CN100391700C - 四自由度真空调谐器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种四自由度真空调谐器，包括带有透明视窗的真空室及设置在真空室内的调谐工具和控制装置，通过在真空室外部操纵该控制装置，所述调谐工具能够在真空室内四自由度运动，在控制装置上设置有保持真空室的真空状态的真空密封装置；本发明四自由度真空调谐器，模拟人手调谐动作，操作者通过在真空室外操纵运动传动把手，就可以实现调谐工具的四个自由度的运动，准确便利的完成在真空、低温条件下对超导滤波器的调谐工艺。
Description
技术领域
本发明属于真空工程领域，涉及一种在低温真空条件下，对超导微波滤波器实施调谐的装置。
背景技术
超导滤波器的屏蔽盒盖上预制了许多调谐螺丝钉，在对滤波器测试时，调节这些螺钉的高度，就可以完成滤波器的调谐工作。然而制冷机要求严格的真空环境，而调谐过程至少包括四个自由度的运动，需要解决的问题是怎样保证四自由度运动而且又能保持真空状态。
图1所示为调谐支架1在四自由度上运动的示意图，在制冷机真空罩5内设置有冷头传热板4、滤波器盒3、调谐改锥2和调谐支架1，载有调谐改锥2的调谐支架1应当在xy平面上***，调谐改锥2不仅可以自由旋转而且还可以沿Z轴运动，以此来模拟人手的调谐动作。研制这样一个装置的困难在于：所以这些平移和旋转都必须在真空以外的空间操作，对各种传动器件必须进行很好的密封，绝对不能由于这些运动而漏气。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在操作简便并且在调谐过程中制冷机能够保持严格真空环境的四自由度真空调谐器。
为实现上述目的，本发明一种四自由度真空调谐器，包括带有透明视窗的真空室及设置在真空室内的调谐工具和控制装置，通过在真空室外部操纵该控制装置，所述调谐工具能够在真空室内四自由度运动，在控制装置上设置有保持真空室的真空状态的真空密封装置。
进一步，所述调谐工具为调谐改锥，所述控制装置包括调谐支架、运动机构、二维运动传动器和软轴操作器，该调谐改锥安装在调谐支架上；运动机构分别与调谐支架和二维运动传动器相连，软轴操作器驱动调谐改锥作垂直方向运动及绕垂线转动，二维运动传动器通过运动机构控制调谐支架作二维平面运动。
进一步，所述调谐支架包括执行头组件、执行头固定臂、软轴和导向管，执行头组件内设置有滑柱，执行头固定臂与导向管分别安装在执行组件上，导向管套在软轴上，滑柱的两端分别与所述调谐改锥和软轴相连，软轴的另一端与软周操作器相连。
进一步，所述运动机构包括丝杠、齿轮组和x与y方向导轨；其中齿轮组由二个互成90度的伞形状齿轮组成，齿轮组分别与丝杠及所述二维传动器相连，丝杠穿过所述执行头固定臂。
进一步，所述二维传动器包括内转轴、内转轴套管、内轴转把、外转轴套把、外转轴、防转管和外转轴套管；其中，内轴转把和外转轴套把设置在所述真空室外部，内转轴与内轴转把相连，内转轴套管随内转轴转动且能沿内转轴的轴向平动，内转轴套管的端部与所述齿轮组相连，该齿轮组将内转轴绕其轴向的转动转变为绕所述丝杠的轴向的转动；外转轴套把和外转轴固定连接且能同步旋转，外转轴套管设置在外转轴内，防转管控制外转轴套管只能沿其轴向平动；外转轴套管的端部与内转套管的端部相连接。
进一步，所述软轴操作器包括平柄、中心杆和软轴芯，其中，平柄设置在所述真空室外，中心杆的一端与平柄固定、另一端与软轴芯相连，软轴芯的另一端与所述滑柱相连。
进一步，所述真空密封装置包括三重密封装置，第一重密封装置为在所述二维传动器和所述软轴操作器的所有转筒、转杆上均设置有密封圈，第二重密封装置包括两个真空接管，一个真空接管用来密封连接二维传动器与真空室，另一个真空接管用来密封连接软轴控制器与真空室，在二维传动器和软轴操作器上还设置有带有O圈的密封头，密封头与真空接管之间利用卡箍密封；第三重密封装置是真空接管与真空室之间利用O圈密封。
本发明四自由度真空调谐器，模拟人手调谐动作，操作者通过在真空室外操纵运动传动把手，就可以实现调谐工具的四个自由度的运动，准确便利的完成在真空、低温条件下对超导滤波器的调谐工艺。
附图说明
图1是调谐支架在四自由度上运动的示意图；
图2是调谐支架和运动机构的结构示意图；
图3是二维传动器中的x方向传动的结构示意图；
图4是二维传动器中的y方向传动的结构示意图；
图5是软轴操作器的结构示意图；
图6是调谐支架的装配图；
图7是软轴操作器的装配图；
图8是二维传动器装配图；
图9是调谐支架和x、y运动机构的总装图；
图10是四自由度真空调谐器的总装配图。
具体实施方式
四自由度真空调谐器包括带有透明视窗的真空室及设置在真空室内的调谐改锥和控制调谐改锥做四自由度运动的控制装置，控制装置包括调谐支架、运动机构、二维运动传动器和软轴操作器，软轴操作器驱动调谐改锥作垂直方向(Z轴)运动及绕垂线(Z轴)转动，二维运动传动器通过运动机构控制调谐支架作二维平面(XY轴)运动。
图2所示，调谐支架由执行头组件8、执行头固定臂9、软轴6和导向管7组成，执行头组件8内设置有滑柱，执行头固定臂9与导向管7分别安装在执行组件8上，导向管7套在软轴6上，滑柱的两端分别与调谐改锥10和软轴6相连，软轴6的另一端与软轴操作器(图中未示出)相连。调谐改锥10是调谐工具，其它所有部件都是为它服务的，在软轴6的推动下，调谐改锥10可以上下运动(Z轴)，也可以随软轴6一起绕Z轴转动，完成模拟人手使用调谐改锥10的动作。
图2中，运动机构由丝杠15、齿轮组16、x方向导轨11、x方向导轨座12和y方向导轨13组成。其中，齿轮组16由二个互成90度的伞形状齿轮组成，齿轮组16分别与丝杠15及二维传动器14相连，丝杠15穿过执行头固定臂9。当伞形齿轮带动丝杠15转动时，执行头固定臂9带动整个调谐支架沿x方向导轨11上移动，当操作二维传动器14时，二维传动器14将驱使齿轮组16、丝杠15和调谐支架一起沿y方向导轨13滑动。这样，在二维传动器14的推动下，运动机构使调谐支架上的调谐改锥10可以处在超导谐振器盖子平面的任一点，从而完成了调谐改锥10工作点的定位。
二维运动传动器14是一种同轴的密封手动控制装置，图3是x轴运动传动机构示意图，x轴运动传动机构包括内转轴18、内转轴套管19和内轴转把17。图4是y方向运动传动机构的示意图，y轴运动传动机构包括外转轴套把24、外转轴27、防转管31和外转轴套管28。其中，外转轴套管28的端部与内转轴套管19的端部靠封头卡在一起共同进退。x轴运动传动机构的内轴转把17与内转轴18用螺丝固定，内轴转把17设置在真空室外部。当操作者在真空室外旋转内轴转把17时，内转轴18旋转。内转轴套管19与内转轴18靠销钉连接，一方面内转轴管19可随外转轴27一同转动，另一方面还可能沿着内转轴管19的轴向滑动，或者说沿y轴方向伸缩。内转轴套管19的另一端与齿轮组16相连，由于其中的一个伞状齿轮安装在丝杠15的一端，所以内转轴套管19的转动带动丝杠15转动，从而使调谐支架完成沿x方向的滑动。
y轴运动传动机构的外转轴套把24和外转轴27靠螺钉固定在一起，可以同步旋转。外转轴27实际是一个金属筒，在筒内侧有螺纹。在外转轴27内放置有外转轴套管28，外转轴套管28的表面也有螺纹与外转轴27的螺纹相配合。当外转轴27旋转时，外转轴套管28也可能在螺纹的带动下旋转起来，为了防止外转轴套管28在螺纹的带动下旋转，专门设置有防转管31，防转管31就是在管壁上沿轴向开槽，槽内有销钉与外转轴套管28相连，这样外转轴套管28受到了只能沿轴向运动的约束，也就是说当操作外转轴把24旋转时，外转轴套管28在螺旋推动下只能沿y方向(轴向)平动。
当调谐支架的位置确定后，调谐工作主要靠软轴操作器进行。在超导滤波器盒盖上有几十个调谐螺丝，它们分布在不同的地方，调谐支架要把调谐改锥10分别带到这些位置的上方，那么操作调谐改锥10运动的轴也应当跟随到那里，然而轴的起点是固定的，因此这种轴只能是柔软的，而不是刚性的。图5是软轴操作器的结构示意图，软轴操作器包括平柄33、密封头36、中心杆35和软轴芯39，软轴芯39是由多股钢丝绞合而成，软轴芯39外面是一个软的套管支持管38，平柄33与中心杆35用螺丝固定在一起，中心杆35的末端与软轴芯39相固定，软轴芯39的另一端与调谐支架的滑柱(图中未示出)相连，平柄33设置在真空室外。平柄33和密封头36之间留有空间，当平柄33向前推进时，软轴芯39尽管处在弯曲状态，也依然能够推动调谐改锥10(图中未示出)向下运动。
为保证***在工作时无漏气而保持真空状态，真空密封装置包括三重密封装置，第一重密封装置为在二维传动器14和软轴操作器的所有转筒、转杆上均设置有密封圈，第二重密封装置包括两个真空接管，一个真空接管用来密封连接二维传动器与真空室，另一个真空接管用来密封连接软轴控制器与真空室，在二维传动器14和软轴操作器上还设置有带有O圈的密封头，密封头与真空接管之间利用卡箍密封；第三重密封装置是真空接管与真空室之间利用O圈密封。
在设计方案确定之后，设计尺寸取决于调谐面积的大小，假定滤波器的最大面积为50*50mm2，考虑到调谐支架和运动机构占据的空间等因素，真空室内的有效面积取143*143mm2，真空室的高度取120mm，真空室法兰取圆角正方形，真空室上盖采用候10mm的有机玻璃，面积与外法兰相同，孔位与孔径亦相同，真空室用整块合金铝车、铣而成。
图6是调谐支架的装配图，表1列出了相关部件的名称。
图7是软轴操作器的装配图，表2列出了相关部件的名称。
图8是二维传动器的装配图，表3列出了相关部件的名称。
图9是调谐支架和xy运动机构的装配剖视图，剖面相当于图10中总装图的ABCD方向。与图6不同之处在于，此图中绘出了x和y导轨的位置和装配方式。表4列出了相关部件的名称。
图10是四自由度真空调谐的总装配图，表5列出了各部件名称。
由于二维密封传动器14和软轴操作器的筒身较长，而真空室内空间有限，真空密封是分三部分进行的，其一是管内各活动的转轴和转筒的密封工作，在上述图中都已标出；其二是在手柄的末端的密封，图9中标出了两个真空接管，真空接管的一端和手柄的末端相接，利用O圈和KF25卡箍密封；其三是真空室的侧壁的密封，真空接管的另一端做成正方形，并加装O圈(见图10)，用螺钉压紧，达到密封的作用。另外，真空室的上下法兰都采用矩形橡胶密封条密封，如图9所示。
表1
| 件号 | 名称 | 件号 | 名称 |
| 39 | 软轴芯 | 9 | 执行头固定臂 |
| 62 | 软轴轴套 | 69 | 销钉 |
| 63 | 轴套卡箍 | 60 | 热阻管 |
| 64 | 轴套街头 | 61 | 锁紧螺丝 |
| 65 | 套环 | 10 | 调谐改锥 |
| 66 | 滑柱套 | 68 | 钢珠 |
| 67 | 滑柱 |
表2
| 件号 | 名称 | 件号 | 名称 |
| 33 | 平柄 | 77 | 限位环 |
| 72 | 螺丝 | 78 | 联结螺帽 |
| 35 | 中心杆 | 79 | 软轴接头 |
| 74 | O圈 | 39 | 软轴芯 |
| 36 | KF25密封头 | 71 | 软轴套卡 |
| 38 | 支持管 | 62 | 软轴轴套 |
表3
| 件号 | 名称 | 件号 | 名称 |
| 18 | 内转轴 | 31 | 防转管 |
| 17 | 内转轴把 | 87′ | 销钉 |
| 83 | 螺丝 | 19 | 内转轴套管 |
| 84 | 中间密封体 | 28 | 外转轴套管 |
| 85 | 间隔环 | 86 | 封头 |
| 24 | 外转轴把套 | 89′ | 封头轴承 |
| 87 | 螺丝 | 80′ | 卡环 |
| 88 | 轴套 | 81′ | 卡环 |
| 89 | KF25密封座 | 82′ | 销钉 |
| 80 | O圈 | 83′ | 销钉 |
| 81 | O圈 | 84′ | 螺丝 |
| 82 | O圈 | 85′ | 联接桥 |
| 27 | 外转轴 | 86′ | 螺丝 |
表4
| 件号 | 名称 | 件号 | 名称 |
| 13 | Y向导轨 | 92′ | KF25卡箍 |
| 92 | 二维驱动平台 | 14 | 二维运动传动器 |
| 93 | 圆锥齿轮B | 94′ | Y向标尺 |
| 15 | 丝杠 | 95′ | 丝杠右轴承座 |
| 95 | 丝杠左轴承座 | 96′ | 密封O圈 |
| 96 | 圆锥齿轮A | 97′ | 真空接管B |
| 97 | 齿轮A轴承座 | 98′ | KF25卡箍 |
| 98 | 滚珠轴承 | 99′ | X向标尺支架 |
| 99 | 推拉传动卡片 | 90′ | X向标尺 |
| 90 | 密封O圈 | 91′ | 软轴操作器 |
| 91 | 真空接管A |
表5
| 件号 | 名称 | 件号 | 名称 |
| 41 | 视总法兰 | 47 | 真空室壁 |
| 42 | 内六角螺丝 | 48 | 真空室底法兰 |
| 43 | 内六角螺丝 | 49 | 密封O圈 |
| 44 | 密封O圈 | 8 | 执行头组件 |
| 6 | 软轴 | 11 | X向导轨 |
| 7 | 导向管 | 9 | 执行头固定臂 |
| 13 | Y向导轨 |
Claims (6)
1.一种四自由度真空调谐器，其特征在于，包括带有透明视窗的真空室及设置在真空室内的调谐工具和控制装置，通过在真空室外部操纵该控制装置，所述调谐工具为调谐改锥，该调谐工具能够在真空室内四自由度运动；所述控制装置包括调谐支架、运动机构、二维运动传动器和软轴操作器，所述调谐改锥安装在调谐支架上；运动机构分别与调谐支架和二维运动传动器相连，软轴操作器驱动调谐改锥作垂直方向运动及绕垂线转动，二维运动传动器通过运动机构控制调谐支架作二维平面运动，在控制装置上还设置有保持真空室的真空状态的真空密封装置。
2.根据权利要求1所述的调谐器，其特征在于，所述调谐支架包括执行头组件、执行头固定臂、软轴和导向管，执行头组件内设置有滑柱，执行头固定臂与导向管分别安装在执行组件上，导向管套在软轴上，滑柱的两端分别与所述调谐改锥和软轴相连，软轴的另一端与软轴操作器相连。
3.根据权利要求2所述的调谐器，其特征在于，所述运动机构包括丝杠、齿轮组和x与y方向导轨；其中齿轮组由二个互成90度的伞形状齿轮组成，齿轮组分别与丝杠及所述二维传动器相连，丝杠穿过所述执行头固定臂。
4.根据权利要求3所述的调谐器，其特征在于，所述二维传动器包括内转轴、内转轴套管、内轴转把、外转轴套把、外转轴、防转管和外转轴套管；其中，内轴转把和外转轴套把设置在所述真空室外部，内转轴与内轴转把相连，内转轴套管随内转轴转动且能沿内转轴的轴向平动，内转轴套管的端部与所述齿轮组相连，该齿轮组将内转轴绕其轴向的转动转变为绕所述丝杠的轴向的转动；外转轴套把和外转轴固定连接且能同步旋转，外转轴套管设置在外转轴内，防转管控制外转轴套管只能沿其轴向平动；外转轴套管的端部与内转套管的端部相连接。
5.根据权利要求4所述的调谐器，其特征在于，所述软轴操作器包括平柄、中心杆和软轴芯，其中，平柄设置在所述真空室外，中心杆的一端与平柄固定、另一端与软轴芯相连，软轴芯的另一端与所述滑柱相连。
6.根据权利要求5所述的调谐器，其特征在于，所述真空密封装置包括三重密封装置，第一重密封装置为在所述二维传动器和所述软轴操作器的所有转筒、转杆上均设置有密封圈，第二重密封装置包括两个真空接管，一个真空接管用来密封连接二维传动器与真空室，另一个真空接管用来密封连接软轴控制器与真空室，在二维传动器和软轴操作器上还设置有带有O圈的密封头，密封头与真空接管之间利用卡箍密封；第三重密封装置是真空接管与真空室之间利用O圈密封。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CNB2005100958810A CN100391700C (zh) | 2005-09-06 | 2005-09-06 | 四自由度真空调谐器 |
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| CN1927552A CN1927552A (zh) | 2007-03-14 |
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3636514A1 (de) * | 1986-10-27 | 1988-05-05 | Fraunhofer Ges Forschung | Schraubvorrichtung |
| JPH0724774A (ja) * | 1993-07-08 | 1995-01-27 | Bridgestone Corp | ロボット |
| JP2004090174A (ja) * | 2002-08-30 | 2004-03-25 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | グローブボックス |
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2005
- 2005-09-06 CN CNB2005100958810A patent/CN100391700C/zh active Active
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