CN107461580A - 一种高精度、高负载直线位移平台 - Google Patents

一种高精度、高负载直线位移平台 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高精度、高负载直线位移平台，步进电机通过联轴器与蜗杆轴连接，蜗杆和蜗杆轴刚性固联，蜗轮和蜗杆啮合，输出较大的传动比，蜗轮通过蜗轮轴与丝杠连接，蜗轮轴另外一端连接有高精度位置传感器，丝杠驱动载物台运动，载物台固定在高精度、高负载的直线导轨的滑块上，直线导轨固定在底座上。步进电机工作时，带动蜗轮蜗杆副运动，丝杠和直线导轨最终将步进电机轴的旋转运动转化为直线运动，直线运动的工作行程范围由两光电限位开关和安装于载物台上的位置触发装置控制，直线运动的安全行程范围由安装于底座上的机械限位挡块控制。可实现8kg负载、工作运动行程16mm的情况下，在空间任意姿态下直线性精度优于0.008mm，重复定位精度优于0.002mm。

Description

一种高精度、高负载直线位移平台
技术领域
本发明涉及一种高精度、高负载直线位移平台，属于精密机械领域。
背景技术
直线位移平台广泛运用在光电经纬仪的调焦、变焦等需要进行精密调整的功能单元，传统的直线位移平台主要针对水平面放置工况条件下使用。在光电经纬仪的使用中，会出现调焦、变焦等需要进行精密调整的功能单元在不同仰角甚至是竖直情况下进行精密调整的工况，而对于大型光电经纬仪中的调焦、变焦功能单元，通常重量都很重，传统的直线位移平台难以满足类似的极端工况，因此，发明一种可以在空间任意姿态下(包括竖直、悬吊等)均可实现高精度和高负载的直线位移平台是非常必要的。
发明内容
本发明要解决技术问题为：提供一种可以在空间任意姿态下(包括竖直、悬吊等)均可实现高精度和高负载的直线位移平台。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种高精度、高负载直线位移平台，该位移平台在空间任意姿态(包括竖直、悬吊等)下均可实现高精度和高负载，步进电机固定安装在电机固定架上，电机固定架安装在齿轮箱上，步进电机通过第一联轴器与蜗杆轴连接，蜗杆和蜗杆轴刚性固联，蜗轮和蜗杆啮合，输出较大的传动比，蜗轮通过蜗轮轴与丝杠连接，蜗轮轴另外一端连接有高精度位置传感器，位置传感器安装在位置传感器支座上，位置传感器支座安装在齿轮箱上，丝杠两端由丝杠支座组件Ⅰ和丝杠支座组件Ⅱ限制其轴向自由度，丝杠螺帽支架上安装有与载物台连接的过渡连接板，过渡连接板与载物台的方孔过渡配合，载物台固定在高精度、高负载的直线导轨的滑块上，直线导轨固定在底座上，两光电限位开关固定安装在底座上，位置触发装置固定安装在载物台上，机械限位挡块Ⅰ和机械限位挡块Ⅱ固定安装在底座上，分布于载物台直线运动方向两端，直线运动的工作行程范围由两光电限位开关和安装于载物台上的位置触发装置控制，直线运动的安全行程范围由安装于底座上的机械限位挡块Ⅰ和机械限位挡块Ⅱ控制。
其中，步进电机在通电工作时，带动通过第一联轴器连接的蜗杆轴、蜗杆同步转动，蜗杆与蜗杆轴刚性固联，蜗轮与蜗杆啮合，蜗轮与蜗轮轴刚性固联，蜗轮轴两端分别与丝杠和高精度位置传感器连接，其中，高精度位置传感器通过第二联轴器与蜗轮轴连接，丝杠与蜗轮刚性固联，蜗轮的旋转运动传递到丝杠，进而转化为丝杠螺帽支架的直线运动，过渡连接板固定在丝杠螺帽支架上，并与载物台的方孔对应，丝杠螺帽支架通过过渡连接板驱动载物台运动，载物台固定在四个(两组)高精度、高负载的直线导轨的滑块上，滑块可在两根导轨上沿直线方向滑动，两根直线导轨固定在底座上，至此，步进电机轴的旋转运动转化为载物台的直线运动，载物台的直线运动过程中，由两个固定安装在底座上的光电限位开关和固定安装在载物台上的位置触发装置共同限定其工作行程范围，其中一个光电限位开关确定高精度位置传感器的零位，载物台相对于零位的位置由高精度位置传感器确定，在光电限位开关失效的情况下，载物台的位置会越过光电限位开关限定的位置，此时，在载物台直线运动的两端，于底座上安装的机械限位挡块Ⅰ和机械限位挡块Ⅱ可保护位移平台不受损坏。
其中，该位移平台可实现8kg负载、工作运动行程16mm的情况下，在空间任意姿态下(包括竖直、悬吊等)直线性精度优于0.008mm，重复定位精度优于0.002mm。
本发明的原理在于：步进电机通过联轴器与蜗杆轴连接，蜗杆和蜗杆轴刚性固联，蜗轮和蜗杆啮合，输出较大的传动比，蜗轮通过蜗轮轴与丝杠连接，蜗轮轴另外一端连接有高精度位置传感器，丝杠驱动载物台运动，载物台固定在高精度、高负载的直线导轨的滑块上，直线导轨固定在底座上。步进电机工作时，带动蜗轮蜗杆副运动，丝杠和直线导轨最终将步进电机轴的旋转运动转化为直线运动，直线运动的工作行程范围由两光电限位开关和安装于载物台上的位置触发装置控制，直线运动的安全行程范围由安装于底座上的机械限位挡块控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明公开了一种高精度、高负载直线位移平台。本发明提供一种需要在空间任意姿态下(包括竖直、悬吊等)均可实现高精度、高负载的直线位移平台。该位移平台工作时，蜗轮蜗杆副提供了较大的传动比，可输出较大的推力；高精度、高负载的直线导轨保证了该位移平台在空间任意姿态下(包括竖直、悬吊等)均可实现高精度和高负载；高精度位置传感器保证了该位移平台的定位精度。该方案可实现8kg负载、工作运动行程16mm的情况下，在空间任意姿态下直线性精度优于0.008mm，重复定位精度优于0.002mm。该发明所涵盖的直线位移平台在空间任意姿态下(包括竖直、悬吊等)均可实现高精度和高负载。
附图说明
图1为本发明的结构示意图(***视图)；
图2为本发明的结构示意图(俯视图)。
图中附图标记含义为：1为位置传感器，2为位置传感器支座，3为步进电机，4为电机固定架，5为齿轮箱，6为第一联轴器，7为第二联轴器，8为蜗杆轴，9为蜗杆，10为蜗轮，11为蜗轮轴，12为丝杠支座组件Ⅰ，13为丝杠螺帽支架，14为过渡连接板，15为直线导轨，16为丝杠支座组件Ⅱ，17为丝杠，18为滑块，19为底座，20为载物台，21为机械限位挡块Ⅰ，22为机械限位挡块Ⅱ，23为位置触发装置，24为限位开关。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
本发明按图1和图2所示的结构实施。
如图1和如图2所示，属于精密机械的一种高精度、高负载直线位移平台，该位移平台在空间任意姿态下(包括竖直、悬吊等)均可实现高精度和高负载，步进电机3固定安装在电机固定架4上，电机固定架4安装在齿轮箱5上，步进电机3通过第一联轴器6与蜗杆轴8连接，蜗杆9和蜗杆轴8刚性固联，蜗轮10和蜗杆9啮合，输出较大的传动比，蜗轮10通过蜗轮轴11与丝杠17连接，蜗轮轴11另外一端连接有高精度位置传感器1，位置传感器1安装在位置传感器支座2上，位置传感器支座2安装在齿轮箱5上，丝杠17两端由丝杠支座组件Ⅰ12和丝杠支座组件Ⅱ16限制其轴向自由度，丝杠螺帽支架13上安装有与载物台20连接的过渡连接板14，过渡连接板14与载物台20的方孔过渡配合，载物台20固定在高精度、高负载的直线导轨15的滑块18上，直线导轨15固定在底座19上，两光电限位开关24固定安装在底座19上，位置触发装置23固定安装在载物台20上，机械限位挡块Ⅰ21和机械限位挡块Ⅱ22固定安装在底座19上，分布于载物台20直线运动方向两端，直线运动的工作行程范围由两光电限位开关24和安装于载物台20上的位置触发装置23控制，直线运动的安全行程范围由安装于底座上的机械限位挡块Ⅰ21和机械限位挡块Ⅱ22控制。
步进电机3在通电工作时，带动通过第一联轴器6连接的蜗杆轴8、蜗杆9同步转动，蜗杆9与蜗杆轴8刚性固联，蜗轮10与蜗杆9啮合，蜗轮10与蜗轮轴11刚性固联，蜗轮轴11两端分别与丝杠17和高精度位置传感器1连接，其中，高精度位置传感器1通过第二联轴器7与蜗轮轴11连接，丝杠17与蜗轮10刚性固联，蜗轮10的旋转运动传递到丝杠17，进而转化为丝杠螺帽支架13的直线运动，过渡连接板14固定在丝杠螺帽支架13上，并与载物台20的方孔对应，丝杠螺帽支架13通过过渡连接板14驱动载物台20运动，载物台20固定在四个(两组)高精度、高负载的直线导轨15的滑块18上，滑块18可在两根导轨15上沿直线方向滑动，两根直线导轨15固定在底座19上，至此，步进电机3轴的旋转运动转化为载物台20的直线运动，载物台20的直线运动过程中，由两个固定安装在底座19上的光电限位开关24和固定安装在载物台20上的位置触发装置23共同限定其工作行程范围，其中一个光电限位开关24确定高精度位置传感器1的零位，载物台20相对于零位的位置由高精度位置传感器1确定，在光电限位开关24失效的情况下，载物台20的位置会越过光电限位开关24限定的位置，此时，在载物台20直线运动的两端，于底座19上安装的机械限位挡块Ⅰ21和机械限位挡块Ⅱ22可保护位移平台不受损坏。
底座19、载物台20、过渡连接板14采用45#钢，导轨15、滑块18采用不锈钢(SUS440C)，丝杠17、丝杠螺帽支架13采用淬火钢(硬度58-62HRC)，蜗杆9采用45#钢，蜗轮10采用磷青铜(CAC502)，蜗轮轴11、蜗杆轴8采用45#钢，其他非承重零件采用硬铝(6061)。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例变化、变型都将落在本发明权利要求书的范围内。

Claims (4)

1.一种高精度、高负载直线位移平台，该位移平台在空间任意姿态下均可实现高精度和高负载，其特征是：步进电机(3)固定安装在电机固定架(4)上，电机固定架(4)安装在齿轮箱(5)上，步进电机(3)通过第一联轴器(6)与蜗杆轴(8)连接，蜗杆(9)和蜗杆轴(8)刚性固联，蜗轮(10)和蜗杆(9)啮合，输出较大的传动比，蜗轮(10)通过蜗轮轴(11)与丝杠(17)连接，蜗轮轴(11)另外一端连接有高精度位置传感器(1)，高精度位置传感器(1)安装在位置传感器支座(2)上，位置传感器支座(2)安装在齿轮箱(5)上，丝杠(17)两端由丝杠支座组件Ⅰ(12)和丝杠支座组件Ⅱ(16)限制其轴向自由度，丝杠螺帽支架(13)上安装有与载物台(20)连接的过渡连接板(14)，过渡连接板(14)与载物台(20)的方孔过渡配合，载物台(20)固定在高精度、高负载的直线导轨(15)的滑块(18)上，直线导轨(15)固定在底座(19)上，两光电限位开关(24)固定安装在底座(19)上，位置触发装置(23)固定安装在载物台(20)上，机械限位挡块Ⅰ(21)和机械限位挡块Ⅱ(22)固定安装在底座(19)上，分布于载物台(20)直线运动方向两端，直线运动的工作行程范围由两光电限位开关(24)和安装于载物台(20)上的位置触发装置(23)控制，直线运动的安全行程范围由安装于底座上的机械限位挡块Ⅰ(21)和机械限位挡块Ⅱ(22)控制。
2.根据权利要求1所述的一种高精度、高负载直线位移平台，其特征是：步进电机(3)在通电工作时，带动通过第一联轴器(6)连接的蜗杆轴(8)、蜗杆(9)同步转动，蜗杆(9)与蜗杆轴(8)刚性固联，蜗轮(10)与蜗杆(9)啮合，蜗轮(10)与蜗轮轴(11)刚性固联，蜗轮轴(11)两端分别与丝杠(17)和高精度位置传感器(1)连接，其中，高精度位置传感器(1)通过第二联轴器(7)与蜗轮轴(11)连接，丝杠(17)与蜗轮(10)刚性固联，蜗轮(10)的旋转运动传递到丝杠(17)，进而转化为丝杠螺帽支架(13)的直线运动，过渡连接板(14)固定在丝杠螺帽支架(13)上，并与载物台(20)的方孔对应，丝杠螺帽支架(13)通过过渡连接板(14)驱动载物台(20)运动，载物台(20)固定在四个(两组)高精度、高负载的直线导轨(15)的滑块(18)上，滑块(18)可在两根导轨(15)上沿直线方向滑动，两根直线导轨(15)固定在底座(19)上，至此，步进电机(3)轴的旋转运动转化为载物台(20)的直线运动，载物台(20)的直线运动过程中，由两个固定安装在底座(19)上的光电限位开关(24)和固定安装在载物台(20)上的位置触发装置(23)共同限定其工作行程范围，其中一个光电限位开关(24)确定高精度位置传感器(1)的零位，载物台(20)相对于零位的位置由高精度位置传感器(1)确定，在光电限位开关(24)失效的情况下，载物台(20)的位置会越过光电限位开关(24)限定的位置，此时，在载物台(20)直线运动的两端，于底座(19)上安装的机械限位挡块Ⅰ(21)和机械限位挡块Ⅱ(22)可保护位移平台不受损坏。
3.根据权利要求1所述的一种高精度、高负载直线位移平台，其特征是：该位移平台可实现8kg负载、工作运动行程16mm的情况下，在空间任意姿态下直线性精度优于0.008mm，重复定位精度优于0.002mm。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种高精度、高负载直线位移平台，其特征是：空间任意姿态下包括竖直、悬吊。
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