專利名稱：精密一維旋轉(zhuǎn)及二維傾斜工作臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種精密角度調(diào)整工作臺(tái)，特別是空間粗調(diào)整、精調(diào)整的一維 旋轉(zhuǎn)及二維傾斜定位工作臺(tái)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
精密角度調(diào)整工作臺(tái)在精密機(jī)械加工、光學(xué)元件調(diào)整、微機(jī)電系統(tǒng)、生物 醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。如何在緊湊的可調(diào)整空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)不同范圍和精度 要求的三維角度定位是旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)研制的難點(diǎn)和關(guān)鍵問題。目前，精密調(diào)整技 術(shù)發(fā)展迅速，納米定位技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于精密調(diào)整機(jī)構(gòu)中，如光學(xué)移相干涉、 自適應(yīng)調(diào)整技術(shù)、電致伸縮微位移移動(dòng)機(jī)構(gòu)等。納米定位技術(shù)結(jié)合傳統(tǒng)的絲桿 傳動(dòng)或螺紋傳動(dòng)等機(jī)械裝置可以滿足不同調(diào)整精度和調(diào)整范圍的空間方位變化 需求，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化和多樣化的計(jì)量測(cè)試及結(jié)構(gòu)位置調(diào)整需要。
在傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)中，角度調(diào)整常采用角度調(diào)整樣件或者類似塞規(guī)等調(diào)整 工具，這種方法可靠性差且調(diào)整精度低。在現(xiàn)有的機(jī)械加工等工業(yè)領(lǐng)域中，大 范圍旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)一般采用刻線方法計(jì)量旋轉(zhuǎn)角度，難以實(shí)現(xiàn)高精度的精密定位， 而且移動(dòng)速度慢，多為一維角度調(diào)整；而常見的精密旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)多集中在一個(gè)或 者兩個(gè)自由度的調(diào)整，同時(shí)存在旋轉(zhuǎn)范圍小的缺陷。在先技術(shù)[l](中國(guó)發(fā)明專 利，公開號(hào)1716456A)給出了長(zhǎng)行程、納米級(jí)一維移動(dòng)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)，類似的 原理可以用于旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，但是這種裝置傳動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以在緊湊的空間內(nèi) 實(shí)現(xiàn)多自由度角度測(cè)量，而且通用性差， 一般僅用在某些特殊的測(cè)量領(lǐng)域。在 先技術(shù)[2] (the Newport Resource, Motion Control: Manual Rotation Stages and Motorized Rotation Stages. 2006/2007， P. 901-914)描述了多種型號(hào)的 旋轉(zhuǎn)及傾斜旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)及傾斜多自由度使用要求，但是這些工 作臺(tái)多用于小型光學(xué)元件對(duì)準(zhǔn)、共面及正交等調(diào)整，旋轉(zhuǎn)自由度調(diào)整范圍較小， 承載能力有限，且多采用手動(dòng)調(diào)整，難以實(shí)現(xiàn)精密的角度定位。在先技術(shù)[3](中 國(guó)發(fā)明專利，公開號(hào)CN1669744A)給出了六自由度精密定位工作臺(tái)，可以實(shí) 現(xiàn)納米級(jí)定位精度，但是該機(jī)構(gòu)采用柔性鉸接的聯(lián)結(jié)方式，實(shí)際運(yùn)動(dòng)時(shí)存在耦 合，難以實(shí)現(xiàn)精密定位。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)的不足，提出一種可以進(jìn)行一維旋轉(zhuǎn)及二維傾斜工作臺(tái)，可以在較大的調(diào)整范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)亞角秒量級(jí)精度的角度定位。 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種三維旋轉(zhuǎn)及傾斜工作臺(tái)，包括底座、底層板、中層板、上層板及調(diào)整 機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)部分。其主要特點(diǎn)是下層板和上層板分別在相互正交的方向上實(shí)現(xiàn)
-r i°小范圍傾斜，而中層板則在與上述兩個(gè)正交方向垂直的平面內(nèi)實(shí)現(xiàn)-5
°至+5°較大范圍旋轉(zhuǎn)。底座和下層板之間通過轉(zhuǎn)動(dòng)副、楔形滑塊、彈簧實(shí)現(xiàn) 聯(lián)結(jié)，底板上固定直線導(dǎo)軌，楔形滑塊支撐下層板；下層板和中層板之間通過 弧形導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)和聯(lián)結(jié)；中層板和上層板之間同樣采用轉(zhuǎn)動(dòng)副、楔形滑塊和 彈簧實(shí)現(xiàn)聯(lián)結(jié)，中層板上固定直線導(dǎo)軌，楔形滑塊支撐上層板。調(diào)整機(jī)構(gòu)由螺 紋調(diào)整副和精密調(diào)整組件構(gòu)成，分別用于粗調(diào)整和精調(diào)整。驅(qū)動(dòng)部分包括手柄 或步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、壓電陶瓷、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)處理電路、控制電 路、控制計(jì)算機(jī)。所述的底座一側(cè)對(duì)稱固定兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和下層板柱面體相連， 在底座的另一側(cè)中心位置固定直線導(dǎo)軌，直線導(dǎo)軌滑塊為楔形滑塊。楔形滑塊 和下層板上另一側(cè)的柱面體線接觸。楔形滑塊在調(diào)整機(jī)構(gòu)的作用下可以在直線 導(dǎo)軌上滑動(dòng)，頂升下層板，并使下層板繞兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副傾斜。兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè) 楔形滑塊對(duì)下層板構(gòu)成三點(diǎn)支撐。在底座和下層板的對(duì)稱中心線上，固定兩根 預(yù)緊拉伸彈簧，使下層板一側(cè)通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和底座緊密聯(lián)結(jié)，而下層板另一 側(cè)的柱面體緊緊貼合在楔形滑塊上。
所述的中層板和下層板之間通過兩個(gè)弧形導(dǎo)軌及中心轉(zhuǎn)軸實(shí)現(xiàn)聯(lián)結(jié)。兩個(gè) 弧形導(dǎo)軌分別固定在下層板的兩端，導(dǎo)軌上放置滑塊，并固定在中層板上。中 層板通過兩端弧形導(dǎo)軌上的滑塊實(shí)現(xiàn)支撐，并可以圍繞中心轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。
所述的中層板和上層板的結(jié)構(gòu)形式與底座和下層板的聯(lián)結(jié)形式相似。在中 層板上一側(cè)對(duì)稱固定兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，上層板通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)。在中層板 的另一側(cè)中心位置固定直線導(dǎo)軌，導(dǎo)軌滑塊為楔形滑塊，沿導(dǎo)軌直線進(jìn)給。楔 形滑塊和上層板上另一側(cè)的柱面體線接觸。兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)楔形滑塊對(duì)上層 板構(gòu)成三點(diǎn)支撐。在中層板和上層板的對(duì)稱中心線上，固定兩根預(yù)緊拉伸彈簧， 使上層板通過一側(cè)對(duì)稱固定的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副緊密聯(lián)結(jié)在中層板上，而上層板另一 側(cè)的柱面體緊緊貼合在楔形滑塊上。
所述的調(diào)整機(jī)構(gòu)包括精調(diào)整和粗調(diào)整，分別由精密調(diào)整組件和螺紋調(diào)整副 組成。精密調(diào)整組件包括拉伸薄壁彈簧、壓電陶瓷盒、鋼球組成。精調(diào)整驅(qū)動(dòng) 源為壓電陶瓷。壓電陶瓷放置在拉伸薄壁彈簧內(nèi)，拉伸薄壁彈簧固定在壓電陶 瓷盒內(nèi)。壓電陶瓷的一端固定鋼球，鋼球緊緊頂住楔形滑塊(或中層板連桿)。 壓電陶瓷的另一端和螺紋調(diào)整副相連。螺紋調(diào)整副用于粗調(diào)整，包括螺桿和螺 桿支架，螺桿分為螺紋區(qū)和光桿鎖緊區(qū)，螺桿支架固定在底座(或下層板、中 層板)上。螺紋區(qū)和螺桿支架上的螺紋配合并實(shí)現(xiàn)螺桿固定。光桿鎖緊區(qū)通過鎖緊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)螺紋副鎖死。
所述中層板的調(diào)整機(jī)構(gòu)除了上述的壓電陶瓷和螺紋調(diào)整副，還包括壓縮彈 簧、伸縮銷和伸縮銷支架。伸縮銷支架固定在下層板上，內(nèi)置壓縮彈簧。伸縮 銷放置在伸縮銷支架內(nèi)， 一端緊緊頂住中層板連桿，另一端則頂住壓縮彈簧。
所述的底座和下層板之間(中層板和上層板之間同樣)的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副可以 有三種不同的結(jié)構(gòu)形式第一種形式是采用兩個(gè)V型塊固定在底座(中層板) 上，下層板(上層板)上固定兩個(gè)柱面體，柱面體放置在V型塊的V型槽內(nèi)， 下層板(上層板)通過柱面體在兩個(gè)V型槽內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)傾斜；第二種形式在底 座(中層板)上固定兩個(gè)凸起并在凸起上開轉(zhuǎn)軸銷孔，下層板(上層板)對(duì)應(yīng) 錯(cuò)開固定兩個(gè)凸起并開轉(zhuǎn)軸銷孔，再通過轉(zhuǎn)軸銷將下層板(上層板)和底座(中 層板)聯(lián)結(jié)起來，下層板(上層板)利用轉(zhuǎn)軸銷轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)傾斜；第三種形式在 底座(中層板)上固定鉸接母體，下層板(上層板)固定鉸接體，通過接母體 和鉸接體鉸接的方式實(shí)現(xiàn)下層板(上層板)和底座(中層板)相連，下層板(上 層板)通過鉸接處轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)傾斜。
所述的粗調(diào)整驅(qū)動(dòng)源為手柄或者步進(jìn)電機(jī)，本發(fā)明所述的粗調(diào)整相應(yīng)為手 動(dòng)調(diào)節(jié)或者電動(dòng)調(diào)節(jié)。所述的精調(diào)整驅(qū)動(dòng)源為壓電陶瓷。
所述驅(qū)動(dòng)部分為步進(jìn)電機(jī)(或手柄)、驅(qū)動(dòng)器、控制電路、壓電陶瓷、信號(hào)
處理電路、控制計(jì)算機(jī)組成?？刂朴?jì)算機(jī)通過I/O控制電路控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 器，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。計(jì)算機(jī)輸出端通過D/A轉(zhuǎn)換電路與壓電陶瓷高壓驅(qū)動(dòng) 電路連接。
所述驅(qū)動(dòng)部分可以做成開環(huán)或閉環(huán)控制系統(tǒng)。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，工作臺(tái) 上放置角度傳感裝置(如干涉測(cè)量系統(tǒng)、光柵測(cè)量系統(tǒng)等)，經(jīng)信號(hào)處理和控制 電路和計(jì)算機(jī)相連，可以對(duì)工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)角度實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)閉環(huán)反饋和修正。
本發(fā)明的技術(shù)效果如下
1. 下層板和上層板分別通過楔形滑塊進(jìn)給在正交方向傾斜工作臺(tái)。
調(diào)整機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)楔形滑塊在直線導(dǎo)軌上進(jìn)給。楔形滑塊頂升下層板(上層板) 柱面體，下層板(上層板)通過另一側(cè)的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)下層板(上層 板)的傾斜。由于工作臺(tái)傾斜方向幾何尺寸遠(yuǎn)大于楔形滑塊頂升位移，存在百 倍量級(jí)的杠桿比，而頂升位移在納米量級(jí)到毫米量級(jí)變化，所以工作臺(tái)可以在 較大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)亞角秒量級(jí)的傾斜要求，同時(shí)承載能力也得到很大的提高。
2. 中層板通過兩端弧形導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)繞中心軸旋轉(zhuǎn)。
調(diào)整機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)中層板連桿旋轉(zhuǎn)，中層板通過滑塊繞中心轉(zhuǎn)軸在弧形導(dǎo)軌上 滑動(dòng)，可以在較大的旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。調(diào)整機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)力臂
可以達(dá)到100毫米，甚至更大，增強(qiáng)了工作臺(tái)克服滑動(dòng)摩擦的能力并可實(shí)現(xiàn)較
高的旋轉(zhuǎn)精度。3. 粗調(diào)整和精調(diào)整分別由粗調(diào)整驅(qū)動(dòng)源(步進(jìn)電機(jī)或手柄)和精調(diào)整驅(qū) 動(dòng)源(壓電陶瓷)實(shí)現(xiàn)。
粗調(diào)整時(shí)，驅(qū)動(dòng)源控制螺桿在螺桿支架內(nèi)旋轉(zhuǎn)進(jìn)給，推動(dòng)壓電陶瓷盒頂進(jìn) 楔形滑塊或中層板連桿，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的傾斜或旋轉(zhuǎn)，粗調(diào)整總行程可以達(dá)到 20mm。粗調(diào)整完畢，通過光桿鎖緊區(qū)鎖緊螺紋副。精調(diào)整時(shí)，通過控制電路接 通壓電陶瓷，實(shí)現(xiàn)納米級(jí)微位移進(jìn)給，精調(diào)整總進(jìn)給形成可以達(dá)到30微米。
4. 本發(fā)明驅(qū)動(dòng)部分可以采用開環(huán)或閉環(huán)系統(tǒng)。
采用開環(huán)系統(tǒng)時(shí)，根據(jù)工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)或傾斜要求，直接控制驅(qū)動(dòng)源或壓電 陶瓷推動(dòng)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)或傾斜。閉環(huán)控制時(shí)，工作臺(tái)上放置角度傳感裝置給出工 作臺(tái)的實(shí)際旋轉(zhuǎn)或傾斜角度，通過計(jì)算機(jī)與輸入量進(jìn)行比較得出誤差值，再通 過經(jīng)信號(hào)處理和控制電路驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或壓電陶瓷進(jìn)給，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)或 傾斜角度的實(shí)時(shí)修正。
本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)
相對(duì)在先技術(shù)，本發(fā)明旋轉(zhuǎn)自由度調(diào)整范圍大，傾斜結(jié)構(gòu)采用大杠桿比結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)，承載能力強(qiáng)，調(diào)整精度高。驅(qū)動(dòng)部分采用壓電陶瓷微位移機(jī)構(gòu)配合螺 紋副調(diào)整，精調(diào)整和粗調(diào)整相結(jié)合，調(diào)整范圍大，精調(diào)整采用薄壁彈簧結(jié)構(gòu)， 動(dòng)態(tài)響應(yīng)性好。本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，雖然采用三層模塊式疊 加，但是由于任一維角度調(diào)節(jié)僅在一個(gè)模塊內(nèi)完成，且采用剛性接觸，傳動(dòng)鏈 簡(jiǎn)單，減少了誤差累積。本發(fā)明適合于較大范圍高精度三維角度調(diào)整場(chǎng)合使用， 配合XYZ位移工作臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)六自由度精密調(diào)整需要。


圖1是本發(fā)明精密三維旋轉(zhuǎn)傾斜工作臺(tái)的一實(shí)施例的主視圖。
圖2是圖1所示實(shí)施例A-A處的剖視圖。
圖3是圖1所示實(shí)施例B-B處的剖視圖。
圖4是圖1所示實(shí)施例中調(diào)整機(jī)構(gòu)局部視圖。
圖5本發(fā)明一實(shí)施例的信號(hào)處理和控制電路示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明精密三維旋轉(zhuǎn)傾斜工作臺(tái)作進(jìn)一步說明。 先請(qǐng)參閱圖l、圖2和圖3，由圖可見，本發(fā)明主要包括底座l、下層板2、 中層板3、上層板4、調(diào)整機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)部分等。
底座1 一側(cè)對(duì)稱固定兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和下層板2相連，下層板2通過轉(zhuǎn)動(dòng)副實(shí) 現(xiàn)旋轉(zhuǎn)。在底座1的另一側(cè)中心位置固定直線導(dǎo)軌25，導(dǎo)軌滑塊為楔形滑塊26。 楔形滑塊26和下層板2上的柱面體29線接觸連接。楔形滑塊26在調(diào)整機(jī)構(gòu)的作用下可以在直線導(dǎo)軌25上滑動(dòng)，頂升下層板2，并使下層板2繞另一側(cè)的兩 個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)。兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)楔形滑塊26對(duì)下層板2構(gòu)成三點(diǎn)支撐。在底 座1和下層板2的對(duì)稱中心線上，固定兩根預(yù)緊拉伸彈簧7、 8，使下層板2 — 側(cè)通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和底座1緊密聯(lián)結(jié)，而下層板柱面體29緊緊貼合在楔形滑塊 26上。調(diào)整機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)楔形滑塊26在直線導(dǎo)軌25上進(jìn)給。楔形滑塊26頂升下層 板柱面體29，下層板2通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)Z-Z方向的傾斜。
中層板3和下層板2之間通過兩個(gè)弧形導(dǎo)軌5、 14及中心轉(zhuǎn)軸13實(shí)現(xiàn)聯(lián)結(jié)。 兩個(gè)弧形導(dǎo)軌5、 14分別固定在下層板2的兩端，弧形導(dǎo)軌5、 14上放置滑塊6、 15，并固定在中層板3上。中層板3通過兩端弧形導(dǎo)軌5、 14上的滑塊6、 15 及中心轉(zhuǎn)軸13實(shí)現(xiàn)支撐，并可以圍繞中心轉(zhuǎn)軸13旋轉(zhuǎn)。調(diào)整機(jī)構(gòu)和伸縮銷支 架23固定在下層板2上，伸縮銷22置于伸縮銷支架23內(nèi)，伸縮銷支架23內(nèi) 置壓縮彈簧24。調(diào)整機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)中層板連桿21旋轉(zhuǎn)，同時(shí)伸縮銷22拉伸或壓緊 壓縮彈簧24，中層板3繞中心轉(zhuǎn)軸13在弧形導(dǎo)軌5、 14上滑動(dòng)，可以在較大旋 轉(zhuǎn)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的X-X方向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
在中層板3上一側(cè)對(duì)稱固定兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，在中層板3的另一側(cè)中心位置固 定直線導(dǎo)軌27,導(dǎo)軌滑塊為楔形滑塊20。楔形滑塊20和上層板4另一側(cè)的柱 面體11線接觸連接。兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)楔形滑塊20對(duì)上層板4構(gòu)成三點(diǎn)支撐。 在中層板3和上層板4的對(duì)稱中心線上，固定兩根預(yù)緊拉伸彈簧9、 28，使上層 板4通過一側(cè)對(duì)稱固定的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副緊密聯(lián)結(jié)在中層板3上，而上層板另一側(cè) 的柱面體11緊緊貼合在楔形滑塊20上。調(diào)整機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)楔形滑塊20在直線導(dǎo)軌 27上進(jìn)給。楔形滑塊20頂升上層板圓柱面體11，上層板4通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副旋 轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)Y-Y方向的傾斜。
本實(shí)施例所述轉(zhuǎn)動(dòng)副為V型塊16、 18、 12、 30和柱面體17、 19、 10、 31, 柱面體17、 19、 10、 31在V型塊16、 18、 12、 30的V型槽內(nèi)通過線接觸轉(zhuǎn)動(dòng)。
圖4所示為圖1實(shí)施例的調(diào)整機(jī)構(gòu)。工作臺(tái)Y-Y和Z-Z兩個(gè)方向的傾斜調(diào) 整由調(diào)整機(jī)構(gòu)推動(dòng)楔形滑塊20 (26)實(shí)現(xiàn)，工作臺(tái)X-X方向旋轉(zhuǎn)調(diào)整由調(diào)整機(jī) 構(gòu)推動(dòng)中層板連桿21實(shí)現(xiàn)。調(diào)整機(jī)構(gòu)由壓電陶瓷35和螺紋調(diào)整副組成。壓電 陶瓷35放置在拉伸薄壁彈簧34內(nèi)，整體固定在壓電陶瓷盒33內(nèi)。壓電陶瓷35 的一端固定鋼球32，鋼球32緊緊頂住楔形塊20 (26)(或中層板連桿21)。壓 電陶瓷35的另一端和螺紋調(diào)整副相連。螺紋調(diào)整副包括螺桿36和螺桿支架37， 螺桿分為螺紋區(qū)和光桿鎖緊區(qū)，螺桿支架37固定在底座1 (或下層板2、中層 板3)上。螺紋區(qū)和螺桿支架37上的螺紋配合并實(shí)現(xiàn)螺桿36固定。光桿鎖緊區(qū) 通過鎖緊機(jī)構(gòu)38實(shí)現(xiàn)螺紋副鎖死。粗調(diào)整時(shí)，驅(qū)動(dòng)源39控制螺桿36在螺桿支 架37內(nèi)旋轉(zhuǎn)進(jìn)給，推動(dòng)壓電陶瓷盒33頂進(jìn)楔形滑塊20 (26)或連桿21，實(shí)現(xiàn) 工作臺(tái)的傾斜或旋轉(zhuǎn)。粗調(diào)整完畢，通過光桿鎖進(jìn)區(qū)鎖緊螺紋副。精調(diào)整時(shí)，通過控制電路接通壓電陶瓷35，實(shí)現(xiàn)調(diào)整機(jī)構(gòu)納米級(jí)微位移進(jìn)給。 圖1實(shí)施例所述的驅(qū)動(dòng)源為手動(dòng)調(diào)節(jié)。
圖5是一實(shí)施例的信號(hào)處理和控制電路，采用閉環(huán)控制系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)部分為 步進(jìn)電機(jī)45、壓電陶瓷33、控制計(jì)算機(jī)40、信號(hào)處理和控制電路組成?？刂朴?jì) 算機(jī)40通過I/O控制電路43控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器44，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)45轉(zhuǎn)動(dòng)， 實(shí)現(xiàn)粗調(diào)整?？刂朴?jì)算機(jī)40輸出端通過D/A轉(zhuǎn)換電路41與壓電陶瓷高壓驅(qū)動(dòng) 電路42連接，控制壓電陶瓷33微位移進(jìn)給，實(shí)現(xiàn)精調(diào)整。工作臺(tái)上放置角度 傳感裝置46給出工作臺(tái)的實(shí)際旋轉(zhuǎn)或傾斜角度，并經(jīng)過信號(hào)處理與控制電路47 反饋給控制計(jì)算機(jī)40，與輸入量進(jìn)行比較得出誤差值，閉環(huán)實(shí)現(xiàn)對(duì)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn) 或傾斜角度的實(shí)時(shí)修正。
上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用 本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改， 并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此， 本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對(duì)于本發(fā)明 做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種精密一維旋轉(zhuǎn)及二維傾斜工作臺(tái)，其特征在于包括底座、底層板、中層板、上層板及調(diào)整機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)部分，該底座和下層板之間通過轉(zhuǎn)動(dòng)副、楔形滑塊、彈簧實(shí)現(xiàn)聯(lián)結(jié)，底板上固定直線導(dǎo)軌，楔形滑塊支撐下層板；下層板和中層板之間通過弧形導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)和聯(lián)結(jié)；中層板和上層板之間采用轉(zhuǎn)動(dòng)副、楔形滑塊和彈簧實(shí)現(xiàn)聯(lián)結(jié)，中層板上固定直線導(dǎo)軌，楔形滑塊支撐上層板。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密一維旋轉(zhuǎn)及二維傾斜工作臺(tái)，其特征在于 該調(diào)整機(jī)構(gòu)包括用于粗調(diào)整的螺紋調(diào)整副結(jié)構(gòu)和用于精調(diào)整的壓電陶瓷結(jié)構(gòu)；驅(qū) 動(dòng)部分包括手柄或步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、壓電陶瓷、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)處理 電路、控制電路、控制計(jì)算機(jī)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密一維旋轉(zhuǎn)及二維傾斜工作臺(tái)，其特征在于所述的底座一側(cè)對(duì)稱固定兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和下層板柱面體相連，在底座的另一側(cè)中心位置固定直線導(dǎo)軌，直線導(dǎo)軌滑塊為楔形滑塊；楔形滑塊和下層板上另一側(cè)的柱 面體線接觸；兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)楔形滑塊對(duì)下層板構(gòu)成三點(diǎn)支撐；在底座和下層 板的對(duì)稱中心線上，固定兩根預(yù)緊拉伸彈簧，使下層板一側(cè)通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和底 座緊密聯(lián)結(jié)，而下層板另一側(cè)的柱面體緊緊貼合在楔形滑塊上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的精密一維旋轉(zhuǎn)及二維傾斜工作臺(tái)，其特征在于 所述的中層板和下層板之間通過兩個(gè)弧形導(dǎo)軌及中心轉(zhuǎn)軸實(shí)現(xiàn)聯(lián)結(jié)；兩個(gè)弧形導(dǎo)軌分別固定在下層板的兩端，導(dǎo)軌上放置滑塊，并固定在中層板上；中層板 通過兩端弧形導(dǎo)軌上的滑塊實(shí)現(xiàn)支撐，并可以圍繞中心轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密一維旋轉(zhuǎn)及二維傾斜工作臺(tái)，其特征在于-在中層板上一側(cè)對(duì)稱固定兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，上層板通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)；在中層 板的另一側(cè)中心位置固定直線導(dǎo)軌，導(dǎo)軌滑塊為楔形滑塊，沿導(dǎo)軌直線進(jìn)給；楔 形滑塊和上層板上另一側(cè)的柱面體線接觸；兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)楔形滑塊對(duì)上層板 構(gòu)成三點(diǎn)支撐；在中層板和上層板的對(duì)稱中心線上，固定兩根預(yù)緊拉伸彈簧，使 上層板通過一側(cè)對(duì)稱固定的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副緊密聯(lián)結(jié)在中層板上，而上層板另一側(cè)的 柱面體緊緊貼合在楔形滑塊上。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的精密一維旋轉(zhuǎn)及二維傾斜工作臺(tái)，其特征在于 該壓電陶瓷放置在拉伸薄壁彈簧內(nèi)，拉伸薄壁彈簧固定在壓電陶瓷盒內(nèi)；壓電陶 瓷的一端固定鋼球，鋼球緊緊頂住楔形滑塊或中層板連桿；壓電陶瓷的另一端和 螺紋調(diào)整副相連；該螺紋調(diào)整副包括螺桿和螺桿支架，螺桿分為螺紋區(qū)和光桿鎖 緊區(qū)，螺桿支架固定在底座或下層板或中層板上；螺紋區(qū)和螺桿支架上的螺紋配 合并實(shí)現(xiàn)螺桿固定，光桿鎖緊區(qū)通過鎖緊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)螺紋副鎖死。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密一維旋轉(zhuǎn)及二維傾斜工作臺(tái)，其特征在于 中層板的調(diào)整機(jī)構(gòu)包括壓電陶瓷和螺紋調(diào)整副，以及壓縮彈簧、伸縮銷和伸縮銷 支架；伸縮銷支架固定在下層板上，內(nèi)置壓縮彈簧；伸縮銷放置在伸縮銷支架內(nèi)， 一端緊緊頂住中層板連桿，另一端則頂住壓縮彈簧。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密一維旋轉(zhuǎn)及二維傾斜工作臺(tái)，其特征在于 所述的底座和下層板之間以及中層板和上層板之間的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的結(jié)構(gòu)形式包 括采用兩個(gè)v型塊固定在底座/中層板上，下層板/上層板上固定兩個(gè)柱面體， 柱面體放置在v型塊的V型槽內(nèi)，下層板/上層板通過柱面體在兩個(gè)V型槽內(nèi)轉(zhuǎn) 動(dòng)實(shí)現(xiàn)傾斜；或在底座/中層板上固定兩個(gè)凸起并在凸起上開轉(zhuǎn)軸銷孔，下層板/上層板對(duì)應(yīng) 錯(cuò)開固定兩個(gè)凸起并開轉(zhuǎn)軸銷孔，再通過轉(zhuǎn)軸銷將下層板/上層板和底座/中層板 聯(lián)結(jié)起來，下層板/上層板利用轉(zhuǎn)軸銷轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)傾斜；或 在底座/中層板上固定鉸接母體，下層板/上層板固定鉸接體，通過接母體和 鉸接體鉸接的方式實(shí)現(xiàn)下層板/上層板和底座/中層板相連，下層板/上層板通過 鉸接處轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)傾斜。
9、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的精密一維旋轉(zhuǎn)及二維傾斜工作臺(tái)，其特征在于該用于粗調(diào)整的螺紋調(diào)整副結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)源為手柄或者步進(jìn)電機(jī)；控制計(jì)算機(jī) 通過I/O控制電路連接控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，控制計(jì)算機(jī)輸出端通過D/A轉(zhuǎn)換電 路與壓電陶瓷高壓驅(qū)動(dòng)電路連接。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一所述的精密一維旋轉(zhuǎn)及二維傾斜工作臺(tái)，其 特征在于還包括開環(huán)或閉環(huán)控制系統(tǒng)，經(jīng)信號(hào)處理和控制電路和控制計(jì)算機(jī)相連，對(duì) 工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)角度實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)反饋和修正。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種一維旋轉(zhuǎn)及二維傾斜工作臺(tái)，包括底座、底層板、中層板、上層板及調(diào)整機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)部分。其下層板和上層板分別在相互正交的方向上實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)傾斜，而中層板則在與上述兩個(gè)正交方向垂直的平面內(nèi)實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)較大范圍的旋轉(zhuǎn)。底座和下層板之間通過轉(zhuǎn)動(dòng)副、楔形滑塊、彈簧實(shí)現(xiàn)聯(lián)結(jié)，底板上固定直線導(dǎo)軌，楔形滑塊支撐下層板；下層板和中層板之間通過弧形導(dǎo)軌和中心轉(zhuǎn)軸實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)和聯(lián)結(jié)；中層板和上層板之間同樣采用轉(zhuǎn)動(dòng)副、楔形滑塊和彈簧實(shí)現(xiàn)聯(lián)結(jié)，中層板上固定直線導(dǎo)軌，楔形滑塊支撐上層板。調(diào)整機(jī)構(gòu)包括粗調(diào)整和精調(diào)整結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)一維旋轉(zhuǎn)及二維傾斜的工作需要，并能在較大的空間調(diào)整范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)亞角秒量級(jí)的角度定位。
文檔編號(hào)G12B5/00GK101436436SQ200710170500
公開日2009年5月20日 申請(qǐng)日期2007年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月16日
發(fā)明者卞永明, 氫 張, 李安虎 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)