[实用新型]自平云台

说明书

本实用新型是一种自平云台，它介于支架和测量仪器之间，自动调整仪器光轴的精确水平。

目前，机械云台操作繁复，调整慢。电子自动云台价格昂贵，对于只需保证水平，而不需确定立体角的应用场合，无疑是大材小用。

本实用新型的目的是提供一种结构简单，价格低廉，能够迅速、精确地自动找到水平，并可以牢固锁定的云台。

本实用新型的目的是通过万向轴及其轴向配重结构实现的，基于陀螺原理，借助重力始终保持动态(支架放置和调整过程中)和静态(支架姿态固定后)的工作轴与地心和天顶的轴线严格重合。

结构以与水准仪适配为例，总装配图如《图-1》。

《图-2》为自平云台装配主视图。

《图-3》为自平云台装配顶视图。

根据工作原理，本结构完全实现了无需调整而自动调平的要求，操作只有两个动作，均为举手之劳。一是三角架摆放和支脚(23)高度调整时，垂体配重(13)会产生摆动，用手加以阻尼即可；二是垂体配重稳定后，转动凸榫旋环既可水平锁定，既使风吹垂体配重也不会摆动。

下面通过装配过程详细说明各零部件的功能及相互关系。总体结构分为两个部件，即以万向球为主体的工作轴组合(A)；由上、下夹板为主构成的万向轴座(B)。

第一步，将两组凸榫旋环(6)和凹槽环(7)分别套在两根长导柱(5)上，凸榫旋环和凹槽环的榫和槽宽度及高度相同，其斜面角度不大于30°，当榫、槽对正时，两环叠加高度小，榫、槽错开时，叠加高度大。

再将两个带外螺纹的导套(21)旋入上夹板(8)对角线的螺孔，冲坡口固定后，将两根短导柱插入。随后，将套有榫、槽环的两根长导柱插入另一对角线的两个通孔，凹槽环与带有内螺纹的导套(9)拧紧，也冲坡口固定。

此后，可将同样高度的四个压簧(10)分别套到四个导套上。

因为上夹板和下夹板(11)的带斜面的中心孔小于万向球(14)的直径，故两夹板扣合前，必需先将万向球置于夹板中间。为了降低球面与下板间的面摩擦，在下夹板中孔的壁面上等距划若干个窝，放入滚珠(15)，使万向球与之呈点接触。注意应将其直径上的对称螺孔对正夹板的中心孔。

至此，万向轴座即将告成，只需将这一组合对正云台座——三角架平台(12)，由四个导柱端部的螺扣拧紧。

可见，平时榫、槽对正，导套被压簧顶起，上夹板悬离万向球，万向球仅托在下夹板滚珠上，可以自由转动。需要垂直锁定时，两手同时旋动两凸榫旋环，使榫、槽错位，下压上夹板，与下夹板共同挤紧万向球。

第二步，将仪器座(1)和仪器座托(4)通过螺钉(20)连接，两者同心并可以相对旋转。当镜筒或者说光轴瞄准目标后，需要保持方位，这里设计有旋转锁定机构，它由闸豆(17)、压簧(16)和扳把(18)组成。压簧套在闸豆圆柱端，一起插入仪器座侧面的条形孔，为防止闸豆扭转，其尾部呈矩形，扳把由销钉(19)定位于条形孔外口处，因为其端部为偏心卵形，当扳把扣回(与仪器座外圆相切)，长轴部位顶进闸豆，靠紧仪器座托的中轴而刹住，若扳把推起(仪器座法线方向)，短轴部位允许压簧将闸豆缩回，解除刹车。为了加大磨擦，闸豆前端为与仪器座托中轴同曲率的凹圆弧，材料选用硬橡胶。

最后，仪器座托和垂体配重(13)分别拧到万向球垂直地平面直径的上、下孔处，再将水准仪固定在仪器座的螺柱上。自平云台式水准仪便可以使用了。本自平云台调整范围，即三角架平台允许倾斜度最大可达30°。为标明测试点，垂体配重底部用线绳悬挂一个普通铅锤(22)。

作为测量仪器的云台，其精度是最重要的指标，除了设计措施，还必需有加工工艺的保证。

现有的水准仪结构几何可变量多，即运动自由度太大，调整难度大，还需反复调整，云台靠“三爪”调圆水泡，光轴(镜筒)的俯仰靠条形泡校正。精度大约在22＂。而水泡的刻线只是定性而非定量标准。

本云台除了万向球是动配合，其余全部固定死，避免随机的偶然误差。设计中特别关注万向轴的整体重量平衡，首先做到旋转锁定结构和水准泡(3)与放大镜(2)组件力矩均衡。加重垂体配重及其联杆长度。

值得一提得是水准泡组件，其作用与通常的水准仪之水准泡不同，它显示本云台的系统误差，提供校正系数。水准泡透明罩上带刻度的十字线，每格为0.1mm，经放大镜放大观察清淅。在总装完毕后，利用光点偏移法，描制出旋转角度——水准泡偏移曲线，使测量精度大大提高。

当然，结构精度是测量精度的基础。主要是仪器座与仪器座托接触面的平面度(光洁度次之)；这两个平面与万向轴的垂直度；万向轴的直线度。否则差之秋毫，则失之千里。

为了简化加工，减轻重量，降低成本，除了垂体配重仍用金属材料，其它可以用塑料注射或热固成形。