一种3轴转角微调机构的制作方法

本发明涉及一种转角微调机构，尤其是指一种3轴转角微调机构。

背景技术：

空间刚体的姿态信息包含有绕3个轴的转角信息，要实现对空间刚体姿态信息中任一分量的高精度测量，在测量之初，务必要保证诸如倾角传感器等用于测量空间刚体姿态信息的测量仪器，与待测量刚体之间具有一致的姿态关系。然而，在完成测量仪器相对于待测量刚体的安装位置的粗调以后，要想仅依赖于工人的经验，使测量仪器与待测量刚体之间具有相同的姿态关系是非常困难的。因此，以转角微调机构作为测量仪器的安装载体，进一步借助于转角微调机构的转角微调功能是解决该问题的最佳途径。

传统的转角微调机构，主要有三大弊端：其一，大多数转角微调机构，多为针对于单轴或两轴的转角微调，因此传统的单轴亦或两轴转角微调机构，往往不能实现绕3个轴的转角姿态信息的调整。其二，大多数的转角微调机构，都无可避免的具有反向间隙的问题，一方面反向间隙会带来微调过程的不确定性，另一方面则降低了结构刚度，破坏了调整过程的稳定性。其三，大多数传统的转角微调机构在实现转角的微调过程中，常常需要先行松开锁紧装置，其次才能进行绕各轴转角的调整，最终在实现转角的微调以后再次进行锁紧。然而不可忽略的是，由于锁紧过程是一个再次施力的过程，该过程极有可能使微调机构再次发生偏移，进而导致其原有姿态发生破坏。

技术实现要素：

本发明提供一种3轴转角微调机构，以解决传统转角微调机构存在的上述三大弊端。

本发明采取的技术方案是：包括用于安装在工作台上的支架模块，所述支架模块上安装有过度微调模块，所述过渡微模块上安装有末端微调模块的四个结构相同、且对称布置的无背隙调节杆一、无背隙调节杆二、无背隙调节杆三、无背隙调节杆四，所述无背隙调节杆一、无背隙调节杆二、无背隙调节杆三、无背隙调节杆四与末端微调模块中的末端微调平台之间以螺栓连接，所述末端微调平台上安装有一个标准块。

本发明所述支架模块的结构是：包括安装于工作台上的支架，所述支架上安装有轴承座一、轴承座二，及一个具有环形凹槽的凸台，且在支架上有一个支架轴承孔。

本发明所述过渡微调模块的结构是：包括安装于轴承座一、轴承座二中的蜗杆组件，所述蜗杆组件与安装在支架的轴承孔中的蜗轮组件啮合连接，所述蜗轮组件与过渡微调平台之间以平键连接。

本发明所述蜗杆组件的结构是：包括蜗杆，安装在蜗杆两端的双列角接触球轴承一、双列角接触球轴承二及手轮，所述双列角接触球轴承一、双列角接触球轴承二采用背对背的安装形式。

本发明所述蜗轮组件的结构是：包括蜗轮、蜗轮转轴及安装于蜗轮转轴底端的深沟球轴承，所述深沟球轴承安装于支架的支架轴承孔内。

本发明所述过渡微调平台的结构是：包括四个对称布置的轴承孔一、轴承孔二、轴承孔三、轴承孔四及两个过盈装配于过渡微调平台上的圆柱销一、圆柱销二，所述圆柱销一、圆柱销二分别沿凸台的环形凹槽运动。

本发明所述末端微调模块的结构是：包括四个结构相同，且分别对应安装在过渡微调平台上的四个轴承孔一、轴承孔二、轴承孔三、轴承孔四内的四个无背隙调节杆一、无背隙调节杆二、无背隙调节杆三、无背隙调节杆四，所述无背隙调节杆一、无背隙调节杆二、无背隙调节杆三、无背隙调节杆四分别与末端微调平台之间以螺栓进行连接。

本发明所述无背隙调节杆一、无背隙调节杆二、无背隙调节杆三、无背隙调节杆四的具体结构及安装方式完全一致，以无背隙调节杆一的具体结构为例，包括消隙机构及弹性连接机构两个部分：

所述消隙机构，包括一个具有外螺纹的主动调节螺杆，所述主动调节螺杆分别与前螺母、法兰螺母形成螺旋副，所述前螺母、法兰螺母之间设置有一个处于压缩状态的弹簧，所述前螺母的外圆柱上设有部分外螺纹，垫片套接在前螺母外部、一面与弹簧接触、另一面与调整螺母接触，该调整螺母与前螺母的外螺纹部分螺纹连接，锁紧螺母位于调整螺母外侧并与前螺母的外螺纹部分螺纹连接；

所述弹性连接机构，包括与法兰螺母之间通过螺栓连接的弹性连接件前段和弹性连接件后段，所述弹性连接件前段与弹性连接件后段之间，设置有一个具有弹性、且处于压缩状态的涨紧件；

无背隙调节杆一通过调心轴承安装在过渡微调平台的轴承孔一内，无背隙调节杆的弹性连接件后段与末端微调平台通过螺栓连接。

本发明所述标准块，至少有面一、面二具有高的型面精度，且所述面一、面二之间具有高的垂直度。

本发明的优点是结构新颖，通过综合过渡微调模块和末端微调模块，实现了3轴转角的微调，解决了单轴或两轴的传统转角微调机构不能实现绕3轴转角姿态信息调整的弊端；通过设计蜗杆组件所用轴承及其安装方式，增加了蜗杆组件径向和轴向的支撑角度刚性，进而获得更大的抗变形能力，有效的减弱了蜗轮蜗杆传动过程中反向背隙带来的轴向攒动而导致的微调过程的不准确性；通过末端微调块中四个结构相同，且对称布置的无背隙调节杆的安装布局，增加了末端微调模块的结构刚度；通过无背隙调节杆的的消隙机构的设计，解决了螺旋副运动过程中反向背隙带来的调整不准确性；通过选用具有自锁性的蜗轮蜗杆及无背隙调节杆，省去了传统转角微调机构中锁紧装置的使用，有效的避免了传统角度微调机构中由于锁紧过程二次施力带来的原有姿态破坏的可能性。该机构自锁性好，调整精度高，且调整方法易于实现。在以诸如双轴倾角仪等其他用于测量空间刚体的姿态信息的测量装置对空间刚体的姿态信息进行测量时，可优选本发明作为测量装置的安装载体，以实现测量仪器相对于待测量刚体的初始姿态的微调，进而使测量装置与待测量刚体之间具有相同的姿态关系。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明支架模块的结构示意图；

图3是本发明过度微调模块的爆炸图；

图4是本发明无背隙调节杆的爆炸图；

图5是本发明无背隙调节杆的局部放大图。

具体实施方式

包括用于安装在工作台1上的支架模块2，所述支架模块2上安装有过度微调模块3，所述过渡微模块3上安装有末端微调模块4的四个结构相同、且对称布置的无背隙调节杆一401、无背隙调节杆二402、无背隙调节杆三403、无背隙调节杆四404，所述无背隙调节杆一401、无背隙调节杆二402、无背隙调节杆三403、无背隙调节杆四404与末端微调模块4中的末端微调平台405之间以螺栓连接，所述末端微调平台405上安装有一个标准块406，所述标准块406上可以安装诸如双轴倾角仪等用于测量工作台1的空间姿态信息的测量装置；

本发明所述支架模块2的结构是：包括安装于工作台1上的支架201；所述支架201上安装有轴承座一202、轴承座二203，及一个具有环形凹槽20401的凸台204，且在支架201上有一个支架轴承孔205；

本发明所述过渡微调模块3的结构是：包括安装于轴承座一202、轴承座二203中的蜗杆组件301，所述蜗杆组件301与安装在支架201的轴承孔205中的蜗轮组件302啮合连接，所述蜗轮组件302与过渡微调平台303之间以平键连接；

本发明所述蜗杆组件301的结构是：包括蜗杆30101，安装在蜗杆30101两端的双列角接触球轴承一30102、双列角接触球轴承二30103及手轮30104，所述双列角接触球轴承一30102、双列角接触球轴承二30103采用背对背的安装形式，以增加蜗杆组件径向和轴向的支撑角度刚性，获得更大的抗变形能力，减弱由于蜗杆反向转动时的反向背隙带来的轴向攒动而导致的调整不准确性；

本发明所述蜗轮组件302的结构是：包括蜗轮30201、蜗轮转轴30202及安装于蜗轮转轴30202底端的深沟球轴承30203，所述深沟球轴承30203安装于支架1的支架轴承孔205内；

本发明所述过渡微调平台303的结构是：包括四个对称布置的轴承孔一30301、轴承孔二30302、轴承孔三30303、轴承孔四30304及两个过盈装配于过渡微调平台303上的圆柱销一30305、圆柱销二30306，所述圆柱销一30305、圆柱销二30306分别沿凸台204的环形凹槽20401运动，以增加过渡微调平台303在微调过程中的运动刚度，提高微调过程的稳定性；

本发明所述末端微调模块4的结构是：包括四个结构相同、且分别对应安装在过渡微调平台303上的四个轴承孔一30301、轴承孔二30302、轴承孔三30303、轴承孔四30304内的四个无背隙调节杆一401、无背隙调节杆二402、无背隙调节杆三403、无背隙调节杆四404，所述无背隙调节杆一401、无背隙调节杆二402、无背隙调节杆三403、无背隙调节杆四404分别与末端微调平台405之间以螺栓进行连接；

本发明所述无背隙调节杆一401、无背隙调节杆二402、无背隙调节杆三403、无背隙调节杆四404的具体结构及安装方式完全一致，以无背隙调节杆一401的具体结构为例，包括消隙机构及弹性连接机构两个部分：

所述消隙机构，包括一个具有外螺纹的主动调节螺杆40101，所述主动调节螺杆40101分别与前螺母40102、法兰螺母40107形成螺旋副，所述前螺母40102、法兰螺母40107之间设置有一个处于压缩状态的弹簧40106，所述前螺母40102的外圆柱上设有部分外螺纹，垫片40103套接在前螺母40102外部、一面与弹簧40106接触、另一面与调整螺母40104接触，该调整螺母40104与前螺母40102的外螺纹部分螺纹连接，锁紧螺母40105位于调整螺母外侧并与前螺母40102的外螺纹部分螺纹连接；

通过调整与前螺母40102外螺纹对应的垫片40103及调整螺母40104的位置，可方便的调整弹簧40106的预压力，并以锁紧螺母40105对其进行锁紧防松；由于所述弹簧40106的存在，使得前螺母40102的下螺纹面与主动调节螺杆40101的上螺纹面接触，法兰螺母40107的上螺纹面与主动调节螺杆40101的下螺纹面接触，进而有效的避免了传统螺旋副的反向背隙问题，增加了无背隙调节杆401在调整过程中的准确性；

所述弹性连接机构，包括与法兰螺母40107之间通过螺栓连接的弹性连接件前段40108和弹性连接件后段40110，所述弹性连接件前段40108与弹性连接件后段40110之间，设置有一个具有弹性、且处于压缩状态的涨紧件40109；由于所述涨紧件40109的存在，允许弹性连接件前段40108与弹性连接件后段40110之间产生小幅的偏角；

无背隙调节杆一401通过调心轴承40100安装在过渡微调平台303的轴承孔一30301内，无背隙调节杆401的弹性连接件后段40110与末端微调平台405通过螺栓连接；由于在末端微调平台405的微调过程中，末端微调平台405的小幅偏转会导致无背隙调节杆401与轴承孔30301的轴线形成小夹角，因此采用调心轴承40100、及弹性连接件以适应该夹角，进而保证轴承、无背隙调节杆的正常运转；

本发明所述标准块406，至少有面一40601、面二40602具有高的型面精度，且所述面一40601、面二40602之间具有高的垂直度。

本发明的工作原理：

为便于描述，分别构建固联于工作台1的参考系O-XYZ，及固联于标准块406的参考系O’-UVW。采用该3轴转角微调机构，实现末端微调平台405的微调，最终使得参考系O’-UVW与参考系O-XYZ能够能够具有相同的姿态关系。

在对末端微调平台405的姿态进行微调之前，需完成该3轴转角微调机构在工作台上的粗安装工作，且要求末端微调平台3相对于工作台绕Z轴的转角偏差不大于5^。、绕X、Y轴的姿态角偏差不大于3^。。

作为检测该3轴转角微调机构粗略安装是否符合要求的依据，以千分表表头接触标准块406的面一40601，且沿Y方向运动距离△s_a,y，记录千分表表头在沿X方向的增量为△x_a,y；以千分表表头接触标准块406的面二40602，沿X方向运动距离为△s_b,x，千分表表头在沿Z方向的增量为△z_b,x；以千分表表头接触标准块面二40602，沿Y方向运动距离△s_b,y，千分表表头在沿Z方向的增量为△z_b,y；依据刚体位姿变换关系，可得到测量坐标系O’-UVW与工作参考系O-XYZ之间的姿态角误差为△α、△β、△γ。

其中：

△α为参考系O’-UVW绕参考系O-XYZ的X轴的转角误差；

△β为参考系O’-UVW绕参考系O-XYZ的Y轴的转角误差；

△γ为参考系O’-UVW绕参考系O-XYZ的Z轴的转角误差。

在完成该微调机构的粗安装之后，该3轴转角微调机构的微调方法是：通过转动手轮30104，所述手轮30104的转动，使蜗杆组件301驱动与之啮合的蜗轮组件302的转动；所述蜗轮组件302通过与过渡微调平台303之间的平键带动过渡微调平台303的转动；所述过渡微调平台303的转动，带动末端微调平台405的转动，进而实现了末端微调平台绕Z轴转角的微调。通过升高或降低无背隙调节杆一401、无背隙调节杆二402，并降低或升高无背隙调节杆三403、无背隙调节杆四404的高度，实现末端微调平台绕X轴的转角的微调。通过升高或降低无背隙调节杆一401、无背隙调节杆三403，并降低或升高无背隙调节杆二402、无背隙调节杆四404的高度，实现末端微调平台绕Y轴转角的微调。

本发明已通过上述优选的实施方式进行了详尽的说明，然而，通过对前文的研读，对该实施方式的变化对本领域的一般技术人员是显而易见的、申请人的意图等所有的这些变化都应落在本发明的保护范围之内。