二维角度调节机构

1.本发明涉及光学装调检测技术领域，具体提供一种高承载、紧凑、稳定的二维角度调节机构。


背景技术：

2.在光学装调检测中，精度高、稳定、可靠的位移/角度调节机构至关重要，其直接影响着装调检测的效率，甚至会制约相关工作的进行。在大口径光学反射镜或透镜的装调过程中，调节机构的影响更加明显。反射镜或透镜的口径越大，支撑后整体越重，对于调节机构来说，在保证高精度调节的同时，如何持续维持稳定性又不影响装调工作的进行，愈发困难。二维角度调节机构，是各自由度调节机构中，使用频率较高的一种，尤其在平面镜的装调检测中，具有方位、俯仰二维角度调节功能的调节机构使用频率最高，调节机构承载载荷高、结构紧凑所占空间小，并且能够保持高稳定性，将会极大的提高反射镜测试与装调检测的效率。
3.现有的二维角度调节机构，通常采用市场化产品进行简单叠加，或者分层设计来独立完成方位、俯仰自由度的调节，一般顶层为俯仰调节组件，底层为方位调节组件，此种调节机构简单，精度较高，使用较广。但是现有机构存在结构冗余，不够紧凑的缺点，在一些检测场景中，需要调节机构高度尺寸足够小，则分层设计难以满足需求。同时反射镜口径的增大，必然要求调节机构的载荷足够大，现有市场化产品则有载重限制，若重量超过该限制，则会影响其使用。
4.因此，亟需一种能够在同平面内实现方位和俯仰自由度调节，并且机构高度尺寸足够小的二维角度调节机构。


技术实现要素：

5.本发明为解决上述问题，提供了一种二维角度调节机构，主要将方位调节和俯仰调节进行整合，使二维调节在同一平面内完成，极大压缩的二维角度调节机构的高度。
6.本发明提供的二维角度调节机构，包括：中心调节组件、俯仰调节组件和方位调节组件；中心调节组件包括轴承和中心轴，轴承绕中心轴转动，并且轴承的内环和外环可实现相对偏转；俯仰调节组件包括基板、底板、球脚和俯仰调节器，基板通过中心调节组件与底板连接；在基板和底板的后部位置设置有球脚，球脚支撑在基板和底板之间，球脚包括滚珠基座、滚珠和滚珠盖，滚珠基座与基板或底板固定连接，滚珠设置在滚珠基座和滚珠盖内，滚珠盖的末端有一开孔，滚珠的部分在开孔外，并且滚珠可进行滚动；俯仰调节器设置在基板和底板的前部位置设置有俯仰调节器，俯仰调节器用于调整基板和底板之间的相对距离；方位调节组件用于调整基板和底板发生相对转动。
7.优选的，轴承采用调心球轴承。
8.优选的，中心调节组件还包括轴承外环轴套和轴承压圈，轴承外环轴套通过螺钉固定在基板的下表面中心处，通过轴承压圈将调心球轴承安装在轴承外环轴套内；中心轴通过螺钉固定在底板的上表面中心处。
9.优选的，俯仰调节器包括相互啮合的俯仰调节螺杆和俯仰调节螺母，俯仰调节螺母固定在基板上，俯仰调节螺杆的末端为半球状，通过俯仰调节螺杆的旋入或旋出调节基板和底板之间的高度。
10.优选的，滚珠基座固定在基板的下表面，滚珠基座的下端开口段上攻有细牙外螺纹，用于与滚珠盖上端开口段上的细牙内螺纹相啮合，滚珠盖下端的开孔为圆孔，该圆孔直径小于滚珠直径，基板和底板发生相对转动时，滚珠在底板上滚动。
11.优选的，方位调节组件包括调节块、方位调节基座、方位调节螺母和方位调节螺杆，调节块连接在基板的前端侧面上，方位调节基座连接在底板上，方位调节基座的两端为立柱，调节块设置在两个立柱之间，每个立柱上连接有方位调节螺母，方位调节螺杆与方位调节螺母啮合，通过旋入或旋出方位调节螺杆，使方位调节螺杆的末端顶在调节块的侧面，推动调节块带动基板相对底板发生转动。
12.优选的，基板上的表面上开有阵列间隔的孔，用于在基板上连接安装元件。
13.与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：本发明利用调心球轴承整合了方位、俯仰角度调节机构，使一层结构实现两种角度的调节，且彼此互不干涉。与现有的二维角度调节机构产品相比较，本发明高度尺寸大大降低，结构紧凑；同时调节范围广、可设计性强、承载能力强、机构整体稳定高。非常适合应用在高度尺寸有限制的场景，尤其是大口径平面镜的光学检测。
附图说明
14.图1是根据本发明实施例提供的二维角度调节机构的俯视图；图2是根据本发明实施例提供的二维角度调节机构的侧面剖视图；图3是根据本发明实施例提供的二维角度调节机构的爆炸图。
15.其中的附图标记包括：中心调节组件1、轴承外环轴套11、调心球轴承12、轴承压圈13、中心轴14；俯仰调节组件2、基板21、底板22、球脚23、俯仰调节螺杆24、俯仰调节螺母25；滚珠基座231、滚珠232、滚珠盖233；方位调节组件3、调节块31、方位调节基座32、方位调节螺母33、方位调节螺杆34。
具体实施方式
16.在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
17.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
18.图1示出了根据本发明实施例提供的二维角度调节机构的俯视结构。
19.图2示出了根据本发明实施例提供的二维角度调节机构的剖面结构。
20.图3示出了根据本发明实施例提供的二维角度调节机构的零件组成。
21.如图1、图2和图3所示，本发明实施例提供的二维角度调节机构，主要包括中心调节组件1、俯仰调节组件2和方位调节组件3，其中：中心调节组件1采用轴承和中心轴14的组合形式，轴承具体采用调心球轴承12，中心调节组件1既可以实现绕中心轴14的方位旋转，又可允许调心球轴承12内环和外环实现一定角度差的偏转，在进行俯仰调节时不会发生调心球轴承12与中心轴14的卡死，仍能保持仅进行沿中心轴14的高低方向的位移滑动。为了便于调心球轴承12的定位，为调心球轴承12配备了轴承外环轴套11，轴承外环轴套11为45号钢材质，顶部台面具有均布的6个螺纹孔，用来与基板21相连；中间为调心球轴承12的安装台面与配做圆孔柱面，深度与调心球轴承12的高度相匹配；底端有均布的6个螺纹孔，用来安装轴承压圈13，轴承外环轴套11通过螺钉固定在基板21的下表面中心处，将调心球轴承12放置在轴承外环轴套11的中央圆孔内，使调心球轴承12的边缘与圆孔内的台面紧密贴合，并通过螺钉将轴承压圈13连接到轴承外环轴套11的顶部，压紧调心球轴承12。轴承压圈13为45号钢材质，其内径略小于调心球轴承12安装台面的最小直径，以保证将调心球轴承12固定在轴承外环轴套11内。中心轴14为45号钢材质，其底部台面均匀分布有6个沉头孔，通过螺钉将其固定在底板22的上表面中心处，中心轴14的直径与调心球轴承12的内径匹配，间隙配合需保证调心球轴承12能够在中心轴14上顺滑移动。
22.俯仰调节组件2主要包括基板21、底板22、球脚23和俯仰调节器，俯仰调节器主要由相互啮合的俯仰调节螺杆24和俯仰调节螺母25构成。基板21为正方形铝板，基板21后端具有左右对称的两处通孔，通孔周边均布4个螺纹孔，用来安装球脚23；基板21前端中心有一通孔，尺寸与俯仰调节螺母25配做。基板21的表面具有阵列间隔50mm
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50mm的m5螺纹孔，以便于装调检测时在基板21上连接安装试验件。底板22为一侧具有突出台面的铝板。基板21通过中心调节组件1与底板22连接，俯仰调节组件2通过中心调节组件1对俯仰调节角度进行径向限位，同时在基板21和底板22的后部位置设置有两个球脚23，球脚23支撑在基板21和底板22之间，作为主要支撑单元。球脚23采用45号钢材质，具体包括滚珠基座231、滚珠232和滚珠盖233，滚珠232设置在滚珠基座231和滚珠盖233内，滚珠基座231的顶部台面上均布4个通孔，通过螺钉与基板21连接，其内部为半圆球窝，滚珠232设置在滚珠基座231和滚珠盖233内并在下端凸出有圆柱面，圆柱面上攻有细牙外螺纹，用于与滚珠盖233上端开口段上的细牙内螺纹相啮合，滚珠232直径20mm，滚珠盖233为锥形，滚珠盖233下端的开孔为圆孔，圆孔直径为18mm，小于滚珠232的直径，滚珠232的部分在圆孔外，当基板21和底板22发生相对转动时，滚珠233可在底板22上滚动。俯仰调节螺杆24和俯仰调节螺母25均为45号钢材质，俯仰调节螺母25固定在基板21的前端位置，俯仰调节螺杆24的末端为半球状，通过俯仰调节螺杆24的旋入或旋出调节基板21和底板22之间的高度，进而实现俯仰角度的调节。
23.方位调节组件3采用双向推动同步锁紧的方位调节螺杆34，具体包括调节块31、方位调节基座32、方位调节螺母33和方位调节螺杆34。调节块31为铝合金材质，其正面为工字形，底部平台上有左右对称的两个通孔，用来与基板21侧面的对应孔位连接；调节块31的长度与高度依照实际需要的角度调节范围设计即可。方位调节基座32为铝合金材质，其底面
有4个通孔，用来与底板22连接；方位调节基座32的两端为立柱，且在立柱上具有与方位调节螺母33配做的通孔。方位调节螺母33与方位调节螺杆34均为45号钢材质。调节块31连接在基板21的前端侧面上，方位调节基座32连接在底板22上，调节块31设置在方位调节基座22的两个立柱之间，每个立柱上连接有方位调节螺母33，方位调节螺杆34与方位调节螺母33啮合，两个方位调节螺杆34将调节块31夹住，通过旋入或旋出方位调节螺杆34，使方位调节螺杆34的末端顶在调节块31的侧面，推动调节块31带动基板21相对底板22发生转动，同时两侧的方位调节螺杆34拧紧即可实现方位调节组件3的锁紧。
24.本发明已投入正式使用，已经过实际项目检验，被验证机构可靠性极高，已代替以往采用的二维角度调节机构产品，非常适合应用在高度尺寸有限制的场景，尤其是大口径平面镜的光学检测。
25.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
26.以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

技术特征：
1.一种二维角度调节机构，其特征在于，包括：中心调节组件、俯仰调节组件和方位调节组件；所述中心调节组件包括轴承和中心轴，所述轴承绕中心轴转动，并且所述轴承的内环和外环可实现相对偏转；所述俯仰调节组件包括基板、底板、球脚和俯仰调节器，基板通过所述中心调节组件与底板连接；在基板和底板的后部位置设置有球脚，球脚支撑在基板和底板之间，球脚包括滚珠基座、滚珠和滚珠盖，滚珠基座与基板或底板固定连接，滚珠设置在滚珠基座和滚珠盖内，滚珠盖的末端有一开孔，滚珠的部分在开孔外，并且滚珠可进行滚动；俯仰调节器设置在基板和底板的前部位置设置有俯仰调节器，俯仰调节器用于调整基板和底板之间的相对距离；所述方位调节组件用于调整基板和底板发生相对转动。2.如权利要求1所述的二维角度调节机构，其特征在于，所述轴承采用调心球轴承。3.如权利要求2所述的二维角度调节机构，其特征在于，所述中心调节组件还包括轴承外环轴套和轴承压圈，轴承外环轴套通过螺钉固定在基板的下表面中心处，通过轴承压圈将调心球轴承安装在轴承外环轴套内；中心轴通过螺钉固定在底板的上表面中心处。4.如权利要求1所述的二维角度调节机构，其特征在于，俯仰调节器包括相互啮合的俯仰调节螺杆和俯仰调节螺母，俯仰调节螺母固定在基板上，俯仰调节螺杆的末端为半球状，通过俯仰调节螺杆的旋入或旋出调节基板和底板之间的高度。5.如权利要求1所述的二维角度调节机构，其特征在于，滚珠基座固定在基板的下表面，滚珠基座的下端开口段上攻有细牙外螺纹，用于与滚珠盖上端开口段上的细牙内螺纹相啮合，滚珠盖下端的开孔为圆孔，该圆孔直径小于滚珠直径，基板和底板发生相对转动时，滚珠在底板上滚动。6.如权利要求1所述的二维角度调节机构，其特征在于，所述方位调节组件包括调节块、方位调节基座、方位调节螺母和方位调节螺杆，调节块连接在基板的前端侧面上，方位调节基座连接在底板上，方位调节基座的两端为立柱，调节块设置在两个立柱之间，每个立柱上连接有方位调节螺母，方位调节螺杆与方位调节螺母啮合，通过旋入或旋出方位调节螺杆，使方位调节螺杆的末端顶在调节块的侧面，推动调节块带动基板相对底板发生转动。7.如权利要求1所述的二维角度调节机构，其特征在于，基板上的表面上开有阵列间隔的孔，用于在基板上连接安装元件。

技术总结
本发明涉及光学装调检测技术领域，具体提供一种二维角度调节机构，包括：中心调节组件、俯仰调节组件和方位调节组件，通过在基板和底板之间安装中心调节组件，并将调心球轴承作为中心调节组件的主要零件，保证调心球轴承绕中心轴转动时，调心球轴承的内环和外环可实现相对偏转，将方位调节和俯仰调节进行整合，使二维调节在同一平面内完成，极大压缩的二维角度调节机构的高度，并通过球脚支撑基板和底板，球脚在平面内具有高自由度，当基板和底板的发生相对转动时，球脚和底板间的摩擦力较小。相比于现有机构，本发明高度尺寸大大降低，结构紧凑；同时调节范围广、承载能力强。承载能力强。承载能力强。


技术研发人员：徐伟 佟首峰 陈宝刚 吕宝林 吕天宇 蔡盛 曾文彬 曹玉岩
受保护的技术使用者：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
技术研发日：2023.07.12
技术公布日：2023/8/13