一種精密五維轉(zhuǎn)臺的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于精密光學(xué)應(yīng)用機械設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種精密五維轉(zhuǎn)臺，可應(yīng)用于精密光學(xué)應(yīng)用機械設(shè)備或其它類似機械設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]精密轉(zhuǎn)臺是測試慣性元件及進行物理仿真實驗的重要非標(biāo)設(shè)備，其應(yīng)用在光學(xué)領(lǐng)域主要是光電結(jié)合設(shè)備以及光學(xué)實驗和光學(xué)儀器中對光學(xué)元器件進行控制調(diào)節(jié)的常用調(diào)試裝置。通常使用過程中光學(xué)元件被固定于光學(xué)轉(zhuǎn)臺的臺板上，通過光學(xué)旋轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動、平移、俯仰實現(xiàn)對光學(xué)元件參數(shù)的跟蹤調(diào)節(jié)。
[0003]轉(zhuǎn)臺垂直軸系的精度，以及轉(zhuǎn)臺工作范圍可調(diào)自由度直接關(guān)系著光學(xué)產(chǎn)品的質(zhì)量及調(diào)試進度。
[0004]目前轉(zhuǎn)臺垂直軸系驅(qū)動定位主要有3種方案，(1)采用電機，減速器和齒輪傳動(或蝸桿傳動)共同驅(qū)動軸系旋轉(zhuǎn)定位；(2)采用電機，減速器和摩擦輪傳動驅(qū)動軸系旋轉(zhuǎn)定位；(3)采用力矩電機直接驅(qū)動軸系旋轉(zhuǎn)定位。第1種方案不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大，而且多級減速和傳動存在間隙，伺服剛性低；第2種方案雖然結(jié)構(gòu)簡單，但體積較大，且存在容易磨損和打滑等缺點；第3種方案采用力矩電機直接驅(qū)動軸系定位，僅僅依靠力矩電機直接驅(qū)動，定位精度不高，對于體積和質(zhì)量大的轉(zhuǎn)臺，其伺服控制的實現(xiàn)很困難。
[0005]由于光學(xué)轉(zhuǎn)臺的特殊性，其對轉(zhuǎn)臺要求不只要具有高精度，對其運行的平穩(wěn)性，定位精確程度都有較高的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對以上對光學(xué)轉(zhuǎn)臺的特殊要求，本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種精度高，運行穩(wěn)定的精密五維轉(zhuǎn)臺，為一種多自由度光學(xué)應(yīng)用旋轉(zhuǎn)臺。
[0007]為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明給出以下技術(shù)方案:
[0008]一種精密五維轉(zhuǎn)臺，包括垂直軸系、平移組件和俯仰組件；其特殊之處在于:
[0009]所述垂直軸系包括折射鏡、調(diào)平支撐底座、力矩電機、軸承壓蓋、第一載物臺、箱體和設(shè)置在箱體內(nèi)的方位固定軸、推力球軸承、方位旋轉(zhuǎn)軸、第一角接觸球軸承、軸承定距環(huán)；
[0010]所述箱體底部設(shè)有通孔，箱體和折射鏡均固定在調(diào)平支撐底座上；折射鏡位于箱體底部的通孔內(nèi)；箱體的側(cè)壁設(shè)有兩個通孔，這兩個通孔相對，這兩個通孔的中心軸線穿過所述折射鏡；
[0011]所述方位固定軸呈管狀，方位固定軸設(shè)置在箱體底部，方位固定軸的中心軸線與箱體底部通孔的中心軸線重合；所述方位旋轉(zhuǎn)軸呈管狀，套接在方位固定軸上；所述第一角接觸球軸承為一對，這一對角接觸球軸承背對背安裝于方位固定軸和方位旋轉(zhuǎn)軸之間，所述一對角接觸球軸承之間內(nèi)、外圈分別由軸承定距環(huán)支撐，這一對角接觸球軸承中位于上面的角接觸球軸承的內(nèi)、外徑由軸承壓蓋壓緊連接；軸承壓蓋與方位旋轉(zhuǎn)軸和/或方位固定軸通過螺釘固定連接；
[0012]所述推力球軸承是單向推力球軸承，套接在方位旋轉(zhuǎn)軸上；推力球軸承包括上徑環(huán)和下徑環(huán)，下徑環(huán)的外徑大于上徑環(huán)的外徑，下徑環(huán)與箱體底部接觸；
[0013]所述力矩電機裝于方位旋轉(zhuǎn)軸與箱體之間，力矩電機用于驅(qū)動方位旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；所述第一載物臺水平固定于方位旋轉(zhuǎn)軸上，第一載物臺的中心設(shè)有通孔，該通孔的中心軸線與箱體底部通孔的中心軸線重合。
[0014]上述平移組件包括第一平移導(dǎo)軌安裝盤和第二平移導(dǎo)軌安裝盤；
[0015]第一平移導(dǎo)軌安裝盤和第二平移導(dǎo)軌安裝盤自下至上依次安裝在第一載物臺上，第一平移導(dǎo)軌安裝盤和第二平移導(dǎo)軌安裝盤上均設(shè)有通孔，這兩個通孔的中心軸線均與箱體底部通孔的中心軸線重合；
[0016]所述第二平移導(dǎo)軌安裝盤能夠在第一平移導(dǎo)軌安裝盤上滑動，滑動的路線為十字形。
[0017]俯仰組件包括俯仰軸、過渡架、第二載物臺、軸承座和固定在軸承座上的第二軸承；
[0018]過渡架和第二載物臺自下至上依次安裝于第二平移導(dǎo)軌安裝盤上，過渡架和第二載物臺上均設(shè)有通孔，這兩個通孔的中心軸線均與箱體底部通孔的中心軸線重合；
[0019]所述俯仰軸有4個，4個俯仰軸在過渡架上沿圓周方向均勻布置，俯仰軸包括豎向段和橫向段；豎向段與過渡架固連，所述第二軸承套接在橫向段，所述軸承座有4個，這4個軸承座中，相對的兩個軸承座固定于第二平移導(dǎo)軌安裝盤的上表面，另外相對的兩個軸承座固定于第二載物臺的下表面；兩組相對的兩個軸承座連線構(gòu)成的十字與第二平移導(dǎo)軌安裝盤在第一平移導(dǎo)軌安裝盤上滑動的路線重合。
[0020]上述精密五維轉(zhuǎn)臺還包括微調(diào)組件，
[0021]微調(diào)組件包括第一齒輪、第二齒輪、軸承箱體、蝸輪、蝸桿、偏心軸套、蝸桿軸和驅(qū)動電機；
[0022]所述第一齒輪、第二齒輪、軸承箱體和蝸輪均位于所述箱體內(nèi)；第一齒輪與第二齒輪嚙合，第一齒輪通過螺釘與方位旋轉(zhuǎn)軸固定連接，第二齒輪與蝸輪均固定在軸承箱上，軸承箱內(nèi)安裝有定位軸承，軸承箱固定在箱體內(nèi)壁；
[0023]所述驅(qū)動電機位于所述箱體外部，驅(qū)動電機輸出軸與蝸桿軸的一端固定連接，蝸桿軸的另一端與蝸桿連接，所述偏心軸套套接在蝸桿軸的中間段，偏心軸套上設(shè)有連接法蘭，連接法蘭通過螺釘固定安裝于箱體外壁；通過偏心套筒實現(xiàn)蝸輪與蝸桿的嚙合與分離，在蝸輪與蝸桿嚙合的情況下，驅(qū)動電機帶動蝸桿旋轉(zhuǎn)，蝸桿旋轉(zhuǎn)帶動蝸輪旋轉(zhuǎn)，進而帶動第二齒輪旋轉(zhuǎn)，第二齒輪帶動第一齒輪旋轉(zhuǎn)，進而帶動方位旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。
[0024]上述俯仰組件還包括螺紋桿、調(diào)整螺母、第一俯仰調(diào)節(jié)球鉸和第二俯仰調(diào)節(jié)球鉸，過渡架上設(shè)有4個沿圓周均布的通孔，通孔靠近所述軸承座，所述螺紋桿有4個，每個螺紋桿穿過一個通孔；所述調(diào)整螺母設(shè)置在螺紋桿的上下兩端；
[0025]通孔上下兩端的過渡架上均設(shè)有凹槽，兩個凹槽內(nèi)分別對稱裝入第一俯仰調(diào)節(jié)球鉸和第二俯仰調(diào)節(jié)球鉸，第一俯仰調(diào)節(jié)球鉸的凹面和第二俯仰調(diào)節(jié)球鉸的凸面配合裝配；
[0026]固定于第二平移導(dǎo)軌安裝盤上表面的軸承座為第一軸承座，固定于第二載物臺下表面的軸承座為第二軸承座；
[0027]靠近第一軸承座的螺紋桿固定于第二載物臺的下表面，靠近第二軸承座的螺紋桿固定于第二平移導(dǎo)軌安裝盤的上表面。
[0028]上述第一平移導(dǎo)軌安裝盤固定于第一載物臺上，第一平移導(dǎo)軌安裝盤上表面安裝有第一軌道，第一軌道呈十字形，第一軌道的中心位于第一平移導(dǎo)軌安裝盤的中心處，第二平移導(dǎo)軌安裝盤下表面安裝有第二軌道，第二軌道呈十字形，第二軌道的中心位于第二平移導(dǎo)軌安裝盤的中心處，第一軌道和第二軌道通過滾動導(dǎo)軌滑塊連接，第一軌道和第二軌道的端頭處均設(shè)置有定位鎖緊裝置。
[0029]上述第二軸承是第二角接觸球軸承、條心球軸承或滾球軸承；所述方位固定軸、方位旋轉(zhuǎn)軸、第一載物臺、過渡架和/或第二載物臺設(shè)置有減重孔。
[0030]上述方位固定軸和方位旋轉(zhuǎn)軸上均設(shè)有止口凸臺，所述一對角接觸球軸承中，位于底部的角接觸球軸承的內(nèi)、外徑沿軸向分別由方位固定軸和方位旋轉(zhuǎn)軸的止口凸臺支撐。
[0031]上述箱體內(nèi)壁設(shè)有第一凸臺法蘭，方位旋轉(zhuǎn)軸外壁設(shè)有第二凸臺法蘭，力矩電機包括定環(huán)和動環(huán)，所述定環(huán)與第一凸臺法蘭通過螺釘固定連接，動環(huán)與第二凸臺法蘭通過螺釘固定連接。
[0032]上述推力球軸承套接在方位旋轉(zhuǎn)軸底部。
[0033]本發(fā)明具有以下技術(shù)效果:
[0034]1、本發(fā)明精度高、運行穩(wěn)定，可用于多自由度光學(xué)應(yīng)用；
[0035]2、力矩機驅(qū)動方式具有運行可靠、扭矩大、振動小、結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點，能滿足光學(xué)高精度基本要求，配合大傳動比微調(diào)機構(gòu)可實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺垂直軸系重載、低速、高精度控制，控制精度;
[0036]3、整體式鑄造工藝使重要結(jié)構(gòu)件在剛度，強度相似的情況下，最大限度的減小結(jié)構(gòu)件尺寸，方位固定軸、方位旋轉(zhuǎn)軸、第一載物臺、過渡架和/或第二載物臺設(shè)置有減重孔，因此本發(fā)明的重量輕，降低成本，節(jié)省材料；
[0037]4、本發(fā)明結(jié)構(gòu)布局合理、緊湊，連接強度剛度高，具有很好的制造工藝性。
【附圖說明】
[0038]圖1為外形主視圖；
[0039]圖2為剖視主視圖；
[0040]圖3為俯視圖；
[0041]圖4為A-A 視圖；
[0042]圖5為B-B剖視圖(即微調(diào)組件的結(jié)構(gòu)示意圖)；
[0043]圖6為俯仰及鎖緊原理方位圖；
[0044]圖7為平移及鎖緊原理方位圖；
[0045]圖8三維為軸側(cè)視圖；
[0046]圖9為三維剖視圖；
[0047]圖中件號:1-折射鏡、2-調(diào)平支撐底座、3-箱體、4-方為固定軸、5-推力球軸承、6-方位旋轉(zhuǎn)軸、7-第一角接觸球軸承、8-軸承定距環(huán)、10-力矩電機、11-軸承壓蓋、13-第一載物臺、14-第一平移導(dǎo)軌安裝盤、15-軌道、16-第二平移導(dǎo)軌安裝盤、17-軸承座、18-第二軸承、19-俯仰軸、20-過渡架、21-第二載物臺、22-螺紋桿、23-調(diào)整螺母、24-第一俯仰調(diào)節(jié)球鉸、25-第二俯仰調(diào)節(jié)球鉸、26-第一齒輪、27-第二齒輪、28-軸承箱體、29-蝸輪、30-蝸桿、31-偏心軸套、32-連接法蘭、33-蝸桿軸、34-驅(qū)動電機。
【具體實施方式】
[0048]如圖1至圖9，本發(fā)明提供了一種精密五維轉(zhuǎn)臺，包括垂直軸系、平移組件、俯仰組件和微調(diào)組件；垂直軸系包括包括折射鏡1、調(diào)平支撐底座2、力矩電機10、軸承壓蓋11、第一載物臺13、箱體3和設(shè)置在箱體內(nèi)的方位固定軸4、推力球軸承5、方位旋轉(zhuǎn)軸6、第一角接觸球軸承7、軸承定距環(huán)8 ；
[0049]所述箱體底部設(shè)有通孔，箱體和折射鏡均固定在調(diào)平支撐底座上；折射鏡位于箱體底部的通孔內(nèi)；箱體的側(cè)壁設(shè)有兩個通孔，這兩個通孔相對，這兩個通孔的中心軸線穿過所述折射鏡；
[0050]所述方位固定軸呈管狀，方位固定軸設(shè)置在箱體底部，方位固定軸的中心軸線與箱體底部通孔的中心軸線重合；方位旋轉(zhuǎn)軸呈管狀，套接在方位固定軸上，第一角接觸球軸承為一對，這一對角接觸球軸承背對背安裝于方位固定軸和方位旋轉(zhuǎn)軸之間，這一對角接觸球軸承的內(nèi)徑與方位固定軸配合連接、外徑與方位旋轉(zhuǎn)軸配合連接，這一對角接觸球軸承之間內(nèi)、外圈分別由軸承定距環(huán)支撐連接；方位固定軸和方位旋轉(zhuǎn)軸上均設(shè)有止口凸臺，本發(fā)明的一對角接觸球軸承中，位于底部的角接觸球軸承的內(nèi)、外徑沿軸向分別由方位固定軸和方位旋轉(zhuǎn)軸的止口凸臺支撐連接；這一對角接觸球軸承中，位于上面的角接觸球軸承的內(nèi)、外徑由軸承壓蓋壓緊；軸承壓蓋與方位旋轉(zhuǎn)軸和/或方位固定軸通過螺釘固定連接;
[0051]推力球軸承是單向推力球軸承，套接在方位