专利名称：可多自由度调节的光学面板支架的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种光学面板支架，具体说涉及ー种应用于托卡马克装置偏振仪光学镜面系统和类似光学系统上的具有多自由度调节能力的光学面板支架。
背景技术：
对于采用光学技术进行检测和测量的系统中，通常会用到多个镜面组成光学系统，这些镜面改变光的方向、偏转，对于測量精度 具有至关重要的作用，为了保证测量的可靠性，便于光学系统搭建和维护，需要一个可以多自由度调节的光学面板，在安装和调试过程中提供多个可以调节的自由度，提高安装的精度。传统的用于竖直布置支撑较大重量光学镜面系统的支架，仅仅具有安装固定过程中少数自由度可调的功能，这对于光学系统的安装调节有很大的限制。首先在安装时自由度不方便调节，特别是对于光学镜面系统较重时，调节的难度很大；其次固定完成后就不能对面板的自由度进行调节，影响了调试过程中矫正面板的能力，降低了光学系统的安装精度。图I是托卡马克干渉仪检测装置上使用的传统光学面板支架。该支架由固定支座13和螺杆14组成，在悬臂上11和下悬臂15上开有左右方向的腰形槽，在固定支架13上也开有前后方向的腰形槽。将面板通过螺杆14固定在固定支架上，在拧紧螺杆14之前，可以通过改变螺杆14在腰型槽中的位置获得面板12在先后方向、左右方向、绕竖直方向旋转的自由度，调节后将螺杆14旋紧就完成了面板12的安装。在安装调试过程中，由于固定在面板12上的光学镜面系统较重，需要用吊车悬挂安装，一边安装一边调节，影响了安装的精度。而且对于复杂的光学系统，面板的位置需要在光学搭建完成后，通过光学手段进ー步微调，在上述传统的光学面板系统中，这些都是不能实现的。上述问题都严重影响了光学系统整体的安装精度和效率。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型提出ー种具有多自由度灵活可调功能的光学面板支架，解决目前的支架调节自由度较少、调节精度不高和调节效率较低等缺陷。实现本实用新型的目的所采用的具体技术方案为一种可多自由度调节的光学面板支架，用于安装光学面板并实现其多自由度的调节，该支架包括内框架，其为中空的框架，所述光学面板容置安装在该内框架内；支架悬臂，包括上下间隔设置在塔架上的上悬臂和下悬臂，所述内框架容置于该上悬臂和下悬臂之间，并通过该上悬臂和下悬臂安装连接在塔架上；其特征在于，该支架还包括均具有旋转中心轴的水平旋转机构和竖直旋转机构，且两旋转机构的中心轴的交点与所述光学面板中心重合，其中，所述竖直旋转机构用于实现内框架以该竖直旋转机构中心轴为旋转轴的旋转，所述水平旋转机构用于实现所述光学面板以该水平旋转机构的中心轴为旋转轴的旋转。作为本实用新型的改进，所述竖直旋转机构包括轴旋转支撑单元，其设置在所述上悬臂和内框架上边框之间，分别与该上悬臂和内框架上边框外侧连接，用于支撑所述内框架绕旋转中心轴线旋转；轴旋转调节单元，其设置在所述下悬臂和内框架下边框之间，分别与该下悬臂和内框架下边框的外侧连接，用于驱动所述内框架绕旋转中心轴旋转。作为本实用新型的改进，所述上悬臂和下悬臂上均固定设置有垫板，所述轴旋转支撑单元和轴旋转调节单元分别通过垫板安装在上悬臂和下悬臂上。作为本实用新型的改进，所述垫板上设置有腰型孔，用于提供轴旋转支撑单元和轴旋转调节单元在安装中的调节。作为本实用新型的改进，所述水平旋转支撑机构包括轴旋转支撑单元，其设置在所述内框架左边框内侧和光学面板之间，分别与内框架左边框和光学面板侧边连接，用干支撑所述光学面板绕其旋转中心轴的旋转；轴旋转调节单元，其设置在所述内框架右边框内侧和光学面板之间，分别与内框架右边框和光学面板侧边连接，用于驱动所述光学面板绕旋转中心轴的旋转。作为本实用新型的改进，所述光学面板侧边上设置有面板支座，所述轴旋转支撑単元和轴旋转调节单元分别通过面板支座与光学面板连接。作为本实用新型的改进，所述轴旋转调节単元包括调节上连接板，用干与所述内框架或光学面板安装连接；调节下连接块，与所述调节上连接板相对设置，其用干与下悬臂或内框架的侧边框安装连接；蜗轮，其设置在所述调节上连接板和调节下连接块之间，并与所述调节上连接板固定连接，该涡轮旋转中心轴上设置有轴承；蜗杆，其设置在所述调节下连接块上，并与所述蜗轮啮合连接；在蜗杆的驱动下，带动蜗轮和与其固定连接的调节上连接板绕所述涡轮旋转中心轴，实现该调节上连接板相对于所述调节下连接块的转动。其中，竖直旋转机构上的轴旋转调节单元的调节上连接板和调节下连接板分别与内框架上边框和垫板连接。水平旋转机构上的轴旋转调节单元的调节上连接板和调节下连接板分别与内框架侧边框和面板支座连接。作为本实用新型的改进，所述轴旋转支撑単元包括支撑上连接板，用干与所述上悬臂或内框架的侧边框安装连接；支撑下连接块，与所述支撑上连接板相对设置，其用干与内框架的侧边框或光学面板安装连接；并且，该支撑上连接板和支撑下连接块通过ー轴承可相对转动地连接。其中，竖直旋转机构上的轴旋转支撑单元的支撑上连接板和支撑下连接块分别与下悬臂上的支撑垫板和内框架下边框连接。水平旋转机构上的轴旋转支撑单元的支撑上连接板和支撑下连接块分别与内框架侧边框和面板支座连接。作为本实用新型的改进，竖直轴紧固単元由上连接块、T形紧固块、内六角螺栓、下连接块组成。上连接块固定在内框架上，通过螺栓连接在T型紧固块上的左右方向腰形槽中，下连接块固定在固定垫板上，在下连接块上有螺栓孔，通过内六角螺栓连接T型紧固块上的前后腰形孔。[0028]作为本实用新型的改进，水平轴紧固单元与竖直轴紧固单元结构类似，其包括T形紧固块、螺栓、下连接块组成。光学面板左右两侧开有螺栓孔，通过内六角螺栓连接T型紧固块上的左右方向腰形槽中，下连接块固定在内框架上，在下连接块上有螺栓孔，通过内六角螺栓连接T型紧固块上的前后腰形孔。本实用新型解决技术问题的方式是利用交叉轴原理，在上下悬臂与内框架之间分别设置轴旋转支撑单元、轴旋转调节单元，提供一个绕竖直方向轴线旋转的旋转轴，使内框架可以绕该轴旋转，提供了绕竖直方向轴线旋转自由度；在内框架左右两侧和两个布置在光学面板左右两侧的面板支座之间分别设置轴旋转支撑单元、轴旋转调节单元，提供一个绕平行于面板左右方向旋转的旋转轴，使光学面板可以绕该轴旋转，提供了一个绕平行于面板左右方向旋转自由度。这两个旋转轴交叉在光学面板中心的位置上。这样可以在不改变光学面板中心位置的情况下，提供两个旋转自由度，这些调节都可以在面板支架固定之后实现。同时旋转装置通过具有大减速比的蜗轮蜗杆结构进行控制，蜗轮蜗杆可以自锁，保 证了调节过程的精确和稳定。调节完成后可以通过紧固单元紧固，提高面板支架的稳定性。本实用新型针对传统竖直布置光学面板支架不能在固定之后调节的缺点，在固定之后仍然具有两个自由度的调节功能，可以在光学校准中提供较高精度的微调能力，提高光学系统的安装精度和效率。
图I :托卡马克干涉仪使用的传统的光学面板支架轴测图；图2 :本实用新型的光学面板支架的整体结构轴测图；图3 :本实用新型的光学面板支架的整体结构主视图；图4 :图3中轴旋转调节单元3a的爆炸图；图5 :图3中轴旋转调节单元3a的剖视图；图6 :图3中轴旋转支撑单元33的剖视图；图7 :图3中竖直轴紧固单元39的局部方法图。其中11.上悬臂；12.光学面板；13.固定支架；14.螺杆；15.下悬臂；31.水平轴紧固单元；32.内框架；33.轴旋转支撑单元；34.面板支座；35.固定垫板；36.支撑撑块；37.铜片；38.支撑压块；39.竖直轴紧固单元；3a.轴旋转调节单元；S.内六角螺栓；41.调节上连接板；42.轴承盖；43.异性蜗轮；44.轴承外壳；45.角接触球轴承；46.轴承底壳；47.调节下连接块；48.蜗杆；49.蜗杆角接触球轴承；4a.蜗杆挡板；61.支撑上连接板；62.支撑下连接板；63.轴承支撑壳；71.上连接块；72. T形紧固块；73.内六角螺栓；74.下连接块。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。如图2和图3所示，其为本实施例支架的整体结构图。整个光学面板支架由内框架32、轴旋转支撑单元33、轴旋转调节单元3a、面板支座34、固定垫板35、水平轴紧固单元31、竖直轴紧固单元39、支撑撑块36、铜片37和支撑压块38组成。[0042]内框架32是方形框架，轴旋转调节单元3a和轴旋转支撑单元33通过内六角螺栓分别固定在内框架32左右边框内侧，旋转轴线与水平方向上的面板中心轴线，面板支座34通过内六角螺栓分别固定在轴旋转调节单元3a右侧和轴旋转支撑单元33左侧上，光学面板12通过内六角螺栓连接在光学面板支座34上。另一对轴旋转支撑单元33和轴旋转调节单元3a通过内六角螺栓分别连接在内框架32的上下边框外侧，旋转轴与竖直方向上的面板中心轴线重合。其中该轴旋转支撑单元33的支撑下连接板62和轴旋转调节单元3a的调节下连接块47的两侧开有沿垂直于面板方向的腰形槽，通过内六角螺栓分别连接在两块固定垫板35中部。固定垫板35开有左右方向的腰形槽，通过内六角螺栓固定分别在上悬臂11、下悬臂15上。水平轴紧固单元31连接面板和内框架32右上部和右下部，竖直轴调节单元39连接内框架32和固定垫板35。在内框架32下部两端安装支撑压块38，固定垫板35上安装支撑撑块36，铜片37与支撑压板38连接。其中一对轴旋转支撑单元33和轴旋转调节单元3a提供光学面板12绕平行于面板左右方向的轴线旋转的自由度，另一对轴旋转支撑单元33和轴旋转调节单元3a提供内框架32绕竖直方向轴线旋转的自由度。两个旋转自由度的旋转轴交叉在光学面板12的表面，光学面板12在中心不移动的情况下具有两个旋转自由度。提供平行于面板方向旋转轴的旋转支撑单元33的支撑下连接板62和轴旋转调节单元3a的调节下连接块47的两侧开有垂直于面板方向的腰形槽，通过改变内六角螺栓的安装位置，在安装过程中可以提供前后方向的安装调节；固定垫板35开有左右方向的腰形槽，通过改变内六角螺栓的安装位置在安装过程中可以提供左右方向的安装调节。在安装调节完成后，通过竖直轴紧固单元39锁紧内框架32相对固定垫板35的旋转自由度；通过水平轴紧固单元31锁紧光学面板12相对内框架32的旋转自由度。在内框架32下部两端安装支撑压块38，固定垫板35上安装支撑撑块36，中间有较软的铜片37并涂上黄油润滑保证调节过程中支撑压块38和支撑撑块36之间的相对滑动。参阅图4和图5，其为轴旋转调节单元3a的结构示意图。该轴旋转调节单元3a由调节上连接板41、轴承盖42、异性蜗轮43、轴承外壳44、角接触球轴承45、轴承底壳46、调节下连接块47、蜗杆48、蜗杆角接触球轴承49、蜗杆挡板组成4a。调节上连接板41通过内六角螺栓与异性蜗轮43连接，旋转结构同轴由上到下依次为轴承盖42、轴承外壳44、一对角接触球轴承45、轴承底壳46，调节下连接板47与轴承底壳46通过内六角螺栓连接。与异性蜗轮43配合的蜗杆48，通过两侧的蜗杆角接触轴承49和蜗杆挡板4a安装在调节下连接板47上的立耳处。通过轴承盖42、轴承外壳44、角接触球轴承45和轴承底壳46的组合，形成一个以角接触球轴承45轴线为旋转轴的旋转结构，异性蜗轮43通过内六角螺栓固定在轴承外壳44上，与轴承外壳44 一起旋转。调节上连接板41通过内六角螺栓与异性蜗轮43固定，调节下连接板47则与轴承底壳46固定。如上所述，调节上下连接板通过角接触球轴承45组成一个旋转单元，围绕同一轴线转动。蜗杆48通过一对蜗杆角接触球轴承49安装在调节下连接板47的立耳上，蜗杆48可以绕自身轴线转动，但是不能沿着上述轴旋转调节单元3a的旋转轴切向移动。异性蜗轮47和蜗杆48组成蜗轮蜗杆机构，因为蜗杆48不能沿上述轴旋转调节单元3a的旋转轴切向移动，在蜗杆48转动时，异性蜗轮43会绕着上述旋转轴方向转动，从而带动调节上连接板41相对调节下连接板47转动，同时由于蜗轮蜗杆机构具有很大的减速比，所以转动蜗杆48时，异性蜗轮43转动幅度很小，提高了调节的精度，同时实现自锁。蜗杆48的一头加工有六角头，方便使用扳手转动蜗杆48。参阅图6，其为轴旋转支撑单元33结构图。该轴旋转支撑单元33由支撑上连接板61、支撑下连接块62、轴承底壳46、轴承盖42、角接触球轴承45、轴承外壳44、轴承支撑壳63组成。支撑上连接板61通过内六角螺栓与轴承支撑壳63连接，旋转结构同轴由上到下依次为轴承盖板44、一对角接触球轴承45、轴承外壳46、轴承底壳43，支撑下连接板62与轴承底壳46通过内六角螺栓连接。通过轴承盖42、轴承外壳44、角接触球轴承45和轴承底壳46的组合，形成一个以角接触球轴承45轴线为旋转轴的旋转结构，轴承支撑壳63通过内六角螺栓固定在轴承外壳44上，与轴承外壳44 一起旋转。支撑上连接板61通过内六角螺栓与轴承支撑壳63固 定，支撑下连接板62则与轴承底壳46固定。如上所述，支撑上下连接板通过角接触球轴承45组成一个旋转单元,围绕同一轴线转动。参阅图7，竖直轴紧固单元39由上连接块71、T形紧固块72、内六角螺栓73、下连接块74组成。上连接块71固定在内框架32上，通过内六角螺栓73连接T型紧固块72上的左右方向腰形槽中，下连接块74固定在固定垫板35上，在下连接块74上有螺栓孔，通过内六角螺栓73连接T型紧固块72上的前后腰形孔。水平轴紧固单元31与竖直轴紧固单元39结构类似，其包括T形紧固块72、内六角螺栓73、下连接块组成74。光学面板12左右两侧开有螺栓孔，通过内六角螺栓73连接T型紧固块72上的左右方向腰形槽中，下连接块固定在内框架32上，在下连接块74上有螺栓孔，通过内六角螺栓73连接T型紧固块72上的前后腰形孔。以竖直轴紧固单元39为例说明紧固单元具体工作过程。从上述说明可以看出，在内框架32与固定垫板35之间只能绕轴转动，上连接块71与内框架32连接，下连接块72与固定垫板35连接，通过T形紧固块72的前后腰形槽用螺栓松弛连接在下连接块74时，在内框架32与固定垫板35相对转动时，螺栓沿着腰形槽滑动，同时左右腰形槽内的螺栓沿着腰形槽滑动。在调节完成需要固定的时候，旋紧所有内六角螺栓就完成了面板的竖直轴的紧固。水平轴紧固的过程与此类似。
权利要求1.一种可多自由度调节的光学面板支架，用于安装光学面板(12)并实现该光学面板(12)多自由度的调节，其中，该支架包括 内框架(32)，其为中空的框架，所述光学面板(12)容置安装在该内框架(32)内； 支架悬臂，其包括上下间隔设置在塔架上的上悬臂(11)和下悬臂(15)，所述内框架(32 )容置于该上悬臂(11)和下悬臂(15 )之间，并通过该上悬臂(11)和下悬臂(15 )安装连接在塔架上； 其特征在于，该支架还包括均具有旋转轴的水平旋转机构和竖直旋转机构，且两旋转机构的旋转轴的交点与所述光学面板(12)中心重合，其中，所述竖直旋转机构实现该内框架(32)以该竖直旋转机构的旋转轴为轴的旋转，所述水平旋转机构实现所述光学面板(12)以该水平旋转机构的旋转轴为轴的旋转。
2.根据权利要求I所述的一种可多自由度调节的光学面板支架，其特征在于，所述竖直旋转机构包括轴旋转支撑单元(33)，其设置在所述上悬臂(11)和内框架(32)上边框之间，并分别与该上悬臂(11)和内框架(32 )上边框外侧连接，用于支撑所述内框架(32 )绕旋转轴的旋转；轴旋转调节单元(3a)，其设置在所述下悬臂(15)和内框架(32)下边框之间，并分别与该下悬臂(15)和内框架(32)下边框的外侧连接，用于驱动所述内框架(32)绕旋转轴的旋转。
3.根据权利要求I所述的一种可多自由度调节的光学面板支架，其特征在于，所述水平旋转机构包括 轴旋转支撑单元(33)，其设置在所述内框架(32)左边框内侧和光学面板(12)之间，并分别与内框架(32)左边框和光学面板(12)侧边连接，用于支撑所述光学面板(12)绕其旋转轴的旋转； 轴旋转调节单元(3a)，其设置在所述内框架(32)右边框内侧和光学面板(12)之间，并分别与内框架(32)右边框和光学面板(12)侧边连接，用于驱动所述光学面板(12)绕其旋转轴的旋转。
4.根据权利要求2或3所述的一种可多自由度调节的光学面板支架，其特征在于，所述轴旋转调节单元(3a)包括 调节上连接板(41)，用于与所述内框架(32)或光学面板(12)安装连接； 调节下连接块(47)，与所述调节上连接板(41)相对设置，其用于与下悬臂(15)或内框架(32)的侧边框安装连接； 蜗轮(43)，其设置在所述调节上连接板(41)和调节下连接块(47)之间，并与所述调节上连接板(41)固定连接，该涡轮(43)旋转中心轴上设置有轴承(45)； 蜗杆(48)，其设置在所述调节下连接块(47)上，并与所述蜗轮(43)啮合连接； 在蜗杆(48)的驱动下，带动蜗轮(43)和与其固定连接的调节上连接板(41)绕所述涡轮(43)旋转中心轴，实现该调节上连接板(41)相对于所述调节下连接块(47)的转动。
5.根据权利要求2或3所述的一种可多自由度调节的光学面板支架，其特征在于，所述轴旋转支撑单元(33)包括 支撑上连接板(61)，用于与所述上悬臂(11)或内框架(32)的侧边框安装连接； 支撑下连接块(62 )，与所述支撑上连接板(61)相对设置，其用于与内框架(32 )的侧边框或光学面板(12)安装连接； 并且，该支撑上连接板(61)和支撑下连接块(62 )通过一轴承(44 )可相对转动地连接。
6.根据权利要求4所述的一种可多自由度调节的光学面板支架，其特征在于，所述的竖直旋转机构上的所述蜗轮(43)的旋转中心轴与该机构上的轴旋转支撑单元(33)的轴承(44)中心轴共线，且即为该竖直旋转机构的旋转轴。
7.根据权利要求4所述的一种可多自由度调节的光学面板支架，其特征在于，所述水平旋转机构上的所述蜗轮(43)的旋转中心轴与该机构上的轴旋转撑单元(33)的轴承(44)中心轴共线，且即为该水平旋转机构的旋转轴。
8.根据权利要求2或3所述的一种可多自由度调节的光学面板支架，其特征在于，所述上悬臂(11)和下悬臂(15 )上均固定设置有垫板(35 )，所述轴旋转支撑单元(33 )和轴旋转调节单元(3a)分别通过垫板(35)安装在上悬臂(11)和下悬臂(15)上。
9.根据权利要求2或3所述的一种可多自由度调节的光学面板支架，其特征在于，所述光学面板侧边上设置有面板支座(34)，所述轴旋转支撑单元(33)和轴旋转调节单元(3a)分别通过面板支座(34 )与光学面板(12 )连接。
10.根据权利要求1-3之一所述的一种可多自由度调节的光学面板支架，其特征在于，该支架上还包括设置在内框架(32)下边框与所述下悬臂(15)之间的竖直轴紧固单元(39)，和设置在内框架(32)侧边框与所述光学面板(12)之间的水平轴紧固单元(31)，分别用于所述内框架(32)在两悬臂之间的紧固，以及光学面板在所述内框架内的紧固。
专利摘要本实用新型公开了一种可多自由度调节的光学面板支架，包括内框架，光学面板容置安装在内框架内；支架悬臂，内框架容置于该支架悬臂的上悬臂和下悬臂之间，并通过该上悬臂和下悬臂安装连接在塔架上；还包括均具有旋转轴的水平旋转机构和竖直旋转机构，且两旋转机构的旋转轴的交点与光学面板中心重合，其中，竖直旋转机构实现该内框架以该竖直旋转机构的旋转轴为轴的旋转，水平旋转机构实现所述光学面板以该水平旋转机构的旋转轴为轴的旋转。本实用新型可以在不改变光学面板中心位置的情况下，提供两个旋转自由度，同时旋转装置能够保证调节过程的精确和稳定，可以在光学校准中提供较高精度的微调能力，提高光学系统的安装精度和效率。
文档编号G02B7/00GK202563143SQ201220198190
公开日2012年11月28日 申请日期2012年5月4日 优先权日2012年5月4日
发明者庄革, 王亚森, 陈杰, 王之江, 程汉兵, 高丽 申请人:华中科技大学