精密一维旋转及二维倾斜工作台制造技术

本发明专利技术公开了一种一维旋转及二维倾斜工作台，包括底座、底层板、中层板、上层板及调整机构和驱动部分。其下层板和上层板分别在相互正交的方向上实现工作台倾斜，而中层板则在与上述两个正交方向垂直的平面内实现工作台较大范围的旋转。底座和下层板之间通过转动副、楔形滑块、弹簧实现联结，底板上固定直线导轨，楔形滑块支撑下层板；下层板和中层板之间通过弧形导轨和中心转轴实现旋转和联结；中层板和上层板之间同样采用转动副、楔形滑块和弹簧实现联结，中层板上固定直线导轨，楔形滑块支撑上层板。调整机构包括粗调整和精调整结构。本发明专利技术可以实现工作台一维旋转及二维倾斜的工作需要，并能在较大的空间调整范围内实现亚角秒量级的角度定位。

Precision one-dimensional rotary and two dimensional tilt table

The invention discloses a one-dimensional rotary and two-dimensional tilting table, which comprises a base, a bottom plate, a middle plate, an upper plate, an adjusting mechanism and a driving part. The lower plate and the upper plate respectively realize the inclination of the worktable in the orthogonal direction, and the middle plate realizes the rotation of the worktable in a larger range in the plane perpendicular to the two orthogonal directions. Between the base and the lower plate through a rotating pair, connecting wedge block and a spring fixed linear guide plate, support plate between the lower wedge block; the lower plate and the middle plate to achieve rotation and connection through the arc guide rail and the center shaft; between the middle plate and the upper plate is also used to achieve coupling rotating pair, wedge block and a spring fixed linear guide middle plate, the upper plate supporting wedge block. The adjusting mechanism comprises a coarse adjustment and a fine adjustment structure. The invention can realize the one-dimensional rotation and the two-dimensional tilting work requirement of the worktable, and can realize the angle positioning of the sub second magnitude in a larger space adjustment range.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种精密角度调整工作台，特别是空间粗调整、精调整的一维 旋转及二维倾斜定位工作台结构。
技术介绍
精密角度调整工作台在精密机械加工、光学元件调整、微机电系统、生物 医学等领域有着广泛的应用。如何在紧凑的可调整空间内实现不同范围和精度 要求的三维角度定位是旋转工作台研制的难点和关键问题。目前，精密调整技 术发展迅速，纳米定位技术已经广泛应用于精密调整机构中，如光学移相干涉、 自适应调整技术、电致伸縮微位移移动机构等。纳米定位技术结合传统的丝杆 传动或螺纹传动等机械装置可以满足不同调整精度和调整范围的空间方位变化 需求，实现个性化和多样化的计量测试及结构位置调整需要。在传统的工业生产中，角度调整常采用角度调整样件或者类似塞规等调整 工具，这种方法可靠性差且调整精度低。在现有的机械加工等工业领域中，大 范围旋转工作台一般采用刻线方法计量旋转角度，难以实现高精度的精密定位， 而且移动速度慢，多为一维角度调整；而常见的精密旋转机构多集中在一个或 者两个自由度的调整，同时存在旋转范围小的缺陷。在先技术(中国专利技术专 利，公开号1716456A)给出了长行程、纳米级一维移动工作台结构，类似的 原理可以用于旋转工作台，但是这种装置传动结构复杂，难以在紧凑的空间内 实现多自由度角度测量，而且通用性差， 一般仅用在某些特殊的测量领域。在 先技术 (the Newport Resource, Motion Control: Manual Rotation Stages and Motorized Rotation Stages. 2006/2007， P. 901-914)描述了多种型号的 旋转及倾斜旋转工作台，可以实现旋转及倾斜多自由度使用要求，但是这些工 作台多用于小型光学元件对准、共面及正交等调整，旋转自由度调整范围较小， 承载能力有限，且多采用手动调整，难以实现精密的角度定位。在先技术(中 国专利技术专利，公开号CN1669744A)给出了六自由度精密定位工作台，可以实 现纳米级定位精度，但是该机构采用柔性铰接的联结方式，实际运动时存在耦 合，难以实现精密定位。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述技术的不足，提出一种可以进行一维旋转及二维倾斜工作台，可以在较大的调整范围内实现亚角秒量级精度的角度定位。 为了达到上述目的，本专利技术的技术方案如下一种三维旋转及倾斜工作台，包括底座、底层板、中层板、上层板及调整 机构和驱动部分。其主要特点是下层板和上层板分别在相互正交的方向上实现-r i°小范围倾斜，而中层板则在与上述两个正交方向垂直的平面内实现-5°至+5°较大范围旋转。底座和下层板之间通过转动副、楔形滑块、弹簧实现 联结，底板上固定直线导轨，楔形滑块支撑下层板；下层板和中层板之间通过 弧形导轨实现旋转和联结；中层板和上层板之间同样采用转动副、楔形滑块和 弹簧实现联结，中层板上固定直线导轨，楔形滑块支撑上层板。调整机构由螺 纹调整副和精密调整组件构成，分别用于粗调整和精调整。驱动部分包括手柄 或步进电机、驱动器、压电陶瓷、压电陶瓷驱动电路、信号处理电路、控制电 路、控制计算机。所述的底座一侧对称固定两个转动副和下层板柱面体相连， 在底座的另一侧中心位置固定直线导轨，直线导轨滑块为楔形滑块。楔形滑块 和下层板上另一侧的柱面体线接触。楔形滑块在调整机构的作用下可以在直线 导轨上滑动，顶升下层板，并使下层板绕两个转动副倾斜。两个转动副和一个 楔形滑块对下层板构成三点支撑。在底座和下层板的对称中心线上，固定两根 预紧拉伸弹簧，使下层板一侧通过两个转动副和底座紧密联结，而下层板另一 侧的柱面体紧紧贴合在楔形滑块上。所述的中层板和下层板之间通过两个弧形导轨及中心转轴实现联结。两个 弧形导轨分别固定在下层板的两端，导轨上放置滑块，并固定在中层板上。中 层板通过两端弧形导轨上的滑块实现支撑，并可以围绕中心转轴旋转。所述的中层板和上层板的结构形式与底座和下层板的联结形式相似。在中 层板上一侧对称固定两个转动副，上层板通过两个转动副实现旋转。在中层板 的另一侧中心位置固定直线导轨，导轨滑块为楔形滑块，沿导轨直线进给。楔 形滑块和上层板上另一侧的柱面体线接触。两个转动副和一个楔形滑块对上层 板构成三点支撑。在中层板和上层板的对称中心线上，固定两根预紧拉伸弹簧， 使上层板通过一侧对称固定的两个转动副紧密联结在中层板上，而上层板另一 侧的柱面体紧紧贴合在楔形滑块上。所述的调整机构包括精调整和粗调整，分别由精密调整组件和螺纹调整副 组成。精密调整组件包括拉伸薄壁弹簧、压电陶瓷盒、钢球组成。精调整驱动 源为压电陶瓷。压电陶瓷放置在拉伸薄壁弹簧内，拉伸薄壁弹簧固定在压电陶 瓷盒内。压电陶瓷的一端固定钢球，钢球紧紧顶住楔形滑块(或中层板连杆)。 压电陶瓷的另一端和螺纹调整副相连。螺纹调整副用于粗调整，包括螺杆和螺 杆支架，螺杆分为螺纹区和光杆锁紧区，螺杆支架固定在底座(或下层板、中 层板)上。螺纹区和螺杆支架上的螺纹配合并实现螺杆固定。光杆锁紧区通过锁紧机构实现螺纹副锁死。所述中层板的调整机构除了上述的压电陶瓷和螺纹调整副，还包括压縮弹 簧、伸縮销和伸縮销支架。伸縮销支架固定在下层板上，内置压縮弹簧。伸缩 销放置在伸縮销支架内， 一端紧紧顶住中层板连杆，另一端则顶住压縮弹簧。所述的底座和下层板之间(中层板和上层板之间同样)的两个转动副可以 有三种不同的结构形式第一种形式是采用两个V型块固定在底座(中层板) 上，下层板(上层板)上固定两个柱面体，柱面体放置在V型块的V型槽内， 下层板(上层板)通过柱面体在两个V型槽内转动实现倾斜；第二种形式在底 座(中层板)上固定两个凸起并在凸起上开转轴销孔，下层板(上层板)对应 错开固定两个凸起并开转轴销孔，再通过转轴销将下层板(上层板)和底座(中 层板)联结起来，下层板(上层板)利用转轴销转动实现倾斜；第三种形式在 底座(中层板)上固定铰接母体，下层板(上层板)固定铰接体，通过接母体 和铰接体铰接的方式实现下层板(上层板)和底座(中层板)相连，下层板(上 层板)通过铰接处转动实现倾斜。所述的粗调整驱动源为手柄或者步进电机，本专利技术所述的粗调整相应为手 动调节或者电动调节。所述的精调整驱动源为压电陶瓷。所述驱动部分为步进电机(或手柄)、驱动器、控制电路、压电陶瓷、信号处理电路、控制计算机组成。控制计算机通过I/O控制电路控制步进电机驱动 器，驱动步进电机转动。计算机输出端通过D/A转换电路与压电陶瓷高压驱动 电路连接。所述驱动部分可以做成开环或闭环控制系统。在闭环控制系统中，工作台 上放置角度传感装置(如干涉测量系统、光栅测量系统等)，经信号处理和控制 电路和计算机相连，可以对工作台的旋转角度实现实时闭环反馈和修正。本专利技术的技术效果如下1. 下层板和上层板分别通过楔形滑块进给在正交方向倾斜工作台。调整机构驱动楔形滑块在直线导轨上进给。楔形滑块顶升下层板(上层板) 柱面体，下层板(上层板)通过另一侧的两个转动副旋转，实现下层板(上层 板)的倾斜。由于工作台倾斜方向几何尺寸远大于楔形滑块顶升位移，存在百 倍量级的杠杆比，而顶升位移在纳米量级到毫米量级变化，所以工作台可以在 较大范围内实现亚角秒量级的倾斜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种精密一维旋转及二维倾斜工作台，其特征在于：包括底座、底层板、中层板、上层板及调整机构和驱动部分，该底座和下层板之间通过转动副、楔形滑块、弹簧实现联结，底板上固定直线导轨，楔形滑块支撑下层板；下层板和中层板之间通过弧形导轨实现旋转和联结；中层板和上层板之间采用转动副、楔形滑块和弹簧实现联结，中层板上固定直线导轨，楔形滑块支撑上层板。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李安虎，卞永明，张氢，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：31[]