用要求，但這種活動工作平臺的結構特點是承重和定位均靠中心絲杠來實現(xiàn)，當工作臺面受到力矩作用時，即使鎖緊中心絲杠也會產(chǎn)生較大的晃動，因此，這種活動工作平臺只適用于一般調(diào)整要求的光學儀器，它無法滿足那些對定位精度和長期穩(wěn)定性要求較高的精密光學儀器的使用要求。
綜上所述，目前光學儀器所用的這些支架或調(diào)整平臺，都不能同時實現(xiàn)既便于調(diào)整，又具有較高的調(diào)整精度和充分的穩(wěn)定性。
本發(fā)明的目的在于提供一種精密光學儀器用的多維可調(diào)工作平臺，即一種升降范圍較大，且能夠進行平移和轉(zhuǎn)動及微量俯仰和偏轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)的工作平臺。要求該工作平臺的各維調(diào)整互不干涉；且在調(diào)整之后，其空間狀態(tài)能夠長時期保持不變。
本發(fā)明的目的通過如下技術途徑實現(xiàn)該多維可調(diào)工作平臺主要由支座、中心絲杠、臺面，平移機構、轉(zhuǎn)動機構、和導桿構成。中心絲杠垂直安裝在支座的中心。支座分上下兩層下層伸出三條腿，每條腿上均裝有腳輪和支撐，支撐和腳輪的伸出范圍與工作臺面大小相關。支撐是一種螺旋可調(diào)機構，可完成微量的俯仰和偏轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)；上層伸出三條臂，每條臂上均開有導桿孔。三根導桿穿過導桿孔并可以沿著導桿孔上下滑動且無晃動，導桿的上頂端與轉(zhuǎn)動機構固聯(lián)。在轉(zhuǎn)動機構中心部位用螺母將其與中心絲杠的上頂端連接。轉(zhuǎn)動機構上方坐有平移機構，平移機構開有軸孔，該軸孔與轉(zhuǎn)動機構的凸起軸配合安裝。平移機構裝有兩付導軌機構，導軌機構的滑塊與臺面固接。
當將多維可調(diào)工作平臺整體放置于軌道上使用時，該工作平臺不便于安裝支撐，因而本發(fā)明還可以在平移機構和臺面之間加裝俯仰機構和偏轉(zhuǎn)機構，以實現(xiàn)光學儀器的俯仰和偏轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)。
本發(fā)明各維調(diào)整機構均可由手輪搬動換成步進電機驅(qū)動，步進電機可由計算機驅(qū)動指令遙控操作。由此可使工作平臺以及所放置的光學儀器組成的全系統(tǒng)實現(xiàn)機電一體化自動控制，避免人為操作誤差，從而進一步提高調(diào)整精度。
采用本發(fā)明的原理，可以因不同的光學儀器和環(huán)境需要將本發(fā)制成不同的比例尺寸。
本發(fā)明與現(xiàn)有的光學儀器支架或調(diào)節(jié)平臺相比，很好地解決了多維靈活調(diào)整與穩(wěn)定可靠、長期保持狀態(tài)這一矛盾。雖然本發(fā)明仍采用中心絲杠實現(xiàn)升降，但其中心絲杠僅起承擔重量的作用，而定位和導向作用則由三根導桿來實現(xiàn)，導桿與導桿孔的精密配合保證了該工作平臺的穩(wěn)定性，因此本發(fā)明不僅升降靈活、范圍大，而且不會產(chǎn)生晃動并可長期保持調(diào)整狀態(tài)。由于每一維的調(diào)整機構均為獨立機構，這就保證了各維調(diào)整是相互獨立的且互不干涉，即在任一維調(diào)整時不會影響其他維的原本定位狀態(tài)。又因平移機構和轉(zhuǎn)動機構之間的轉(zhuǎn)動配合非常精密，因此本發(fā)明又具有較高的調(diào)整精度，可以滿足多種精密光學儀器的使用要求。
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。


圖1是多維可調(diào)工作平臺結構示意2是多維可調(diào)工作平臺A-A面剖示1所描述的多維可調(diào)工作平臺主要由臺面1、平移機構2、轉(zhuǎn)動機構3、中心絲杠4、導桿5、支座6組成。支座6為一個整體鑄件，分上下兩層，下層8均布伸出三條腿8a，每條腿上裝有支撐10和腳輪9。上層7均布伸出三條臂7a，每條臂上均開有Φ30mm的導桿孔。由鑄鐵材料制成的導桿5與導桿孔的精密配合，可使導桿5在導桿孔內(nèi)上下滑動且無晃動，導桿5的上端與轉(zhuǎn)動機構3固聯(lián)。圖2示出了導桿5與支撐10的位置關系，它們分布在兩個直徑分別為Φ550mm和Φ650mm的同心圓上，導桿5與支撐10相互錯開60°。支座6的支撐10升起后，腳輪9落地，可以使整個平臺移動；到位后，重新將支撐10落地，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定和避免腳輪9長期受力變形。支撐10是一種可調(diào)螺旋機構，可以使本發(fā)明實現(xiàn)俯仰和偏轉(zhuǎn)的微量調(diào)節(jié)。
中心絲杠4的直徑為Φ60mm，其上裝有帶分度的手輪，通過轉(zhuǎn)動手輪，中心絲杠4可以自由升降。用螺母11將中心絲杠4的上頂端連接在轉(zhuǎn)動機構3的中心部位。轉(zhuǎn)動機構3的下方裝有水平安置的精密小絲杠和手輪，上方坐有平移機構2，所述精密小絲杠上的滑塊固定在平移機構2上。平移機構2的中心開有Φ80mm的軸孔，該軸孔與轉(zhuǎn)動機構3的中心凸起軸12精密配合安裝，搬動轉(zhuǎn)動機構3上的手輪，通過精密小絲杠的帶動，平移機構2就相對于轉(zhuǎn)動機構3轉(zhuǎn)動且無晃動，其微調(diào)量為±3°。
平移機構2上裝有精密絲杠和兩付導軌機構，軌道的材料為鑄鐵，滑塊的材料為銅，該滑塊與臺面1固聯(lián)，精密絲杠上裝有帶分度的手輪，轉(zhuǎn)動手輪可使臺面1相對于平移機構2平穩(wěn)地移動，其平移調(diào)節(jié)范圍為±50mm。
臺面1為鑄鐵材料且經(jīng)過時效處理，以防止承重或者時間引起的變形。臺面1的尺寸為800mm×800mm，為便于裝夾、固定各種大型光學儀器，臺面1上每隔116mm開有標準T型槽，槽尺寸按M10的標準螺釘設計，臺面經(jīng)過刮花處理，滿足精密光學儀器安放時的平整度要求。
本實施例的性能實例值為臺面中心高度980mm；上下升降范圍±200mm，在此范圍內(nèi)升降時臺面邊緣跳動量≤0.24mm；平移機構在±50mm的全程中臺面邊緣跳動量為0.02mm；轉(zhuǎn)動機構在±3°范圍內(nèi)臺面邊緣測出的重復性精度為0.02mm；當將運動機構鎖緊時，盡量施加較大的偏移力也覺察不出平臺有晃動量。
下面是本實施例對紅外光譜輻射計的使用情況。
紅外光譜輻射計是大型的精密光學儀器，對空間位置非常敏感，要求有多維的調(diào)整量。紅外光譜輻射計要經(jīng)過嚴格定標后才能夠作為標準測量儀器對待測的紅外目標進行測試。定標時，先將紅外光譜輻射計的入射孔徑中心調(diào)整到與標準輻射源等高的位置，然后平移調(diào)整，使紅外光譜輻射計的入射孔徑在橫向上位于標準輻射源輻射范圍的中心，初步調(diào)整結束。仔細調(diào)整時，要使紅外光譜輻射計使用時的光軸與其標定時的光軸嚴格一致，這一步是通過轉(zhuǎn)動和俯仰的微調(diào)實現(xiàn)的。仔細調(diào)整要分多次循環(huán)進行，遵循角度調(diào)整-升降、平移調(diào)整-角度調(diào)整的步驟，反復進行直到滿足使用條件。仔細調(diào)整時是通過紅外光譜輻射計實際的信號輸出進行監(jiān)測的。紅外光譜輻射計焦距800mm，探測器面積2mm×2mm。多維可調(diào)工作平臺升降時全程的跳動量是0.24mm，但在仔細調(diào)整階段升降量僅為10mm左右，此時的升降跳動量遠小于0.02mm。由于各維調(diào)整相互獨立，所以升降、平移和轉(zhuǎn)動時最大變化量≤0.02mm。相對于800mm邊長的臺面，0.02mm變化量相當于0.035mrad的角度變化?？紤]到儀器800mm的焦距以及兩倍角的影響，在探測器焦面上產(chǎn)生0.056mm的橫向距離變化量，相對變化量為0.056/2＝2.8％，這也是晃動引起的相對輸出變化量。將此狀態(tài)鎖緊后對紅外光譜輻射計進行標定，可以長期保持其空間狀態(tài)不變，滿足了紅外光譜輻射計嚴格的標定和使用要求。
本發(fā)明的第二實施例與第一實施例的主要區(qū)別為轉(zhuǎn)動機構3的凸起軸位于中心距對邊60mm處；支撐10只起支撐作用，而不具調(diào)節(jié)功能；俯仰調(diào)整和偏轉(zhuǎn)調(diào)整由平移機構2和臺面1之間加裝的俯仰機構和偏轉(zhuǎn)機構來實現(xiàn)，其技術途徑是，在平移機構2的一邊內(nèi)側(cè)中心攻一垂直螺孔，在螺孔對邊內(nèi)側(cè)且沿對邊方向裝一水平轉(zhuǎn)軸，并使之與俯仰機構連接，轉(zhuǎn)動機構2上的螺孔與一可調(diào)螺釘配合，可調(diào)螺釘上端頂著俯仰機構，轉(zhuǎn)動可調(diào)螺釘上的手輪，俯仰機構就繞上述轉(zhuǎn)軸進行俯仰調(diào)節(jié)。偏轉(zhuǎn)機構與俯仰機構相同，只是安裝時兩者相錯90°，而且偏轉(zhuǎn)機構坐于俯仰機構之上臺面1之下。
此外，上述兩個實施例中所有的手輪搬動均可以換成步進電機驅(qū)動，步進電機由計算機的驅(qū)動指令控制，從而使本發(fā)明實現(xiàn)遙控操作、自動化控制，由此可消除人為操作誤差，進一步提高光學儀器的調(diào)整精度。
權利要求
1.一種多維可調(diào)工作平臺，它包括支座(6)、中心絲杠(4)、臺面(1)，中心絲杠(4)垂直安裝在支座(6)的中心，其特征在于它還包括平移機構(2)、轉(zhuǎn)動機構(3)、和導桿(5)，支座(6)分上下兩層下層(8)伸出三條腿(8a)，每條腿上均裝有腳輪(9)和支撐(10)；上層(7)伸出三條臂(7a)，每條臂上均開有導桿孔，三根導桿(5)穿過導桿孔并可以沿著導桿孔上下滑動且無晃動，導桿(5)的上頂端與轉(zhuǎn)動機構(3)固聯(lián)，轉(zhuǎn)動機構(3)與中心絲杠(4)的上頂端用螺母(11)連接，轉(zhuǎn)動機構(3)上方坐有平移機構(2)，平移機構(2)開有軸孔，該軸孔與轉(zhuǎn)動機構(3)的凸起軸(12)配合安裝，平移機構(2)裝有兩付導軌機構，導軌機構的滑塊與臺面(1)固聯(lián)。
2.根據(jù)權利要求1所述的多維可調(diào)工作平臺，其特征在于還可以加裝俯仰機構和偏轉(zhuǎn)機構。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的多維可調(diào)工作平臺，其特征在于每一維調(diào)整機構均可由手輪搬動換成步進電機驅(qū)動，步進電機可由計算機驅(qū)動指令遙控操作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種調(diào)整儀器位置或狀態(tài)用的多維可調(diào)工作平臺。主要特點是:支座上層伸出的三條臂上均開有導桿孔,導桿可在其內(nèi)上下滑動且無晃動;導桿頂端與轉(zhuǎn)動機構固聯(lián);平移機構坐于轉(zhuǎn)動機構之上臺面之下,它與轉(zhuǎn)動機構之間的軸配合可實現(xiàn)轉(zhuǎn)動調(diào)整,而它與臺面之間安裝的導軌機構可實現(xiàn)平移調(diào)整;支座下層伸出的三條腿上均裝有可進行俯仰和偏轉(zhuǎn)調(diào)整的支撐;裝于支座中心且頂端與轉(zhuǎn)動機構連接的絲杠可完成升降調(diào)整。
文檔編號F16M11/20GK1191320SQ98100599
公開日1998年8月26日 申請日期1998年3月4日 優(yōu)先權日1998年3月4日
發(fā)明者梁培, 朱銘桂, 付建明, 岳文龍, 嚴曉宇, 胡鐵力, 王學新 申請人:中國兵器工業(yè)第二○五研究所