本发明提供一种二维倾斜调整机构，包括：用于固定和承载元件的运动板、用于支撑运动板的固定板、安装在运动板和固定板之间用于支撑运动板的万向球铰模块、对称安装在运动板上用于调节运动板的角度的第一调节模块和第二调节模块；本发明提供的二维倾斜调整机构，其结构简单、成本低，并且在结构的预紧方式上没有使用弹簧，在调整过程中保证了调整力不变，使得调整顺畅，并且不会使调整接触面产生损伤从而影响调整精度；本发明的精密螺杆外露部分长度短并且固定不变，减小了对安装空间的限制；本发明对调整方向没有限制，避免了载荷过大时，采用弹簧预紧可能导致的拉脱、调整失效的问题出现。
1.一种二维倾斜调整机构，其特征在于，包括：用于固定和承载元件(3)的运动板(1)、用于支撑所述运动板(1)的固定板(2)、安装在所述运动板(1)和所述固定板(2)之间用于支撑所述运动板(1)的万向球铰模块(1C)、对称安装在所述运动板(1)上用于调节所述运动板(1)的角度的第一调节模块(1A)和第二调节模块(1B)；
所述固定板(2)安装在所述运动板(1)的下方；所述固定板(2)与所述运动板(1)通过所述万向球铰模块(1C)、所述第一调节模块(1A)和所述第二调节模块(1B)连接；所述第一调节模块(1A)、所述万向球铰模块(1C)和所述第二调节模块(1B)依次安装在所述运动板(1)的三角；以所述第一调节模块(1A)和所述万向球铰模块(1C)连线为X轴；以所述第二调节模块(1B)和所述万向球铰模块(1C)连线为Y轴；所述X轴和所述Y轴正交；
所述第一调节模块(1A)或所述第二调节模块(1B)包括：V型块(8)、安装在所述运动板(1)上用于和所述V型块(8)上的V型槽配合的精密球头(9)、安装在所述固定板(2)上用于支撑二维倾斜调整机构的固定座(6)、安装在所述固定座(6)上的滑块支撑座(12)、安装在所述滑块支撑座(12)上的轴承(10)、滑块(14)和用于消除所述滑块(14)与所述V型块(8)之间间隙的紧定螺钉(13)、安装在所述V型块(8)上的螺纹套(15)、分别与所述螺纹套(15)和所述轴承(10)配合安装的精密螺杆(5)、安装在所述精密螺杆(5)上用于锁紧所述精密螺杆(5)和所述轴承(10)的轴承锁紧螺母(11)、安装在所述精密螺杆(5)上用于控制所述精密螺杆(5)的旋转组件(4)；所述V型块(8)安装在所述精密球头(9)和所述滑块(14)之间。
2.如权利要求1所述的二维倾斜调整机构，其特征在于，所述旋转组件(4)的一端与所述精密螺杆(5)为过盈配合的方式，并通过顶丝锁紧固定；所述旋转组件(4)的另一端为用于传递力的旋钮。
3.如权利要求1所述的二维倾斜调整机构，其特征在于，所述精密螺杆(5)为阶梯轴结构；在所述精密螺杆(5)上与所述螺纹套(15)的连接段，设有用于和所述螺纹套(15)配合的外螺纹；在所述精密螺杆(5)上与所述轴承(10)的连接段，设有用于轴向定位所述轴承(10)的轴肩和用于安装所述轴承锁紧螺母(11)的外螺纹；所述精密螺杆(5)从所述固定座(6)中伸出，用于和所述旋转组件(4)连接。
4.如权利要求1所述的二维倾斜调整机构，其特征在于，所述螺纹套(15)与所述V型块(8)上的孔为过盈配合的方式，并通过顶丝锁紧固定。
5.如权利要求1所述的二维倾斜调整机构，其特征在于，所述V型块(8)被所述滑块(14)约束，共同沿所述滑块支撑座(12)上的凹槽做直线运动；所述第一调节模块(1A)上的V型块的中轴线平行于X轴方向，所述第二调节模块(1B)上的V型块的中轴线平行于Y轴方向。
6.如权利要求1所述的二维倾斜调整机构，其特征在于，所述轴承(10)为径向游隙不变的轴承；所述轴承(10)的外环与所述滑块支撑座(12)上的轴承安装孔为过盈配合的方式，并通过顶丝锁紧固定。
7.如权利要求1所述的二维倾斜调整机构，其特征在于，所述滑块(14)为自润滑材料。
8.如权利要求1所述的二维倾斜调整机构，其特征在于，所述滑块支撑座(12)上开设有长圆孔(17)，通过螺钉穿过所述长圆孔(17)将所述滑块支撑座(12)固定在所述固定座(6)上；所述长圆孔(17)的宽度和所述螺钉的公称直径相同；所述长圆孔(17)的圆心距为所述螺钉直径的两倍；所述长圆孔(17)与所述螺钉为间隙配合的方式，保证所述滑块支撑座(12)在所述螺钉的约束下能够沿所述长圆孔(17)滑动且不转动。
9.如权利要求1所述的二维倾斜调整机构，其特征在于，在所述固定座(6)上安装有用于密封的密封盖(7)。
二维倾斜调整机构
技术领域
[0001] 本发明涉及机械调整装置领域，特别涉及一种二维倾斜调整机构。
背景技术
[0002] 在测量、测试、调试或试验平台搭建时，光学元件、镜头、机械件等需要进行倾斜调节，达到高的对准精度，使测量、测试或系统指标达到理想的结果。
[0003] 目前，能使光学元件、镜头、机械件等进行二维倾斜调节的机构种类繁多。如有的倾斜二维倾斜调节机构采用了销轴转动、滑块和滑动槽配合等方式进行倾斜调节，这种倾斜方案需要较高的加工配合精度，如果配合精度低，容易使调节过程中的滑动或者转动产生较大摩擦阻力造成运动不顺畅、卡死，或者间隙过大，造成调整精度不高；有的倾斜调整方案采用了丝杠、齿轮等配合关节铰的转动进行倾斜调整，但是这种方式结构复杂，尺寸链复杂，传动链多，会使整个调整结构的尺寸大，无法应用到空间尺寸受限的场景，结构复杂，对制造和装配工艺提出了很高的要求，如果装配精度低或者零件加工精度不高，会使结构装配后累积误差较大，不能实现预期的调节精度。部分简单的倾斜调整机构，采用螺杆旋进或者旋出带动调整机构的运动模块产生位移，并结合拉簧或压簧所提供的预紧力，完成倾斜调节，但是这种倾斜调节方式在实际应用中，如果负载较大或者使用方向不当时，负载的重量容易使拉簧或压簧伸缩量过大，使调整螺杆与运动模块脱离，造成倾斜调节机构无法使用，螺杆调整时，随着调整量的增加，螺杆阻力越来越大，造成调整不顺畅，精度难以控制；并且螺杆端部始终压紧固定结构，在螺杆旋转时产生摩擦，时间久了容易磨损调节螺杆，造成调节精度不准；采用螺杆旋进或者旋出的方式调节，调节螺杆的外露部分尺寸会随着调整量的变化而增大或缩短；当在安装的尺寸空间受限制时，螺杆旋出时，容易和其它结构发生干涉，造成无法进行调节或使用的问题。
发明内容
[0004] 本发明为解决的问题，提供一种二维倾斜调整机构。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：
[0006] 本发明提出的二维倾斜调整机构，包括：用于固定和承载元件的运动板、用于支撑运动板的固定板、安装在运动板和固定板之间用于支撑运动板的万向球铰模块、对称安装在运动板上用于调节运动板的角度的第一调节模块和第二调节模块；
[0007] 固定板安装在运动板的下方；固定板与运动板通过万向球铰模块、第一调节模块和第二调节模块连接；第一调节模块、万向球铰模块和第二调节模块依次安装在运动板的三角；以第一调节模块和万向球铰模块连线为X轴；以第二调节模块和万向球铰模块连线为Y轴；X轴和Y轴正交；
[0008] 第一调节模块或第二调节模块包括：V型块、安装在运动板上用于和V型块上的V型槽配合的精密球头、安装在固定板上用于支撑二维倾斜调整机构的固定座、安装在固定座上的滑块支撑座、安装在滑块支撑座上的轴承、滑块和用于消除滑块与V型块之间间隙的紧定螺钉、安装在V型块上的螺纹套、分别与螺纹套和轴承配合安装的精密螺杆、安装在精密螺杆上用于锁紧精密螺杆和轴承的轴承锁紧螺母、安装在精密螺杆上用于控制精密螺杆的旋转组件；V型块安装在精密球头和滑块之间。
[0009] 优选地，旋转组件的一端与精密螺杆为过盈配合的方式，并通过顶丝锁紧固定；旋转组件的另一端为用于传递力的旋钮。
[0010] 优选地，精密螺杆为阶梯轴结构；在精密螺杆上与螺纹套的连接段，设有用于和螺纹套配合的外螺纹；在精密螺杆上与轴承的连接段，设有用于轴向定位轴承的轴肩和用于安装轴承锁紧螺母的外螺纹；精密螺杆从固定座中伸出，用于和旋转组件连接。
[0011] 优选地，螺纹套与V型块上的孔为过盈配合的方式，并通过顶丝锁紧固定。
[0012] 优选地，V型块被滑块约束，共同沿滑块支撑座上的凹槽做直线运动；第一调节模块上的V型块的中轴线平行于X轴方向，第二调节模块上的V型块的中轴线平行于Y轴方向。
[0013] 优选地，轴承为径向游隙不变的轴承；轴承的外环与滑块支撑座上的轴承安装孔为过盈配合的方式，并通过顶丝锁紧固定。
[0014] 优选地，滑块为自润滑材料。
[0015] 优选地，滑块支撑座上开设有长圆孔，通过螺钉穿过长圆孔将滑块支撑座固定在固定座上；长圆孔的宽度和螺钉的公称直径相同；长圆孔的圆心距为螺钉直径的两倍；长圆孔与螺钉为间隙配合的方式，保证滑块支撑座在螺钉的约束下能够沿长圆孔滑动且不转动。
[0016] 优选地，在固定座上安装有用于密封的密封盖。
[0017] 本发明能够取得以下技术效果：
[0018] 本发明提供的二维倾斜调整机构，其结构简单、成本低，并且在结构的预紧方式上没有使用弹簧，在调整过程中保证了调整力不变，使得调整顺畅，并且不会使调整接触面产生损伤从而影响调整精度；本发明的精密螺杆外露部分长度短并且固定不变，减小了对安装空间的限制；本发明对调整方向没有限制，避免了载荷过大时，采用弹簧预紧可能导致的拉脱、调整失效的问题出现。
附图说明
[0019] 图1是根据本发明实施例的整体结构示意图；
[0020] 图2是根据本发明实施例的第一调节模块和第二调节模块与运动板配合方式的结构示意图；
[0021] 图3是根据本发明实施例的图2中在A方向上第二调节模块的部分结构放大视图；
[0022] 图4是根据本发明实施例的第一调节模块和第二调节模块的等侧剖视图；
[0023] 图5是根据本发明实施例的图4中万向球铰模块的局部剖视图；
[0024] 图6是根据本发明实施例的图4中第二调节模块剖视图的局部放大视图；
[0025] 图7是根据本发明实施例的图6中第二调节模块在2A位置的局部放大视图。
[0026] 其中的附图标记包括：运动板1、第一调节模块1A、第二调节模块1B、万向球铰模块1C、固定板2、元件3、旋转组件4、精密螺杆5、固定座6、密封盖7、V型块8、精密球头9、轴承10、轴承锁紧螺母11、滑块支撑座12、紧定螺钉13、滑块14、螺纹套15、万向球铰16、长圆孔17。
具体实施方式
[0027] 在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
[0028] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
[0029] 下面结合图1到图7对本发明的具体工作方式进行详细说明：
[0030] 如图1所示，本发明提出一种二维倾斜调整机构，包括：用于固定和承载元件3的运动板1、用于支撑运动板1的固定板2、安装在运动板1和固定板2之间用于支撑运动板1的万向球铰模块1C、对称安装在运动板1上用于调节运动板1的角度的第一调节模块1A和第二调节模块1B；
[0031] 固定板2安装在运动板1的下方；固定板2与运动板1通过万向球铰模块1C、第一调节模块1A和第二调节模块1B连接；第一调节模块1A、万向球铰模块1C和第二调节模块1B依次安装在运动板1的三角；以第一调节模块1A和万向球铰模块1C连线为X轴；以第二调节模块1B和万向球铰模块1C连线为Y轴；X轴和Y轴正交；
[0032] 第一调节模块1A和第二调节模块1B的内部结构完全相同；
[0033] 如图2和图3所示，第一调节模块1A或第二调节模块1B包括：旋转组件4、精密螺杆5、固定座6、密封盖7、V型块8、精密球头9、轴承10、轴承锁紧螺母11、滑块支撑座12、紧定螺钉13、滑块14、螺纹套15。
[0034] 旋转组件4用于控制精密螺杆5。旋转组件4的一端与精密螺杆5采用过盈配合的方式，并通过顶丝锁紧固定；旋转组件4的另一端为用于传递力的旋钮。旋钮可选用人工旋转的旋钮或选用电机旋转的旋钮。在实际使用时，旋钮放置在水平面上用于支撑整个二维倾斜调整机构。
[0035] 精密螺杆5用于控制V型块8。精密螺杆5分别与螺纹套15和轴承10配合安装。精密螺杆5为阶梯轴结构；在精密螺杆5上与螺纹套15的连接段，设有用于和螺纹套15配合的外螺纹；在精密螺杆5上与轴承10的连接段，设有用于轴向定位轴承10的轴肩和用于安装轴承锁紧螺母11的外螺纹；精密螺杆5从固定座6中伸出，用于和旋转组件4连接。
[0036] 固定座6用于支撑二维倾斜调整机构。固定座6安装在固定板2上。
[0037] 密封盖7用于密封。密封盖7安装在固定座6上。
[0038] V型块8用于控制精密球头9。V型块8安装在精密球头9和滑块14之间。V型块8被滑块14约束，共同沿滑块支撑座12上的凹槽做直线运动；如图4所示，第一调节模块1A上的V型块的中轴线平行于X轴方向，第二调节模块1B上的V型块的中轴线平行于Y轴方向。
[0039] 精密球头9用于和V型块8上的V型槽配合。精密球头9安装在运动板1上。在本发明的一个实施例中，精密球头9通过螺纹固定安装在运动板1上。
[0040] 轴承10用于减小精密螺杆5的转动阻力。轴承10安装在滑块支撑座12上。轴承10选用径向游隙不变的轴承；轴承10的外环与滑块支撑座12上的轴承安装孔采用过盈配合的方式，并通过顶丝锁紧固定。在本发明的一个实施例中，轴承10选用轻预压深沟球轴承，来保证径向无间隙。
[0041] 轴承锁紧螺母11用于将精密螺杆5和轴承10锁紧。轴承锁紧螺母11通过螺纹安装在精密螺杆5上。
[0042] 滑块支撑座12用于约束V型块8的运动。滑块支撑座12安装在固定座6上。滑块支撑座12上开设有长圆孔17，通过螺钉穿过长圆孔17将滑块支撑座12固定在固定座6上；长圆孔17的宽度和螺钉的公称直径相同；长圆孔17的圆心距为螺钉直径的两倍；长圆孔17与螺钉采用间隙配合的方式，保证滑块支撑座12在螺钉的约束下能够沿长圆孔17滑动且不转动。
[0043] 紧定螺钉13用于消除滑块14与V型块8之间的间隙。紧定螺钉13安装在滑块支撑座12上。通过紧定螺钉13推动滑块14与V型块8完全接触，保证了滑块14与V型块8之间不存在间隙。
[0044] 滑块14用于减小V型块8的摩擦阻力。滑块14安装在V型块8和滑块支撑座12之间。滑块14采用自润滑材料。
[0045] 螺纹套15用于和精密螺杆5配合来控制V型块8运动。螺纹套15安装在V型块8上。螺纹套15与V型块8上的孔采用过盈配合的方式，并通过顶丝锁紧固定。螺纹套15与精密螺杆5采用精密螺纹连接，来保证螺纹套15与精密螺杆5旋转时无间隙，保证了调节的精度。
[0046] 如图5所示，万向球铰模块1C中包括万向球铰16，万向球铰16用于保证运动板1能够沿着X轴和Y轴转动。万向球铰16安装在运动板1和固定板2之间。
[0047] 本发明提出的二维倾斜调整机构的工作原理如下：
[0048] 当调节运动板1绕X轴方向的转动时，调节第二调节模块1B，转动第二调节模块1B中的旋转组件4，旋转组件4带动精密螺杆5一起转动，精密螺杆5通过螺纹套15带动V型块8沿着滑块14做上下直线运动，V型块8通过精密球头9带动运动板1绕X轴转动，从而完成元件3在X轴方向的转动调节；
[0049] 第二调节模块1B中的精密球头9在绕X轴转动时，会有沿Y轴方向的平移，形成耦合运动；因为第二调节模块1B中的V型块8的V型槽沿Y轴方向，并不限制精密球头9在Y轴方向运动的自由度，所以在调节运动板1绕X轴方向的转动时不会出现卡死的现象。
[0050] 当调节运动板1绕Y轴方向的转动时，调节第一调节模块1A，第一调节模块1A的工作原理同上。
[0051] 综上所述，本发明提出一种二维倾斜调整机构。本发明提出的二维倾斜调整机构，其结构简单、成本低，并且在结构的预紧方式上没有使用弹簧，在调整过程中保证了调整力不变，使得调整顺畅，并且不会使调整接触面产生损伤从而影响调整精度；本发明的精密螺杆5外露部分长度短并且固定不变，减小了对安装空间的限制；本发明对调整方向没有限制，避免了载荷过大时，采用弹簧预紧可能导致的拉脱、调整失效的问题出现。
[0052] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0053] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
[0054] 以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
