一种电动型二维倾斜台的制作方法

本实用新型涉及精密测量领域，尤其涉及一款配合光学实现自动调节干涉条纹的电动型二维倾斜台。

背景技术：

在国内精密光学测量领域，对光学元件和各种精密器件的材料表面进行亚纳米级测量的检测要求越来越高，在使用白光干涉仪测量光学镜片和精密器件的表面粗糙度时，测量前为获得成像清淅的干涉条纹，需要自动调节被测器件的水平状态，为达到这种高要求水平状态，目前白光干涉仪中主要为手动二维调节水平倾角的倾斜台。手动型倾斜台采用手动调节水平倾角，费时费力，调节较慢，不能承受较大负载，因此需要设计一种提高检测效率，且调节细度极高，并能配合光学实现自动调节干涉条纹的电动型、高精度的二维倾斜台。

手动型倾斜台：手动倾斜台分为四种类型，第一种是单方向叠加式的两层结构组成的两维分别调节倾角的、同时依靠人工手动调节旋转手轮以达到调节水平二维倾角的目的倾斜台；第二种是采用圆弧导轨叠加组成的手动型倾斜台；第三种是采用两轴不规则倾斜调节手动倾斜台；第四种是采用三层板搭建组成的结构，分别以两个钢珠为支点，分别通过两组微分筒调节中层板相对于底层板的倾斜角度、顶层板相对于中层板的倾斜角度的手动型倾斜台。

现有技术方案的缺点：

现有四种类型全为手动调节二维倾角，成像速度慢、效率低，测量强度大，测量成本高；

第一种结构体积会较大，由于是叠加式结构，被测件倾斜角度和成像难以控制；第二种圆弧导轨精度不高，叠加后硬件高度较高，同时不能承受较大负载，被测件倾斜角度和成像难以控制；第三种两轴不规则为手动型；第四种结构稳定性会稍差，承受较大负载会不稳定，被测件被测点倾斜角度相对于相机视野容易波动，位置不定，对成像难以控制。

技术实现要素：

本实用新型旨在解决一种高分辨率、二维的角度调整的倾斜台装置，此倾斜台装置不但可以实现二维的角度亚秒级调节和高精度定位，且可以实现自动调节倾斜角度，测量时不会产生漂移，具有极强的稳定性，同时减轻操作强度，节省成像调节时间，大大提高检测效率。本实用新型采用一套新倾斜台结构；在白光干涉仪进行样品测量时，以提高成像速度，提高测量效率，降低测量成本，同时完成技术升级，并达到更高的精密测量要求。

为了解决现有技术中问题，本实用新型提供了一种电动型二维倾斜台，其包括倾斜台底座、y向倾斜驱动机构、关节球倾斜导向结构、消隙结构、x向倾斜驱动机构；所述的x向倾斜驱动机构与y向倾斜驱动机构的结构组成相同；通过倾斜台底座承载电动型二维倾斜台所有零件的连接及机构的运动；所述的关节球倾斜导向结构组成中；下球形座为一内凹局部球形状，固定在倾斜台底座上；上球形座为一外凸局部球形状，上、下球形座的球径相同，上球形座放置在下球形座内，形成了以圆球的球心为旋转中心点，进行二维偏摆的关节球倾斜导向结构；y向倾斜驱动机构与上球形座之间通过连接杆铰链连接，y向倾斜驱动机构运动则带动关节球倾斜导向结构产生角度的倾斜；所述x向倾斜驱动机构与所述y向倾斜驱动机构呈正交分布安装，x向倾斜驱动机构实现关节球倾斜导向结构x向的倾斜运动；通过所述消隙结构消除所述的x向倾斜驱动机构与y向倾斜驱动机构的运动间隙，保证上球形座偏摆的柔顺性。

作为本实用新型的进一步改进，还包括平台固定板、导向限位块、导向杆、导向块、摆杆、支撑圈、平移板、导向圆板、支撑座；

所述摆杆与所述下球形座连接固定，所述导向圆板与所述上球形座连接固定，所述支撑座与所述导向圆板固定，所述平台固定板与所述支撑座连接固定；

水平面中，平行于导向块所在平面的方向为x向，垂直于导向块所在平面的方向为y向，在x方向中，导向圆板固定在上球形座上，两个导向块固定支撑圈的两侧，两个导向限位块固定在导向块的上方，平移板放置在支撑圈上面，平移板被两个导向块和导向限位块分别限制y、z向两个自由度，当x向倾斜驱动机构使关节球中的上球形座、导向圆板、支撑座、平台固定板同时或左或右摆动时，便带动固定在平移板两侧的导向杆使平移板也或左或右的跟随移动，以保证上球形座、导向圆板、支撑座、平台固定板四者不会出现水平旋转运动，只会绕着关节球的圆心摆动，同时保证安装在平台固定板上的载物台在x方向中左右倾斜运动；

在y方向中，平移板的径向两侧固定有两个导向杆，导向圆板上有两个导向槽，两个导向杆分别与导向圆板的导向槽配合，导向圆板通过导向杆在y、z向移动，同时导向圆板被平移板两侧的导向杆限制了x方向的自由度，使上球形座、导向圆板、支撑座、平台固定板四者绕着关节球的圆心摆动。

作为本实用新型的进一步改进，所述的倾斜台底座组成中，底板为承载所有零件安装与配合的基体，底板的四角分别与四个模块固定板通过螺钉连接，支撑圈通过定位销定位固定在底板上部，罩壳由螺钉固定在底板的下方。

作为本实用新型的进一步改进，所述的倾斜台底座设有模块盖板，所述模块盖板为外观装饰零件，固定在四个模块固定板的上面，各零件相互连接固定形成一个坚固的底座台。

作为本实用新型的进一步改进，所述y向倾斜驱动机构组成中，支座固定在底板下部；轴承座固定在支座内部；电机定向板固定在支座内；在轴承座的端部，电机本体固定在支座上，电机的轴为螺纹型丝杆，穿过双衬直线轴承与推杆连接固定，微小型直线导轨固定在导轨固定板上，推杆连接块固定在直线导轨的滑块连接板上，导轨固定板紧固在倾斜台底座的底板上，然后推杆连接块与推杆通过紧定螺钉固定；摆杆固定在上球形座的底部，小球座固定在摆杆侧面，推杆和小球座之间通过连接杆连接形成封闭式旋转支点，在支点的上下两面有球铰盖板和球铰压片固定在连接杆上，使推杆上的球头和小球座上的球头与连接杆中的圆柱孔配合形成铰链结构；球绞压片固定后两端具有弹性，对两个球头与连接杆相连时进行弹性压紧，以消除铰链内部的间隙；限位感应片固定在推杆连接块的侧面，两个光电开关连同两个开关固定块一起固定在底板上。

作为本实用新型的进一步改进，所述的消隙结构组成中，分别设置了三组消隙结构：x向消隙结构、y向消隙结构和45度消隙结构，其中x、y两组消隙结构完全相同，在x、y两组消隙结构中，两个挂钩分别固定在支座和摆杆上，两个挂钩的中间分别挂有第一拉伸弹簧，45度消隙结构中，在底板上固定一拉簧固定板，两个挂钩分别固定在摆杆和拉簧固定板上，第二拉伸弹簧挂在两个挂钩上，其设计位置在x、y向倾斜驱动机构的45度位置上呈现斜线布置。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型主要是采用关节球为偏摆支点和两套直线电机为驱动的直线位移传动机构，实现以关节球为支点的载物平台在三维空间中实现高分辨率的水平二维角度电动倾斜调整，彻底解决成像速度慢、调节效率低、人工手动调整劳动强度大的问题；从而利用了一种高精度电动二维倾斜台来实现白光干涉仪对光学器件和精密器件表面轮廓纳米级测量的要求。

以关节球球心为倾斜支点的结构方式，当角度倾斜时可保持被测件表面始终在成像焦距附近，便于白光干涉仪提高测量效率；

在xy二维体系中，分别以直线位移传动机构联接球头为支点的旋转铰链型连杆连接结构和二维导向结构、拉伸弹簧为消隙元件、驱动关节球连同载物台同时或分别实现二维倾斜运动，成功将直线位移运动转换为载物台二维角度调整，彻底实现了自动化和高精度测量；

以高分辨力直线步进电机1为驱动源，配合普通丝杆传动，直线轴承、直线导轨为导向和承载的直线位移传动结构的执行机构，为实现自动化快速测量，奠定坚实基础；

本实用新型的高精度倾斜台，可自动实现角度的高精度调节；省时省力，降低测量成本；

模块化的简洁设计，制造成本不高，外形美观，无需人工操作，使用方便；

可承受较大的外部负载，仍能保证高精度的测量要求；配合白光干涉仪其他功能实现自动、快速生成干涉条纹。

本实用新型经过实验、模拟、使用而证明验证设计方案可行、可靠，且能达到此实用新型起初设计的目的，且倾斜台已在大行程、高精度的白光干涉仪中应用，效果很好，性能稳定，形成批量生产。

采用本设计同样可以用于与此类似的精密计量行业，自动化设备行业，生物医疗行业。

附图说明

图1a是电动型二维倾斜台结构示意图；图1b是拆下装饰盖板后的电动型二维倾斜台图形；

图2是本实用新型电动型二维倾斜台爆炸结构示意图；

图3a、图3b、图3c是本实用新型电动型二维倾斜台剖面结构示意图；

图4a是45度消隙结构图；图4b是图4am-m剖视图；

图5a、图5b倾斜台底座结构示意图；

图6a、图6b是关节球倾斜导向结构图，图6c是图6a的部分放大图；

图7a、图7b是y向倾斜驱动机构爆炸图和结构图；

图8a、图8b是消隙结构的爆炸图和结构图。

图中各部件名称如下：

平台固定板1、模块盖板2、导向限位块3、导向杆4、上球形座5、定位销6、导向块7、底板8、开关固定板9、光电开关10、限位感应片11、y向倾斜驱动机构12、罩壳13、球铰压片14、球铰盖板15、小球座16、摆杆17、第二拉伸弹簧18、拉簧固定板19、挂钩20、第一拉伸弹簧21、x向倾斜驱动机构22、连接杆23、限位感应片24、模块固定板25、支撑圈26、下球形座27、平移板28、导向圆板29、支撑座30、平台固定块31、电机32、电机定向板33、轴承座34、导轨固定板35、微小型直线导轨36、滑块连接板37、推杆连接块38、推杆39、支座40、双衬带法兰直线轴承41；倾斜台底座101、y向倾斜驱动机构102、关节球倾斜导向结构103、消隙结构104、x向倾斜驱动机构105。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

一种高精度电动型二维倾斜台(图1a、图1b、图2、图3a、图3b、图3c)，主要由倾斜台底座101(图5a、图5b)、关节球倾斜导向结构103(图6a、图6b)、y向倾斜驱动机构102(图7a、图7b)、x向倾斜驱动机构105(图7a、图7b)、消隙结构104(图8a、图8b)等五大功能部分组成；倾斜台外形图见图1a、图1b、倾斜台总装爆炸图见图2，倾斜台总装结构图见图3a、图3b、图3c。

1、所述的倾斜台底座101包括模块盖板2、支撑圈26、定位销6、底板8、模块固定板25、罩壳13。见图5a、图5b。

2、所述的关节球倾斜导向结构103包括平台固定块31、支撑座30、平移板28、导向杆4、定位销6、挂钩20、导向块7、小球座16、平台固定板1、导向圆板29、导向限位块3、上球形座5、下球形座27、支撑圈26、底板8、摆杆17。见图6a、图6b。

3、所述的y向倾斜驱动机构102包括电机32、电机定向板33、轴承座34、第一拉伸弹簧21、球铰盖板15、连接杆23、挂钩20、球铰压片14、导轨固定板35、摆杆17、底板8、微小型直线导轨36、上球形座5、开关固定板9、光电开关10、限位感应片24、滑块连接板37、推杆连接块38、推杆39、支座40、双衬带法兰直线轴承41。见图7a和图7b。

4、所述的x向倾斜驱动机构105与y向倾斜驱动机构102的结构组成相同。见图7a和图7b。

5、所述的消隙结构104包括上球形座5、底板8、摆杆17、第二拉伸弹簧18、拉簧固定板19、挂钩20、第一拉伸弹簧21、支座40。见图8a图8b。

本实用新型技术方案的详细阐述

1、所述的倾斜台底座101组成中，其中底板8为承载所有零件安装与配合的基体，底板8的四角分别与四个模块固定板25通过螺钉连接，支撑圈26通过定位销6定位固定在底板8上部，罩壳13由螺钉固定在底板8的下方；模块盖板2为外观装饰零件，固定在四个模块固定板25的上面，各零件相互连接固定形成一个坚固的底座台，技术要点：通过底座台承载本实用新型所有零件的连接及机构的运动。

2、所述的关节球倾斜导向结构103组成中；下球形座27为一内凹局部球形状，固定在倾斜台底座的底板8上；上球形座5为一外凸局部球形状，上、下球形座的球径相同，上球形座5放置在下球形座27内，形成一个同心内外球的精密配合旋转摆动结构，摆杆17与下球形座27连接固定，导向圆板29与上球形座5连接固定，支撑座30与导向圆板29固定，平台固定板1与支撑座30连接固定，平台固定板1用来承载固定其它结构平台，平台固定块31用来固定外部的载物台。(注：载物台为外部结构，与专利内容无关)。

在x方向中，导向圆板29固定在上球形座5上，两个导向块7固定支撑圈26的两侧，两个导向限位块3固定在导向块7的上方，平移板28放置在支撑圈26上面，平移板28被两个导向块7和导向限位块3分别限制y、z向两个自由度(图6a、图6b和图6c中，水平面中，平行于导向块所在平面的方向为x向，垂直于导向块所在平面的方向为y向，竖直面中，垂直于底板8的方向为z向)，当x向倾斜驱动机构使关节球中的上球形座5、导向圆板29、支撑座30、平台固定板1同时或左或右摆动时，便带动固定在平移板28两侧的导向杆4使平移板28也或左或右的跟随移动，以保证上球形座5、导向圆板29、支撑座30、平台固定板1四者不会出现水平旋转运动，只会绕着关节球的圆心摆动，同时保证安装在平台固定板1上的载物台在x方向中左右倾斜运动。

在y方向中，平移板28的径向两侧固定有两个导向杆4，导向圆板29上有两个导向槽，两个导向杆4分别与导向圆板29的导向槽配合，导向圆板29便可以通过导向杆4在y、z向移动，同时导向圆板29被平移板28两侧的导向杆4限制了x方向的自由度，以保证上球形座5、导向圆板29、支撑座30、平台固定板1四者不会出现水平旋转运动，只会绕着关节球的圆心摆动，当y向倾斜驱动机构使上球形座5、导向圆板29、支撑座30、平台固定板1全部向前或向后摆动时，同时保证安装在平台固定板1上的载物台在y方向中前后倾斜运动。

技术要点：上、下球形座的球径相同，上球形座放置在下球形座内，形成一个关节球的精密配合旋转摆动结构，再通过由导向圆板29和导向杆4、平移板28、导向限位块3之间的导向结构组合，形成了以圆球的球心为旋转中心点可进行二维偏摆的关节球倾斜导向结构。

3、所述y向倾斜驱动机构102组成中，支座40固定在底板8下部；轴承座34固定在支座40内部；电机定向板33固定在支座40内，保证电机32的安装位置；在轴承座34的端部，电机32本体固定在支座40上，电机32的轴为螺纹型丝杆，穿过双衬直线轴承41与推杆39连接固定，推杆39通过紧定螺钉固定后，以防止松动。微小型直线导轨36固定在导轨固定板35上，推杆连接块38固定在直线导轨的滑块连接板37上，导轨固定板35紧固在倾斜台底座的底板8上，然后推杆连接块38与推杆39通过紧定螺钉固定。摆杆17固定在上球形座5的底部，小球座16固定在摆杆17侧面，推杆39和小球座16之间通过连接杆23连接形成封闭式旋转支点，在支点的上下两面有球铰盖板15和球铰压片14固定在连接杆23上，使推杆39上的球头和小球座16上的球头与连接杆23中的圆柱孔配合形成铰链结构。球绞压片14固定后两端具有弹性，可对两个球头与连接杆23相连时进行弹性压紧，以消除铰链内部的间隙。限位感应片24固定在推杆连接块38的侧面，两个光电开关10连同两个开关固定块9一起固定在底板8上。

技术要点：此组成中电机为直线电机作为动力元件，直线电机旋转、丝杆并可以旋转和直线移动，此机构就是通过直线电机的高分辨力旋转丝杆结构和直线导轨导向、双衬直线轴承可承受较大径向负载、以及准确定位而形成了可实现直线位移传动的y向倾斜驱动机构，同时此机构用两个光电开关为感应限位点，保证在设计行程内移动，避免发生碰撞。y向倾斜驱动机构与上球形座之间通过连接杆铰链连接，y向倾斜驱动机构运动则带动关节球倾斜导向结构产生角度的倾斜。

4、所述x向倾斜驱动机构105组成与所述y向倾斜驱动机构102组成结构相同，只是两者安装时呈正交分布安装，x向倾斜驱动机构主要功能是实现x向的倾斜运动。

5、所述的消隙结构组成中，分别设置了三组消隙结构：x向消隙结构、y向消隙结构和45度消隙结构，其中x、y两组消隙结构完全相同。在x、y两组消隙结构中，两个挂钩20分别固定在支座40和摆杆17上，两个挂钩20的中间分别挂有第一拉伸弹簧21。45度消隙结构中(见图4a和图4b)，为保证关节球转动顺畅，在底板8上固定一拉簧固定板19，两个挂钩20分别固定在摆杆17和拉簧固定板19上，第二拉伸弹簧18挂在两个挂钩上，其设计位置在x、y向倾斜驱动机构的45度位置上呈现斜线布置。

技术要点：通过第一拉伸弹簧的弹力以消除x、y向倾斜驱动机构的运动间隙，通过第二拉伸弹簧的弹力，保证了上球形座偏摆的柔顺性，以实现整个实用新型的高精度要求。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。