CN203300945U - 六自由度调节机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种六自由度调节机构，包括两个调节器，该两个调节器分别安装于一被调节装置的前后两端，且每个调节器包括一个万向轮装置和两个升降装置；被调节装置的安装平面为XY平面，该XY平面的X轴方向为被调节装置的光轴方向，该XY平面的Y轴方向为垂直于X轴的方向，Z轴方向是垂直于该安装平面的方向；两个调节器的万向轮装置共同调节被调节装置在XY平面内的平移和在Z轴的转动；两个调节器的升降装置共同调节被调节装置在Z轴方向的高度和绕XY平面的X、Y轴的转动。本实用新型可以实现对被调节装置六个自由度的粗调整及细微调整，并且结构简单、易于加工、方便安装。

Description

六自由度调节机构

技术领域

本实用新型涉及安装与校准技术领域，具体涉及一种六自由调节机构，尤其适用于较重激光器拆装时对光轴与光路***的装调与对准的调节机构。

背景技术

诸如准分子激光器的激光器的整机部件较重，在整机集成或更换激光器时，激光器放电腔的光轴与整个激光器光路***的光轴要保持重合，这就给安装激光器提出了较高的要求。因此，一种能够实现在既有光路***下工作的调节机构是必不可少的。

图1和图2显示了准分子激光器的放电腔的安装示意图，图1和图2均为俯视图，且图1显示的是单腔双电极激光器的放电腔，图2显示的是单腔单电极激光器的放电腔。

如图1和图2所示，放电腔3放置于平台1上，平台1上还安装有光学模块2，图中ax为激光器的光轴，2a为单腔双电极结构的后端反射光学模块，3a为单腔单电极的前端输出光学模块。在激光器的安装和更换时，需要将光学模块2以及平台1的出光孔进行光路对准。由于放电腔3在安装时光路的对准需要极细微的位置调整，又由于激光器本身太重150Kg左右，因此人力无法实现。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型所要解决的技术问题是提出一种辅助机械调节机构，以实现对诸如激光器放电腔等装置进行六自由度的宏动及微动调节以实现光路对准。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本实用新型提出一种六自由度调节机构，包括两个调节器，该两个调节器分别安装于被调节装置的前后两端，且每个调节器包括一个万向轮装置和两个升降装置；所述被调节装置的安装平面为XY平面，该XY平面的X轴方向为被调节装置的纵向，该XY平面的Y轴方向为垂直于X轴的方向，所述Z轴方向是垂直于该安装平面的方向；所述两个调节器的万向轮装置共同调节所述被调节装置在XY平面内的平移和在Z轴的转动；所述两个调节器的升降装置共同调节所述被调节装置在Z轴方向的高度和绕所述XY平面的X、Y轴的转动。

根据本实用新型的一种具体实施方式，所述万向轮装置包括万向轮支架和分别安装于万向轮支架两端的两个万向轮。

根据本实用新型的一种具体实施方式，所述万向轮支架的主体部分是一个扁长形机构，其长度方向平行于Y轴方向，该万向轮支架通过该主体部分与所述被调节装置固定连接。

根据本实用新型的一种具体实施方式，所述两个调节器的四个升降装置分别安装在所述被调节装置的四个底角位置，每个升降装置包括用于固定连接并支承所述被调节装置的升降装置支架。

根据本实用新型的一种具体实施方式，所述升降装置还包括导向头，所述导向头的上部为圆球形构件，所述升降装置支架的下部具有一个球窝结构，通过所述圆球形构件与球窝结构配合的方式连接所述导向头与所述升降装置支架。

根据本实用新型的一种具体实施方式，所述升降装置还包括垂直导向器、调整螺杆、减震器、锁紧螺母；所述导向头通过下部的螺纹孔与所述调整螺杆连接，所述调整螺杆上部为螺纹结构，通过调整该调整螺杆与所述导向头的配合螺纹圈数，来实现对所述导向头的高度的调整；所述垂直导向器用于容纳所述调整螺杆的下部，并与所述减震器固连；所述减震器与所述被调节装置的一个安装平台固连；所述锁紧螺母用于在调整完毕后对所述调整螺杆的锁紧。

根据本实用新型的一种具体实施方式，所述升降装置还包括上部导向块与下部导向块，所述下部导向块与上部导向块通过销轴进行连接，使得所述下部导向块相对于所述上部导向块做绕Y轴的单方向旋转运动；所述升降装置支架的下部通过销轴连接方式与所述上部导向块连接，使得上部导向块可以相对于所述升降装置支架做绕X轴的单方向旋转运动。

根据本实用新型的一种具体实施方式，所述升降装置还包括垂直导向器、调整螺杆、减震器、锁紧螺母；所述下部导向块通过下部的螺纹孔与所述调整螺杆连接，所述调整螺杆上部为螺纹结构，通过调整该调整螺杆与下部导向块的配合螺纹圈数，来实现对所述下部导向块的高度的调整；所述垂直导向器用于容纳所述调整螺杆的下部，并与所述减震器固连；所述减震器与所述被调节装置的一个安装平台固连；所述锁紧螺母用于在调整完毕后对所述调整螺杆的锁紧。

根据本实用新型的一种具体实施方式，所述调整螺杆的下部为光杆结构，其与所述垂直导向器配合可在垂直方向自由滑动。

根据本实用新型的一种具体实施方式，所述调整螺杆的下部为螺纹结构，所述垂直导向器具有与所述调整螺杆的下部的螺纹结构配合的螺纹圈。

(三)有益效果

本实用新型可以实现对被调节装置六个自由度的粗调整及细微调整，并且结构简单、易于加工、方便安装。

附图说明

图1是现有的单腔双电极激光器放电腔的安装俯视图；

图2是现有的单腔单电极激光器放电腔的安装俯视图；

图3是本实用新型的六自由度调节机构在放电腔上的安装示意图；

图4是本实用新型的六自由度调节机构的万向轮装置的一个实施例的结构示意图；

图5是本实用新型的六自由度调节机构升降装置的一个实施例的安装示意图；

图6是本实用新型的六自由度调节机构升降装置的一个实施例的***结构示意图；

图7是本实用新型的六自由度调节机构升降装置的另一个实施例的安装示意图；

图8是本实用新型的六自由度调节机构升降装置的另一个实施例的***结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型作进一步的详细说明。

为解决上述技术问题，本实用新型提出一种六自由度调节机构，用于对被调节装置的安装位置进行调节。所谓的六自由度是指沿着空间直角坐标系的相互之间两两垂直的三个轴的平动和绕该三个轴的旋转，实现六自由度的调整就是指沿这六个自由度的宏动及微动调节。

图3显示了该调节机构在放电腔上的安装示意图。为表述方向，我们为放电腔的安装平面设置一个空间直角坐标系OXYZ，光轴方向为该坐标系的X轴的方向，在安装平面内垂直于X轴的方向为Y轴方向；另外，我们将垂直于XY平面(即安装平面)的方向为Z轴方向，即上下方向。如图3所示，本实用新型的调节机构由两个调节器构成，该两个调节器分别安装于激光器放电腔3的底面上沿光轴方向(图中X轴方向)的前后两端。并且，每个调节器包括一个万向轮装置和两个升降装置。

所述万向轮装置包括万向轮支架4和安装于万向轮支架4上的万向轮。万向轮支架4的主体部分是一个扁长形机构，其长度方向平行于Y轴方向，即垂直于激光器的光轴方向，在万向轮支架4的两端分别安装一个万向轮6。该万向轮支架4通过其主体部分与放电腔3固定连接。由此，两个调节器的万向轮支架4的万向轮6(共四个)可共同支承放电腔3的四个底角，以调节放电腔3在XY平面内的平移移动和绕Z轴的转动(共三个自由度)，该调节可以提供上述三个自由度的宏动调节，位置精度相对较差。

所述两个调节器的四个升降装置分别安装在所述放电腔的四个底角位置，例如可以位于所述万向轮装置4的两端的万向轮的位置附近。同时，两个升降装置包括用于固定连接并支承放电腔3的升降装置支架5。在该升降装置可以在Z轴方向上调节放电腔该处的高度，因为两个调节器的升降装置(共四个)分别位于所述放电腔的四个底角处，在它们共同作用时(实际调节中仅需要三个)可调节放电腔3在Z轴方向的高度，以及其绕X、Y轴的转动。

下面通过万向轮装置4和升降装置5的实施例来进一步说明本实用新型。

图4是本实用新型的六自由度调节机构的万向轮装置的一个实施例的结构示意图。如图4所示，该实施例中，万向轮支架4的主体两端均具有一个向上弯折的折边，在折边上具有一个向外侧弯折的凸耳，该凸耳用于固定所述万向轮6。激光器的两端安装在万向轮支架上，并与支架固连成一体。螺母13用于锁紧万向轮，使其与放电腔固连。

图5是本实用新型的六自由度调节机构的升降装置的一个实施例的安装示意图，图6是该结构的装配***示意图。

如图5和图6所示，该升降装置5包括升降装置支架5a、导向头7a、垂直导向器8、调整螺杆9、减震器10、锁紧螺母11和连接弹簧12a。

升降装置5通过升降装置支架5a与激光器的放电腔3固定连接。所述导向头7a的上部与所述升降装置支架5a进行可相对三维转动式的连接。

升降装置的关键部件之一为导向头7a，在该实施例中，导向头7a的上部为圆球形构件，下部为内螺纹结构。所述支架5a的下部具有一个球窝结构，导向头7a的上部通过该圆球形构件与支架5a的球窝结构配合的方式与支架5a球面配合。连接弹簧12a用于连接所述导向头7a与支架5a，使导向头与支架成为一个整体，球窝连接可以实现该机构自身三个旋转自由度的调整。

导向头7a通过下部的螺纹孔与旋转调整螺杆9连接。调整螺杆9上部为螺纹结构，通过调整与导向头7a的配合螺纹圈数，实现调整导向头高度的调整。所述垂直导向器8用于容纳所述调整螺杆9的下部，并与该调整螺杆9的下部滑动连接。调整螺杆9下部可为光杆结构，以便与垂直导向器8相连可实现垂直方向的自由滑动；调整螺杆9的下部也可为螺纹结构，以与垂直导向器8相连，此时调整调整螺杆9与垂直导向器8的配合螺纹圈数，实现调整激光器Z轴方向高度的调整。调整螺杆9的上下各有一个锁紧螺母11，用于在调整完毕后对调整螺杆9的锁紧。

垂直导向器8与减震器10固连，减震器10与激光器放电腔的一个安装平台1(与图1、图2中显示的相同)固连以实现激光器光学***对的减振要求

根据上面描述，通过调节升降装置，可以对激光器放电腔3实现Z轴的升降以及X、Y轴的转动，具体调节方式如下：

通过旋转调整螺杆9，可以调整导向头7a与垂直导向器8之间的距离，即实现了激光器放电腔3的升降。由于，激光器放电腔3的四个底角分别装有一个升降装置，因此分别调节四个升降装置(实际需要调节三个升降装置)的高度即可完成对激光器3的绕X、Y轴的旋转。

当上述调整完毕后，通过锁紧螺母11将调节机构锁死，防止其松动导致调整位置的偏离。

图7是本实用新型的六自由度调节机构的升降装置的另一个实施例的安装示意图，图8是其装配***示意图。

如图7所示，该实施例与前一实施例(第一实施例)中的不同之处在于采用上部导向块12b与下部导向块7b的组合结构以代替第一实施例中的球窝结构，同样达到多自由度调整的目的，具体结构描述如下：

该升降装置包括升降装置支架5b、下部导向块7b、上部导向块12b、垂直导向器8、调整螺杆9、减震器10和锁紧螺母11。

下部导向块7b和上部导向块12b通过销轴进行连接，同时它们可以绕着销轴旋转，以防止在调整时结构的锁死。

升降装置5的支架5b(该结构与图5中的支架5a不同，其下部采用销轴连接方式与上部导向块12b连接，而图5中的支架5a采用球窝方式与导向头7a配合)与激光器的放电腔3固定连接。支架5b与上部导向块12b通过销轴连接，上部导向块12b可以相对于支架5a做绕X轴的单方向旋转运动。同样，下部导向块7b同样通过销轴与上部导向块12b连接，实现下部导向块7b相对于上部导向块12b做绕Y轴的单方向旋转运动。

下部导向块7b通过下部的螺纹孔与旋转调整螺杆9连接。调整螺杆9上部为螺纹结构，通过调整与下部导向块7b的配合螺纹圈数，实现调整导向头高度的调整。所述垂直导向器8用于容纳所述调整螺杆9的下部，并与该调整螺杆9的下部滑动连接。调整螺杆9下部可为光杆结构，以便与垂直导向器8相连可实现垂直方向的自由滑动；调整螺杆9的下部也可为螺纹结构，以与垂直导向器8相连，此时调整调整螺杆9与垂直导向器8的配合螺纹圈数，实现调整激光器Z轴方向高度的调整。调整螺杆9的上下各有一个锁紧螺母11，用于在调整完毕后对调整螺杆9的锁紧。

具体调整激光器3的Z方向以及绕X，Y方向的自由度的方式类似于第一实施例，不同之处在于第一实施例中要夹紧导向头7a并旋转调整螺杆9，而该实施例中可以夹紧下部导向块7b同时旋转调整螺杆9实现相应的调节功能。

通过上述实施例的描述可知，根据本实用新型的六自由度调节机构，通过调节万向轮装置可实现激光器3水平面X、Y平移以及绕Z轴转动。调节时需要将升降装置5悬离框架平台1。调整完毕后，使升降装置5与平台1接触，使万向轮装置悬离平台1。同时调节四个升降装置可实现激光器3的Z轴的升降以及绕X、Y的转动。

水平面内(XY平面)的三个自由度调整完毕后，调整升降装置5使其与平台1固定并承担整个激光器放电腔3的垂直载荷，此时将四个万向轮6旋转升起，并通过调整升降装置5便可以完成六个自由度中的其余三个自由度的调整。

上述具体实施例均能实现激光器位置微调的目的，且都具有体积小、易加工、易装配和调整方便的优点。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种六自由度调节机构，包括两个调节器，该两个调节器分别安装于被调节装置的前后两端，且每个调节器包括一个万向轮装置和两个升降装置；

所述被调节装置的安装平面为XY平面，该XY平面的X轴方向为被调节装置的纵向，该XY平面的Y轴方向为垂直于X轴的方向，所述Z轴方向是垂直于该安装平面的方向；

所述两个调节器的万向轮装置共同调节所述被调节装置在XY平面内的平移和在Z轴的转动；

所述两个调节器的升降装置共同调节所述被调节装置在Z轴方向的高度和绕所述XY平面的X、Y轴的转动。

2.如权利要求1所述的六自由度调节机构，其特征在于：所述万向轮装置包括万向轮支架和分别安装于万向轮支架两端的两个万向轮。

3.如权利要求2所述的六自由度调节机构，其特征在于：所述万向轮支架的主体部分是一个扁长形机构，其长度方向平行于Y轴方向，该万向轮支架通过该主体部分与所述被调节装置固定连接。

4.如权利要求1所述的六自由度调节机构，其特征在于：所述两个调节器的四个升降装置分别安装在所述被调节装置的四个底角位置，每个升降装置(5)包括用于固定连接并支承所述被调节装置的升降装置支架(5a)。

5.如权利要求4所述的六自由度调节机构，其特征在于：所述升降装置(5)还包括导向头(7a)，所述导向头(7a)的上部为圆球形构件，所述升降装置支架(5a)的下部具有一个球窝结构，通过所述圆球形构件与球窝结构配合的方式连接所述导向头(7a)与所述升降装置支架(5a)。

6.如权利要求5所述的六自由度调节机构，其特征在于：所述升降装置(5)还包括垂直导向器(8)、调整螺杆(9)、减震器(10)、锁紧螺母(11)：

所述导向头(7a)通过下部的螺纹孔与所述调整螺杆(9)连接，所述调整螺杆(9)上部为螺纹结构，通过调整该调整螺杆(9)与所述导向头(7a)的配合螺纹圈数，来实现对所述导向头(7a)的高度的调整；

所述垂直导向器(8)用于容纳所述调整螺杆(9)的下部，并与所述减震器(10)固连；

所述减震器(10)与所述被调节装置的一个安装平台(1)固连；

所述锁紧螺母(11)用于在调整完毕后对所述调整螺杆(9)的锁紧。

7.如权利要求4所述的六自由度调节机构，其特征在于：

所述升降装置(5)还包括上部导向块(12b)与下部导向块(7b)，所述下部导向块(7b)与上部导向块(12b)通过销轴进行连接，使得所述下部导向块(7b)相对于所述上部导向块(12b)做绕Y轴的单方向旋转运动；

所述升降装置支架(5b)的下部通过销轴连接方式与所述上部导向块(12b)连接，使得上部导向块(12b)可以相对于所述升降装置支架(5a)做绕X轴的单方向旋转运动。

8.如权利要求7所述的六自由度调节机构，其特征在于：

所述升降装置(5)还包括垂直导向器(8)、调整螺杆(9)、减震器(10)、锁紧螺母(11)；

所述下部导向块(7b)通过下部的螺纹孔与所述调整螺杆(9)连接，所述调整螺杆(9)上部为螺纹结构，通过调整该调整螺杆(9)与下部导向块(7b)的配合螺纹圈数，来实现对所述下部导向块(7b)的高度的调整；

所述垂直导向器(8)用于容纳所述调整螺杆(9)的下部，并与所述减震器(10)固连；

所述减震器(10)与所述被调节装置的一个安装平台(1)固连；

所述锁紧螺母(11)用于在调整完毕后对所述调整螺杆(9)的锁紧。

9.如权利要求5至8中任一项所述的六自由度调节机构，其特征在于：

所述调整螺杆(9)的下部为光杆结构，其与所述垂直导向器(8)配合可在垂直方向自由滑动。

10.如权利要求5至8中任一项所述的六自由度调节机构，其特征在于：

所述调整螺杆(9)的下部为螺纹结构，所述垂直导向器(8)具有与所述调整螺杆(9)的下部的螺纹结构配合的螺纹圈。

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