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CN104551718A - 五维微调机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种五维微调机构，其由水平移动机构、伺服移载机构、垂直调节机构和二维手动调节机构组成，用于精密调节工件或者机构的姿态和位置，从而能够保证机构或者工件的稳定性和安全性，所述的五维微调机构具有X/Y/Z/θx/θy五维调节能力。发明所述的五维微调机构占用空间小，而且重量轻，出现故障或零件损坏时维修替换简单方便，可以根据现有的环境空间灵活调整自身大小体积、行程精度范围以及未知角度可调，能够应用在光学试验和非标准零件外形加工上。

Description

五维微调机构
技术领域
本发明涉及精密机械的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种五维微调机构。
背景技术
在精密机械制造领域中，例如光学元件(镜片和晶圆)以及非标准零件外形加工领域，其定位要求十分精准，需要用到各种调整架，调节维数要求达到三维以上。在现有技术中，单个位移台内部结构主要由直线导轨、滚珠丝杠、联轴器、传动电机组成，位移台工作原理有传动电机带动滚珠丝杠推拉动滑台直线导轨提供运动轨迹的方式。其缺点：占用空间很大，不能在现有的工作空间里减小自身的体积。有死角，只能局限在五轴内的提供的角度范围而且不能灵活变动需要的角度。
发明内容
为了解决现有技术中的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种五维微调机构。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种五维微调机构，其特征在于：其由水平移动机构(X轴)、伺服移载机构(Y轴)、垂直调节机构(Z轴)和二维手动调节机构组成。
其中，所述水平移动机构包括水平设置的X轴基准固定板，所述X轴基准固定板上设置有X轴驱动电机以及滚珠丝杠，所述X轴驱动电机与X轴滚珠丝杠之间通过联轴器轴向连接；所述X轴基准固定板上还设置有沿X轴向平行设置的至少两个X轴线性导轨，以及X轴限位块，所述X轴限位块的两侧各设置有一个X轴限位传感器；所述X轴线性导轨上设置有X轴定位板；所述X轴伺服电机通过联轴器驱动X轴滚珠丝杠转动，进而驱动所述X轴定位板在所述X轴线性导轨上沿着X轴方向行进，当X轴定位板的行进超出额定行程时，所述X轴限位块碰撞X轴限位传感器，所述X轴伺服电机停止驱动。
其中，所述伺服移载机构包括沿Y轴方向平行设置的Y轴基准固定板和Y轴定位板，并且所述Y轴基准固定板和Y轴定位板垂直设置在所述X轴定位板上；所述Y轴基准固定板上设置有Y轴驱动电机、垂直换向齿轮和Y轴滚珠丝杠；所述Y轴基准固定板上还设置有沿Y向平行设置的至少两组Y轴线性导轨，以及Y轴限位块，所述Y轴限位块的两侧各设置有一个Y轴限位传感器；所述Y轴驱动电机通过所述垂直换向齿轮的传动驱动所述Y轴滚珠丝杠转动，进而驱动所述Y轴定位板在所述两组Y轴线性导轨上沿着Y轴方向行进，当Y轴定位板的行进超出额定行程时，所述Y轴限位块碰撞Y轴限位传感器，所述Y轴伺服电机停止驱动。
其中，所述垂直调节机构包括沿Z轴方向平行设置的Z轴基准固定板和Z轴定位板，并且所述Y轴定位板作为所述Z轴基准固定板，所述Z轴定位板作为夹具基准定位机构；所述Z轴基准固定板上设置有Z轴驱动电机、联轴器、垂直换向齿轮和Z轴滚珠丝杠；所述Z轴基准固定板上还设置有沿Z向平行设置的至少两组Z轴线性导轨，以及Z轴限位块，所述Z轴限位块的两侧各设置有一个Z轴限位传感器；所述Z轴驱动电机通过所述联轴器和垂直换向齿轮的传动驱动所述Z轴滚珠丝杠转动，进而驱动所述Z轴定位板在所述两组Z轴线性导轨上沿着Z轴方向行进，当Z轴定位板的行进超出额定行程时，所述Z轴限位块碰撞Z轴限位传感器，所述Z轴伺服电机停止驱动。
其中，所述二维手动调节机构包括夹具基准定位机构，所述夹具基准定位机构上设置有工件定位角度微调机构，所述工件定位角度微调机构上设置有三颗调整螺丝和3颗锁固螺丝；所述三颗调整螺丝顶压所述夹具基准定位机构拉开所述工件定位角度微调机构与夹具基准定位机构并产生相对角度，并通过所述锁固螺丝锁紧所述工件定位角度微调机构与夹具基准定位机构之间角度的相对位置。
其中，所述调整螺丝和锁固螺丝间隔地设置在所述工件定位角度微调机构上。
其中，所述工件定位角度微调机构与所述夹具基准定位机构相接触的表面为球面结构。
与现有技术相比本发明所述的五维微调机构具有以下有益效果：
本发明所述的五维微调机构空间小，重量轻，出现故障或零件损坏时维修替换简单方便，可以根据现有的环境空间灵活调整自身大小体积、行程精度范围以及未知角度可调，能够应用在光学试验和非标准零件外形加工上。
附图说明
图1为本发明的五维微调机构的整体结构示意图；
图2为本发明的五维微调机构的X轴的整体示意图；
图3为本发明的五维微调机构的X轴的爆炸图；
图4为本发明的五维微调机构的Y轴的整体示意图；
图5为本发明的五维微调机构的Y轴的爆炸图；
图6为本发明的五维微调机构的Z轴的整体示意图；
图7为本发明的五维微调机构的Z轴的爆炸图；
图8为本发明的五维微调机构的二维手动调节机构示意图；
图9为本发明的五维微调机构的二维调节局部放大示意图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明所述的五维微调机构做进一步的阐述，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图1所示，本发明所述的五维微调机构，其由水平移动机构(10)、伺服移载机构(20)、垂直调节机构(30)和二维手动调节机构(40)组成。
如图2～3所示，所述水平移动机构包括水平设置的X轴基准固定板14，所述X轴基准固定板14上设置有X轴驱动电机18以及滚珠丝杠17，所述X轴驱动电机18与X轴滚珠丝杠17之间通过联轴器15轴向连接；所述X轴基准固定板14上还设置有沿X轴向平行设置的至少两个X轴线性导轨13，以及X轴限位块16，所述X轴限位块的两侧各设置有一个X轴限位传感器12；所述X轴线性导轨13上设置有X轴定位板11；所述X轴伺服电机18通过联轴器15驱动X轴滚珠丝杠17转动，进而驱动所述X轴定位板在所述X轴线性导轨13上沿着X轴方向行进，当X轴定位板的行进超出额定行程时，所述X轴限位块碰撞X轴限位传感器，所述X轴伺服电机停止驱动。
如图4～5所示，所述伺服移载机构包括沿Y轴方向平行设置的Y轴基准固定板21和Y轴定位板25，并且所述Y轴基准固定板21和Y轴定位板25垂直设置在所述X轴定位板21上；所述Y轴基准固定板21上设置有Y轴驱动电机26、垂直换向齿轮27和Y轴滚珠丝杠28；所述Y轴基准固定板21上还设置有沿Y向平行设置的至少两组Y轴线性导轨22，以及Y轴限位块24，所述Y轴限位块24的两侧各设置有一个Y轴限位传感器23；所述Y轴驱动电机26通过所述垂直换向齿轮27的传动驱动所述Y轴滚珠丝杠28转动，进而驱动所述Y轴定位板25在所述两组Y轴线性导轨22上沿着Y轴方向行进，当Y轴定位板25的行进超出额定行程时，所述Y轴限位块碰撞Y轴限位传感器，所述Y轴伺服电机停止驱动。
如图6～7所示，所述垂直调节机构包括沿Z轴方向平行设置的Z轴基准固定板31和Z轴定位板33，并且所述Y轴定位板25作为所述Z轴基准固定板31，所述Z轴定位板33作为夹具基准定位机构；所述Z轴基准固定板31上设置有Z轴驱动电机36、联轴器37、垂直换向齿轮38和Z轴滚珠丝杠35；所述Z轴基准固定板31上还设置有沿Z向平行设置的至少两组Z轴线性导轨32，以及Z轴限位块39，所述Z轴限位块39的两侧各设置有一个Z轴限位传感器34；所述Z轴驱动电机通过所述联轴器和垂直换向齿轮的传动驱动所述Z轴滚珠丝杠转动，进而驱动所述Z轴定位板在所述两组Z轴线性导轨上沿着Z轴方向行进，当Z轴定位板的行进超出额定行程时，所述Z轴限位块碰撞Z轴限位传感器，所述Z轴伺服电机停止驱动。
如图8～9所示，所述二维手动调节机构包括夹具基准定位机构，所述夹具基准定位机构上设置有工件定位角度微调机构41，所述工件定位角度微调机构41上设置有三颗调整螺丝43和3颗锁固螺丝44；所述三颗调整螺丝顶压所述夹具基准定位机构拉开所述工件定位角度微调机构与夹具基准定位机构并产生相对角度，并通过所述锁固螺丝锁紧所述工件定位角度微调机构与夹具基准定位机构之间角度的相对位置。所述调整螺丝和锁固螺丝间隔地设置在所述工件定位角度微调机构上。所述工件定位角度微调机构与所述夹具基准定位机构相接触的表面为球面结构。角度调节通过球面滚动不会造成间隙配合带来的机构晃动，保证了精度要求。
本发明所述的五维微调机构的功能主要是精密调节工件或者机构的姿态和位置，保证机构或者工件的稳定性，安全性等。其具有X/Y/Z/θx/θy五维调节能力。五维调节机构的轴向平移精度需达到2微米。XYZ单轴调节机构采用精密伺服电机配以20倍减速比的蜗轮蜗杆减速机和精密研磨滚珠丝杆的技术方案来实现精度要求。其中两维微调机构，通过手动调节在球面范围内的任意角度，经过计算，这种机构方式完全满足我们所需的精度要求。五维微调机构能够实现常规调节机构功能，能在特殊条件下，既能实现功能，又能达到要求。整个五维调节单元主要使用材料为优质铝合金，即可保证使用的稳定性又可减轻整个机构的重量。整体通过螺丝和定位销固定在安装平台上，在出现故障的情况下可把整个机构从固定平台上拆下来，方便维护。本发明所述的五维微调机构：空间小，重量轻，出现故障或零件损坏时维修替换简单方便，可以根据现有的环境空间灵活调整自身大小体积、行程精度范围以及未知角度可调，能够应用在光学试验和非标准零件外形加工上。
对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种五维微调机构，其特征在于：其由水平移动机构、伺服移载机构、垂直调节机构和二维手动调节机构组成。
2.根据权利要求1所述的五维微调机构，其特征在于：所述水平移动机构包括水平设置的X轴基准固定板，所述X轴基准固定板上设置有X轴驱动电机以及X轴滚珠丝杠，所述X轴驱动电机与X轴滚珠丝杠之间通过联轴器轴向连接；所述X轴基准固定板上还设置有沿X轴向平行设置的至少两个X轴线性导轨，以及X轴限位块，所述X轴限位块的两侧各设置有一个X轴限位传感器；所述X轴线性导轨上设置有X轴定位板；所述X轴伺服电机通过联轴器驱动X轴滚珠丝杠转动，进而驱动所述X轴定位板在所述X轴线性导轨上沿着X轴方向行进，当X轴定位板的行进超出额定行程时，所述X轴限位块碰撞X轴限位传感器，所述X轴伺服电机停止驱动。
3.根据权利要求1所述的五维微调机构，其特征在于：所述伺服移载机构包括沿Y轴方向平行设置的Y轴基准固定板和Y轴定位板，并且所述Y轴基准固定板和Y轴定位板垂直设置在所述X轴定位板上。
4.根据权利要求3所述的五维微调机构，其特征在于：所述Y轴基准固定板上设置有Y轴驱动电机、垂直换向齿轮和Y轴滚珠丝杠；所述Y轴基准固定板上还设置有沿Y向平行设置的至少两组Y轴线性导轨，以及Y轴限位块，所述Y轴限位块的两侧各设置有一个Y轴限位传感器；所述Y轴驱动电机通过所述垂直换向齿轮的传动驱动所述Y轴滚珠丝杠转动，进而驱动所述Y轴定位板在所述两组Y轴线性导轨上沿着Y轴方向行进，当Y轴定位板的行进超出额定行程时，所述Y轴限位块碰撞Y轴限位传感器，所述Y轴伺服电机停止驱动。
5.根据权利要求4所述的五维微调机构，其特征在于：所述垂直调节机构包括沿Z轴方向平行设置的Z轴基准固定板和Z轴定位板；所述Z轴基准固定板上设置有Z轴驱动电机、联轴器、垂直换向齿轮和Z轴滚珠丝杠；所述Z轴基准固定板上还设置有沿Z向平行设置的至少两组Z轴线性导轨，以及Z轴限位块，所述Z轴限位块的两侧各设置有一个Z轴限位传感器；所述Z轴驱动电机通过所述联轴器和垂直换向齿轮的传动驱动所述Z轴滚珠丝杠转动，进而驱动所述Z轴定位板在所述两组Z轴线性导轨上沿着Z轴方向行进，当Z轴定位板的行进超出额定行程时，所述Z轴限位块碰撞Z轴限位传感器，所述Z轴伺服电机停止驱动。
6.根据权利要求5所述的五维微调机构，其特征在于：所述Y轴定位板作为所述Z轴基准固定板，所述Z轴定位板作为夹具基准定位机构。
7.根据权利要求6所述的五维微调机构，其特征在于：所述二维手动调节机构包括夹具基准定位机构，所述夹具基准定位机构上设置有工件定位角度微调机构，所述工件定位角度微调机构上设置有三颗调整螺丝和3颗锁固螺丝；所述三颗调整螺丝顶压所述夹具基准定位机构拉开所述工件定位角度微调机构与夹具基准定位机构并产生相对角度，并通过所述锁固螺丝锁紧所述工件定位角度微调机构与夹具基准定位机构之间角度的相对位置。
8.根据权利要求7所述的五维微调机构，其特征在于：所述调整螺丝和锁固螺丝间隔地设置在所述工件定位角度微调机构上。
9.根据权利要求7所述的五维微调机构，其特征在于：所述工件定位角度微调机构与所述夹具基准定位机构相接触的表面为球面结构。
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