一种可实现三档精度调节的螺旋式精密调平机构和装置的制作方法

1.本实用新型属于光机电工程技术领域，涉及光电设备的安装调节装置，具体涉及一种可实现三档精度调节的螺旋式精密调平机构和装置。


背景技术：

2.为了保证光电设备的俯仰、方位观测零位的准确性，需要对设备进行水平调节。根据三点确定一个平面的原理，调平机构一般采用经典的三点支撑方式，因为三点支撑调平不仅可以保证较高的调平重复性，而且是最简单、效率最高的。按传动类型划分，调平机构可分为液压式和机械式。液压式调平虽然承载能力强，但也存在着诸多缺点，比如：液压油具有可燃性且存在泄漏问题；液压油的粘度系数与温度密切相关，温度适应性差，不宜在较高温度和较低温度下工作；液压油具有可压缩性，难以实现较高的传动精度；以及传动效率、可靠性较低等。而机械式调平环境适应性强、结构简单可靠、成本低、效率高、能够自锁。机械式调平机构常用的有三种：螺旋千斤顶式、楔块式、柔性结构变形式。
3.专利cn104656221a公开了一种用于光学设备的螺旋式精密调平机构，该机构采用三点支撑方式，利用细牙螺纹微调和实现自锁，左右旋螺纹配合使用进行防松，但是该机构调节精度依赖于细牙螺纹的螺距，机构调节精度与承载能力难以同时满足要求。专利cn106895830a公开了一种用于光学载荷光轴调整的楔块式精密调平机构，该机构根据三点调平原理，利用螺旋
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斜面微动，通过调整螺钉螺纹驱动平移楔块左右移动，进而带动升降楔块上下移动，楔块自身刚度大、可自锁，且螺旋
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斜面微动精度高、稳定可靠，但行程有限，不能满足场外使用的要求，增大行程会直接影响到机构的长度。还有一种基于柔性铰链的调平机构，利用柔性元件自身的弹性变形来转换力、运动或能量，无摩擦、免润滑、无振动、无噪声，但调节范围较小，承载能力低，且为了达到所需的精度要求，往往需要配合电动装置使用，增加了系统的复杂性。


技术实现要素：

4.实用新型目的：本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种可实现三档精度调节的螺旋式精密调平机构和装置。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型第一方面公开了一种可实现三档精度调节的螺旋式精密调平机构，包括球关节、上支座和下支座，所述上支座上表面固定连接有上锁紧装置，所述球关节的顶端贯穿上支座及上锁紧装置，并和上支座螺纹连接形成第一螺旋副；所述下支座上表面固定连接有下锁紧装置，所述球关节的底端贯穿下锁紧装置和下支座，并和下支座螺纹连接形成第二螺旋副；所述第一螺旋副和第二螺旋副的螺距不相同但旋向相同；所述球关节通过与上支座和/或下支座配合旋转实现调平，即所述球关节能够单独与上支座配合旋转实现调平，也能够单独与下支座配合旋转实现调平，还能够同时与上支座及下支座配合旋转实现调平。
6.结合第一方面，在一种实现方式中，球关节包括形成球腔的约束组件和能够在球
腔内贴合转动的球体以及带动球体转动的杆体，约束组件包括带有凹球面的上球窝和下球窝，球体的上下表面分别与上球窝和下球窝上的凹球面紧密贴合，所述下球窝的一端贯穿下锁紧装置和下支座，和下支座螺纹连接形成第二螺旋副；所述杆体的一端贯穿上支座及上锁紧装置，和上支座螺纹连接形成第一螺旋副，杆体的另一端与上球窝之间存在间隙，杆体带动球体转动时，杆体与上球窝之间的间隙保证了杆体可以在小范围内绕球体的球心转动，确保地面不平整时也能够实现调平。
7.结合第一方面，在一种实现方式中，杆体和下球窝上分别安装有辅助调节螺钉，通过转动辅助调节螺钉能够带动杆体和/或下球窝来实现设备调平，即球关节单独与上支座配合旋转实现调平时转动杆体上的辅助调节螺钉，球关节单独与下支座配合旋转实现调平时转动下球窝上的辅助调节螺钉，球关节同时与上支座及下支座配合旋转实现调平转动其中一个辅助调节螺钉即可。
8.结合第一方面，在一种实现方式中，下球窝侧壁均布三颗以上的紧定螺钉，用于实现下球窝和球体的松脱与锁紧，亦即实现球关节上、下两段螺纹的分离与组合。
9.结合第一方面，在一种实现方式中，下球窝底端安装有防脱出的限位挡块，通过内六角圆柱头螺钉与下球窝固连，限位挡块能够为了防止下球窝向上从下支座中脱出。
10.结合第一方面，在一种实现方式中，所述上锁紧装置和下锁紧装置均为锁紧螺母。
11.结合第一方面，在一种实现方式中，所述上球窝和下球窝螺纹连接。
12.结合第一方面，在一种实现方式中，所述杆体位于上支座和上球窝之间的部分设有凸起，辅助调节螺钉安装于凸起上。
13.第二方面，公开了一种可实现三档精度调节的螺旋式精密调平装置，包括设备安装板和水平仪，所述水平仪布置于设备安装板上表面，在设备安装板上圆周均布三组结构完全相同的如权利要求1至8任一项所述的可实现三档精度调节的螺旋式精密调平机构；所述可实现三档精度调节的螺旋式精密调平机构的上支座固定在设备安装板下表面，下支座位于地面或工作平台上，球关节通过与上支座和/或下支座配合旋转，能够调整设备安装板与地面或工作平台之间的距离，调整完毕后，通过上锁紧装置和/或下锁紧装置锁紧固定。
14.有益效果：
15.调平过程中，将上球窝稍许旋出，并松脱下球窝侧壁上的紧定螺钉，使球体可以在球腔内旋转，锁紧下锁紧装置并放松上锁紧装置，转动杆体上的辅助调节螺钉带动杆体旋转，杆体与上支座通过螺纹实现设备安装板的顶起和下放(球体在约束组件内自由旋转，约束组件与下支座通过下锁紧装置固定在一起)；反之锁紧上锁紧装置并放松下锁紧装置，转动下球窝上的辅助调节螺钉带动下球窝旋转，也可实现设备安装板的顶起和下放；将上球窝旋入和锁紧紧定螺钉使球关节上的上、下两段螺纹组合起来，并放松上锁紧装置和下锁紧装置，转动辅助调节螺钉带动杆体和下球窝同时旋转，通过两个螺旋副的共同作用也可实现设备安装板的顶起和下放。故，该调平机构具有三种调平方式，通过设计上、下两段螺距不同和旋向相同的螺旋副，可分别单独使用也可组合起来构成差动螺纹使用，从而使其在调平过程中可实现三档精度调节。
16.本技术的可实现三档精度调节的螺旋式精密调平机构通过差动螺纹的方式提高机构的调节精度，不依赖于减小螺旋副螺距的方式，可以获得较高的承载能力。
17.本技术的可实现三档精度调节的螺旋式精密调平机构的上、下两段螺距不同和旋
向相同的螺旋副，单独使用时可进行叠加，能够有效增加机构的行程，此时调节精度一般，取决于螺纹螺距；组合起来构成差动螺纹使用时能够极大地提高调节精度，此时调节行程有限。本实用新型调平机构能够根据具体工况灵活选择采取何种调平方式以满足使用要求，适应能力强，能够兼顾大行程、高精度、高承载能力的要求，同时结构简单可靠、成本低。
附图说明
18.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做更进一步的具体说明，本实用新型的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
19.图1是本实用新型一种可实现三档精度调节的螺旋式精密调平机构的工作原理图。
20.图2是本实用新型一种可实现三档精度调节的螺旋式精密调平装置的结构示意图。
21.图3是本实用新型一种可实现三档精度调节的螺旋式精密调平机构的主视图。
22.图4是本实用新型一种可实现三档精度调节的螺旋式精密调平机构的剖视图。
23.图中：1.一种可实现三档精度调节的螺旋式精密调平机构，2.水平仪，3.设备安装板，4.杆体，5.上球窝，6.球体，7.下球窝，8.上锁紧装置，9.上支座，10.辅助调节螺钉，11.紧定螺钉，12.下锁紧装置，13.下支座，14.限位挡块，15.内六角圆柱头螺钉，16.凸起。
具体实施方式
24.下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
25.如图3～4所示，本实用新型第一实施例公开一种可实现三档精度调节的螺旋式精密调平机构1，包括球关节、上支座9和下支座13，球关节包括形成球腔的约束组件和能够在球腔内贴合转动的球体6以及带动球体转动的杆体4，约束组件包括带有凹球面的上球窝5和下球窝7，上球窝5和下球窝7螺纹连接。球体6的上下表面分别与上球窝5和下球窝7上的凹球面紧密贴合，所述下球窝7的一端贯穿下锁紧装置12和下支座13，和下支座13螺纹连接形成第二螺旋副；所述杆体4远离球体6的一端贯穿上支座9及上锁紧装置8，和上支座9螺纹连接形成第一螺旋副，杆体4靠近球体6的一端与上球窝5之间的存在间隙，杆体4带动球体6转动时，杆体4与上球窝5之间的间隙保证了杆体4可以在小范围内绕球心转动，转动角度不超过15
°
，防止转角过大，支撑不稳定。所述上支座9上表面固定连接有上锁紧装置8，所述球关节的顶端贯穿上支座9及上锁紧装置8，并和上支座9螺纹连接形成第一螺旋副；所述下支座13上表面固定连接有下锁紧装置12，所述球关节的底端贯穿下锁紧装置12和下支座13，并和下支座13螺纹连接形成第二螺旋副；所述第一螺旋副和第二螺旋副的螺距不相同但旋向相同；所述球关节通过与上支座9和/或下支座13配合旋转实现调平。在第一实施例中，上锁紧装置8和下锁紧装置12均为锁紧螺母。
26.在第一实施例中，所述的杆体4和下球窝7上分别圆周均布四颗辅助调节螺钉10，通过转动辅助调节螺钉10带动杆体4和/或下球窝7来实现设备安装板3位置的调整，操作方便省力。
27.在第一实施例中，所述的下球窝7侧壁上设有四颗紧定螺钉11圆周均布，调节紧定螺钉的松紧，能够快速实现球体6和下球窝7的分离与组合，亦即实现球关节上、下两段螺纹
的分离与组合，简单方便可靠，用于不同档位调节精度之间的切换。
28.如图4所示，在第一实施例中，为了防止下球窝7向上从下支座13中脱出，在下球窝7的底端设有限位挡块14，通过内六角圆柱头螺钉15与下球窝7固连。
29.如图3所示，在第一实施例中，所述杆体4位于上支座9和上球窝5之间的部分设有凸起16，辅助调节螺钉10安装于凸起16上。
30.如图1所示，根据三点确定一个平面的原理，本技术的一种可实现三档精度调节的螺旋式精密调平机构1采用3点安装于所述调平装置上实现三点支撑机械式调平。当
①
点沿z向产生位移时，使设备安装板3绕
②
、
③
点球关节球心连线所形成的轴转动，从而实现设备安装面的俯仰和倾斜rx、ry两维角度调节。
31.如图2所示，本实用新型第二实施例公开一种可实现三档精度调节的螺旋式精密调平装置，包括设备安装板3和水平仪2，所述水平仪2布置于设备安装板3上表面，在设备安装板3上圆周均布三组结构完全相同的所述的可实现三档精度调节的螺旋式精密调平机构1；所述可实现三档精度调节的螺旋式精密调平机构1的上支座9固定在设备安装板3下表面，下支座13位于地面或工作平台上，球关节通过与上支座9和/或下支座13配合旋转，能够调整设备安装板3与地面或工作平台之间的距离，调整完毕后，通过上锁紧装置8和/或下锁紧装置12锁紧固定。在设备安装板3的中间布置光电设备，光电设备与设备安装板3的上表面共面固连，水平仪2垂直的两个方向x’、y’分别与设备安装板3上的x向、y向相对应，如图2所示。调平时，通过转动辅助调节螺钉10带动杆体4和/或下球窝7旋转，实现三组调平机构中某一组在竖直方向上的伸缩，从而调节设备安装板3在此处位置的高低，最终使得水平仪2在x’、y’方向上置零或在误差范围内即完成调平。
32.如图3～4所示，所述的一种可实现三档精度调节的螺旋式精密调平机构1调平时通过上球窝5、上锁紧装置8、紧定螺钉11以及下锁紧装置12的配合使用，能够实现三挡精度调节。将上球窝5稍许旋出，松脱下球窝7侧壁上的四颗紧定螺钉11，并锁紧下锁紧装置12，此时约束组件与下支座13通过下锁紧装置12固定在一起，球体6在约束组件内可以自由旋转。放松上锁紧装置8，转动杆体4上的辅助调节螺钉10带动杆体4旋转，杆体4通过螺纹实现设备安装板3的顶起和下放。反之锁紧上锁紧装置8并放松下锁紧装置12，转动下球窝7上的辅助调节螺钉10带动下球窝7旋转，也可实现设备安装板3的顶起和下放。将上球窝旋入和锁紧四颗紧定螺钉11使球关节组合成一体，此时球关节与上支座9、下支座13同时通过螺纹连接，上、下两个螺旋副的螺距不同与旋向相同，构成差动螺纹。放松上锁紧装置8和下锁紧装置12，转动辅助调节螺钉10即可带动杆体4和下球窝7同时旋转，通过差动螺纹也可实现设备安装板3的顶起和下放。故，所述的调平机构具有三种调平方式，能够在调平过程中实现三档精度调节。
33.本实用新型提供了一种可实现三档精度调节的螺旋式精密调平机构和装置，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。