镜框俯仰角度调整装置的制造方法
镜框俯仰角度调整装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及镜框，特别是一种镜框俯仰角度调整装置。
【背景技术】
[0002]镜框的角度调整装置是调整光学元件姿态的高精度设备。在光路调整中存在光学元件角度发生漂移、稳定性不高以及反向传动存在空回等问题。现形方法是人为的不断调整镜框姿态到所需角度，费时费力，效率低。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种刚性连接的镜框角度调整装置。旨在解决弹簧机构限位的不稳定性造成光学元件的角度漂移、以及导轨机构往复运动存在死区，造成重复定位精度下降等问题。该装置具有结构件之间刚性连接，结构稳定性好、镜框的俯仰角度精密可调，装置轻便，易维护，应用于高功率激光装置中的光学元件角度调整，可批量生产等优点。
[0004]一种镜框俯仰角度调整装置，其特点在于包括一个平台，在该平台的一端竖直地固定镜框支撑座，镜框两端的水平转动轴位于所述的镜框支撑座的两边框轴孔中，构成镜框俯仰转动机构，所述的镜框的一竖直边框的底部有垂直于镜框的向前的推杆，沿该推杆方向依次相连的是运动组件和丝杆，该丝杆的远端由丝杆支撑臂支撑在所述的平台上；所述的运动组件包括第一内环、第一外环、外环固定套、第二内环和第二外环，所述的第一内环和第一外环，第二内环和第二外环分别组成两对球头铰链，该两对球头铰链通过所述的外环固定套固定在一起，所述的丝杆的近端和第一内环过盈配合固定，所述的第二内环和镜框的推杆配合固定；一步进电机安装在位于所述平台的电机座上，该步进电机的转轴通过铰链和蜗杆同轴连接，该蜗杆的另一端由蜗杆支撑臂支撑在所述的平台上，所述的丝杆的中部恰好穿过所述的涡轮的内螺孔，构成丝杠螺母副，该涡轮由一位于所述的平台上的涡轮支撑架限位和支撑。位于所述的平台上的测角仪实时测试镜框的角度位置，该测角仪的输出端与计算机的输入端相连，计算机的输出端与所述的步进电机的控制端相连。
[0005]所述的镜框俯仰角度调整装置的涡轮外圆为齿轮副结构，涡轮内圆为丝杠螺母副结构。齿轮副结构可以选择不同的传动比，细分传动角度，提高俯仰角度调整精度，丝杠螺母副机构可以通过选择不同的丝杆螺距，调节丝杆的直线位移精度，并通过合理的轴向预紧力消除轴向传动间隙，保证反向传动精度。
[0006]所述的镜框俯仰角度调整装置的内外环球头铰链结构可以是球头铰链及其变形，内外环采用过盈配合，消除内外环间的轴向和径向间隙误差。
[0007]所述的镜框俯仰角度调整装置的步进电机为原动件，在步进电机的输出轴向，装置的自由度为涡轮绕蜗杆的转动副，自由度唯一。在涡轮的轴线方向，其转动形成丝杠的直线运动，外环固定套和镜框为从动件，镜框支撑座为固定件，原动件数目等于机构自由度，机构运动唯一。
[0008]本发明的优点:
[0009]I)结构简单，精度高，可减轻光路调整人员的劳动强度，提高工作效率；
[0010]2)涡轮主要作用是将步进电机输出的轴向动力传输至与之垂直的丝杆的直线运动。涡轮和蜗杆配合形成的涡轮蜗杆机构能够细分步进电机的步距角，涡轮和丝杆形成的丝杠能够细分丝杆的直线运动，两次细分可以使得镜框的调整角度精确至秒级。
[0011]3)运动组件的作用就是将丝杆的直线运动通过自身特性转化为镜框的转动，且能够往复运动。构件之间刚性连接，稳定性较好。
[0012]4)装置自带测角仪，能够实时监测镜框角度值，并反馈至计算机，经过计算后，调整步进电机的步距角，从而调整镜框的角度值。所以装置的角度修复能力强。
【附图说明】
[0013]图1为本发明镜框俯仰角度调整装置结构示意图
[0014]图2为蜗杆轴向剖面图
[0015]图3丝杆轴向剖面图
[0016]图4为镜框示意图
[0017]图5为丝杆示意图
[0018]图6为丝杆轴向机构运动简图
【具体实施方式】
[0019]参看图1，图1为本发明镜框俯仰角度调整装置的结构示意图。由图可见，本发明镜框俯仰角度调整装置的构成包括:步进电机I的转轴通过铰链3和蜗杆4的一端相连，该蜗杆4和涡轮51配合形成涡轮蜗杆结构，通过调整电机座2的高度，消除涡轮蜗杆结构之间的间隙，保证结构的运动精度，蜗杆的另一端通过蜗杆支撑臂支撑在平台15上。丝杆8，分为三段81、82和83，其结构示意图如图5所示，丝杆82穿过涡轮的轴内螺孔52配合形成丝杠螺母副结构。镜框11，分为镜框转动轴111和推杆112两部分，其结构示意图如图4所示。转动轴111位于镜框支撑座12的两个通孔内，能够自由转动即可。丝杆支撑臂7上的通孔和丝杆81配合，形成丝杆8沿丝杆支撑臂7的直线运动。丝杆83和运动组件10中的第一内环16配合。所述的运动组件10如图3所示，包括第一内环16、第一外环17、外环固定套18、第二内环19和第二外环20，其中，第一内环16和第一外环17配合形成球头铰链，第二内环19和第二外环20配合形成球头铰链，两个内环必需和两个外环完全贴合，夕卜环固定套18固定第一外环17和第二外环20。
[0020]参看图2，步进电机1、铰链3、蜗杆4和涡轮5的连接方式。步进电机I的转轴和蜗杆4通过铰链3同轴连接。蜗杆4和涡轮51组成涡轮蜗杆机构，传递空间交错轴即步进电机I输出轴向和丝杆轴线方向之间的动力。交错角为90°，蜗杆4为主动件，涡轮5为从动件。
[0021]参看图3，丝杆8、运动组件10、镜框11和镜框支撑座12的连接方式。丝杆支撑臂7上的通孔和丝杆81配合形成移动副，丝杆82和涡轮52配合形成丝杠机构，丝杆83和运动组件10中的第一内环16形成过盈配合。镜框11和运动组件10中的第二内环19形成过盈配合。
[0022]参看图5，丝杆8、运动组件10、镜框11和镜框固定座12组成的曲柄滑块机构。通过丝杆8的往复直线运动，镜框10可以实现俯仰的角度调整。
[0023]现结合一实例对本发明进一步说明。
[0024]镜框俯仰角度调整:步进电机I输入步距角后，转过相应角度，通过铰链3驱动蜗杆4转动相等角度，蜗杆4驱动涡轮5转动相应角度，涡轮5转动的角度大小，将转化为丝杆8的直线移动距离。丝杆8的直线位移，被运动组件转化两个分运动，即绕丝杆的转动和沿丝杆的直线运动。运动组件的转动和直线运动，通过镜框111合成为镜框11绕镜框支撑座12的转动。运动组件的作用就是将丝杆的直线运动通过自身特性转化为镜框的转动，且能够往复运动。当镜框11角度发生漂移时，测角仪13将反馈至计算机14，通过调整步进电机I的步距角恢复镜框11的角度。
【主权项】
1.一种镜框俯仰角度调整装置，其特征在于包括一个平台(15)，在该平台(15)的一端竖直固定镜框支撑座(12)，镜框(11)两端的水平转动轴(112)位于所述的镜框支撑座(12)的两边框轴孔中，构成镜框俯仰转动机构，所述的镜框(11)的一竖直边框的底部有垂直于镜框(11)向前的推杆(111)，沿该推杆(111)方向依次相连的是运动组件(10)和丝杆(8)，该丝杆⑶的远端(81)由丝杆支撑臂(7)支撑在所述的平台(15)上；所述的运动组件(10)包括第一内环(16)、第一外环(17)、外环固定套(18)、第二内环(19)和第二外环(20)，所述的第一内环(16)和第一外环(17)，第二内环(19)和第二外环(20)分别组成两对球头铰链，该两对球头铰链通过所述的外环固定套(18)固定在一起，所述的丝杆(8)的近端(83)和第一内环(16)过盈配合固定，所述的第二内环(19)和镜框(11)的推杆(111)配合固定； 一步进电机⑴安装在位于所述的平台(15)的电机座⑵上，该步进电机⑴的转轴通过铰链(3)和蜗杆(4)同轴连接，该蜗杆(4)的另一端由蜗杆支撑臂(9)支撑在所述的平台(15)上，所述的蜗杆⑷的中部和涡轮(5)的外圆(51)配合构成涡轮蜗杆结构，所述的丝杆(8)的中部(82)恰好穿过所述的涡轮(5)的内螺孔(52)，构成丝杠螺母副，该涡轮(5)由一位于所述的平台(15)上的涡轮支撑架(6)限位和支撑； 位于所述的平台(15)上的测角仪(13)实时测试镜框(11)的角度位置，该测角仪(13)的输出端与计算机(14)的输入端相连，计算机(14)的输出端与所述的步进电机(I)的控制端相连。
【专利摘要】一种镜框俯仰角度调整装置，包括平台、步进电机、铰链、蜗杆、蜗杆支撑臂、涡轮、涡轮支撑架、丝杆、丝杆支撑臂、运动组件、镜框、镜框支撑座、测角仪和计算机，旨在解决弹簧机构限位的不稳定性造成光学元件的角度漂移、以及导轨机构往复运动存在死区，造成重复定位精度下降等问题。所述的运动组件包括两个内环、两个外环和外环固定套。本发明装置具有结构件间刚性连接，结构稳定性好、镜框的俯仰角度精密可调，装置轻便，易维护，应用于高功率激光装置中的光学元件角度调整，可批量生产等优点。
【IPC分类】H02K7/10, F16H37/12
【公开号】CN104896050
【申请号】CN201510225591
【发明人】朱健强, 吴永忠, 焦翔, 李养帅, 尹进
【申请人】中国科学院上海光学精密机械研究所
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月6日
【技术领域】
[0001]本发明涉及镜框，特别是一种镜框俯仰角度调整装置。
【背景技术】
[0002]镜框的角度调整装置是调整光学元件姿态的高精度设备。在光路调整中存在光学元件角度发生漂移、稳定性不高以及反向传动存在空回等问题。现形方法是人为的不断调整镜框姿态到所需角度，费时费力，效率低。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种刚性连接的镜框角度调整装置。旨在解决弹簧机构限位的不稳定性造成光学元件的角度漂移、以及导轨机构往复运动存在死区，造成重复定位精度下降等问题。该装置具有结构件之间刚性连接，结构稳定性好、镜框的俯仰角度精密可调，装置轻便，易维护，应用于高功率激光装置中的光学元件角度调整，可批量生产等优点。
[0004]一种镜框俯仰角度调整装置，其特点在于包括一个平台，在该平台的一端竖直地固定镜框支撑座，镜框两端的水平转动轴位于所述的镜框支撑座的两边框轴孔中，构成镜框俯仰转动机构，所述的镜框的一竖直边框的底部有垂直于镜框的向前的推杆，沿该推杆方向依次相连的是运动组件和丝杆，该丝杆的远端由丝杆支撑臂支撑在所述的平台上；所述的运动组件包括第一内环、第一外环、外环固定套、第二内环和第二外环，所述的第一内环和第一外环，第二内环和第二外环分别组成两对球头铰链，该两对球头铰链通过所述的外环固定套固定在一起，所述的丝杆的近端和第一内环过盈配合固定，所述的第二内环和镜框的推杆配合固定；一步进电机安装在位于所述平台的电机座上，该步进电机的转轴通过铰链和蜗杆同轴连接，该蜗杆的另一端由蜗杆支撑臂支撑在所述的平台上，所述的丝杆的中部恰好穿过所述的涡轮的内螺孔，构成丝杠螺母副，该涡轮由一位于所述的平台上的涡轮支撑架限位和支撑。位于所述的平台上的测角仪实时测试镜框的角度位置，该测角仪的输出端与计算机的输入端相连，计算机的输出端与所述的步进电机的控制端相连。
[0005]所述的镜框俯仰角度调整装置的涡轮外圆为齿轮副结构，涡轮内圆为丝杠螺母副结构。齿轮副结构可以选择不同的传动比，细分传动角度，提高俯仰角度调整精度，丝杠螺母副机构可以通过选择不同的丝杆螺距，调节丝杆的直线位移精度，并通过合理的轴向预紧力消除轴向传动间隙，保证反向传动精度。
[0006]所述的镜框俯仰角度调整装置的内外环球头铰链结构可以是球头铰链及其变形，内外环采用过盈配合，消除内外环间的轴向和径向间隙误差。
[0007]所述的镜框俯仰角度调整装置的步进电机为原动件，在步进电机的输出轴向，装置的自由度为涡轮绕蜗杆的转动副，自由度唯一。在涡轮的轴线方向，其转动形成丝杠的直线运动，外环固定套和镜框为从动件，镜框支撑座为固定件，原动件数目等于机构自由度，机构运动唯一。
[0008]本发明的优点:
[0009]I)结构简单，精度高，可减轻光路调整人员的劳动强度，提高工作效率；
[0010]2)涡轮主要作用是将步进电机输出的轴向动力传输至与之垂直的丝杆的直线运动。涡轮和蜗杆配合形成的涡轮蜗杆机构能够细分步进电机的步距角，涡轮和丝杆形成的丝杠能够细分丝杆的直线运动，两次细分可以使得镜框的调整角度精确至秒级。
[0011]3)运动组件的作用就是将丝杆的直线运动通过自身特性转化为镜框的转动，且能够往复运动。构件之间刚性连接，稳定性较好。
[0012]4)装置自带测角仪，能够实时监测镜框角度值，并反馈至计算机，经过计算后，调整步进电机的步距角，从而调整镜框的角度值。所以装置的角度修复能力强。
【附图说明】
[0013]图1为本发明镜框俯仰角度调整装置结构示意图
[0014]图2为蜗杆轴向剖面图
[0015]图3丝杆轴向剖面图
[0016]图4为镜框示意图
[0017]图5为丝杆示意图
[0018]图6为丝杆轴向机构运动简图
【具体实施方式】
[0019]参看图1，图1为本发明镜框俯仰角度调整装置的结构示意图。由图可见，本发明镜框俯仰角度调整装置的构成包括:步进电机I的转轴通过铰链3和蜗杆4的一端相连，该蜗杆4和涡轮51配合形成涡轮蜗杆结构，通过调整电机座2的高度，消除涡轮蜗杆结构之间的间隙，保证结构的运动精度，蜗杆的另一端通过蜗杆支撑臂支撑在平台15上。丝杆8，分为三段81、82和83，其结构示意图如图5所示，丝杆82穿过涡轮的轴内螺孔52配合形成丝杠螺母副结构。镜框11，分为镜框转动轴111和推杆112两部分，其结构示意图如图4所示。转动轴111位于镜框支撑座12的两个通孔内，能够自由转动即可。丝杆支撑臂7上的通孔和丝杆81配合，形成丝杆8沿丝杆支撑臂7的直线运动。丝杆83和运动组件10中的第一内环16配合。所述的运动组件10如图3所示，包括第一内环16、第一外环17、外环固定套18、第二内环19和第二外环20，其中，第一内环16和第一外环17配合形成球头铰链，第二内环19和第二外环20配合形成球头铰链，两个内环必需和两个外环完全贴合，夕卜环固定套18固定第一外环17和第二外环20。
[0020]参看图2，步进电机1、铰链3、蜗杆4和涡轮5的连接方式。步进电机I的转轴和蜗杆4通过铰链3同轴连接。蜗杆4和涡轮51组成涡轮蜗杆机构，传递空间交错轴即步进电机I输出轴向和丝杆轴线方向之间的动力。交错角为90°，蜗杆4为主动件，涡轮5为从动件。
[0021]参看图3，丝杆8、运动组件10、镜框11和镜框支撑座12的连接方式。丝杆支撑臂7上的通孔和丝杆81配合形成移动副，丝杆82和涡轮52配合形成丝杠机构，丝杆83和运动组件10中的第一内环16形成过盈配合。镜框11和运动组件10中的第二内环19形成过盈配合。
[0022]参看图5，丝杆8、运动组件10、镜框11和镜框固定座12组成的曲柄滑块机构。通过丝杆8的往复直线运动，镜框10可以实现俯仰的角度调整。
[0023]现结合一实例对本发明进一步说明。
[0024]镜框俯仰角度调整:步进电机I输入步距角后，转过相应角度，通过铰链3驱动蜗杆4转动相等角度，蜗杆4驱动涡轮5转动相应角度，涡轮5转动的角度大小，将转化为丝杆8的直线移动距离。丝杆8的直线位移，被运动组件转化两个分运动，即绕丝杆的转动和沿丝杆的直线运动。运动组件的转动和直线运动，通过镜框111合成为镜框11绕镜框支撑座12的转动。运动组件的作用就是将丝杆的直线运动通过自身特性转化为镜框的转动，且能够往复运动。当镜框11角度发生漂移时，测角仪13将反馈至计算机14，通过调整步进电机I的步距角恢复镜框11的角度。
【主权项】
1.一种镜框俯仰角度调整装置，其特征在于包括一个平台(15)，在该平台(15)的一端竖直固定镜框支撑座(12)，镜框(11)两端的水平转动轴(112)位于所述的镜框支撑座(12)的两边框轴孔中，构成镜框俯仰转动机构，所述的镜框(11)的一竖直边框的底部有垂直于镜框(11)向前的推杆(111)，沿该推杆(111)方向依次相连的是运动组件(10)和丝杆(8)，该丝杆⑶的远端(81)由丝杆支撑臂(7)支撑在所述的平台(15)上；所述的运动组件(10)包括第一内环(16)、第一外环(17)、外环固定套(18)、第二内环(19)和第二外环(20)，所述的第一内环(16)和第一外环(17)，第二内环(19)和第二外环(20)分别组成两对球头铰链，该两对球头铰链通过所述的外环固定套(18)固定在一起，所述的丝杆(8)的近端(83)和第一内环(16)过盈配合固定，所述的第二内环(19)和镜框(11)的推杆(111)配合固定； 一步进电机⑴安装在位于所述的平台(15)的电机座⑵上，该步进电机⑴的转轴通过铰链(3)和蜗杆(4)同轴连接，该蜗杆(4)的另一端由蜗杆支撑臂(9)支撑在所述的平台(15)上，所述的蜗杆⑷的中部和涡轮(5)的外圆(51)配合构成涡轮蜗杆结构，所述的丝杆(8)的中部(82)恰好穿过所述的涡轮(5)的内螺孔(52)，构成丝杠螺母副，该涡轮(5)由一位于所述的平台(15)上的涡轮支撑架(6)限位和支撑； 位于所述的平台(15)上的测角仪(13)实时测试镜框(11)的角度位置，该测角仪(13)的输出端与计算机(14)的输入端相连，计算机(14)的输出端与所述的步进电机(I)的控制端相连。
【专利摘要】一种镜框俯仰角度调整装置，包括平台、步进电机、铰链、蜗杆、蜗杆支撑臂、涡轮、涡轮支撑架、丝杆、丝杆支撑臂、运动组件、镜框、镜框支撑座、测角仪和计算机，旨在解决弹簧机构限位的不稳定性造成光学元件的角度漂移、以及导轨机构往复运动存在死区，造成重复定位精度下降等问题。所述的运动组件包括两个内环、两个外环和外环固定套。本发明装置具有结构件间刚性连接，结构稳定性好、镜框的俯仰角度精密可调，装置轻便，易维护，应用于高功率激光装置中的光学元件角度调整，可批量生产等优点。
【IPC分类】H02K7/10, F16H37/12
【公开号】CN104896050
【申请号】CN201510225591
【发明人】朱健强, 吴永忠, 焦翔, 李养帅, 尹进
【申请人】中国科学院上海光学精密机械研究所
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月6日
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