[发明专利]一种三轴调平装置及其应用

说明书

本发明属于水平面调节技术领域，具体的涉及一种可应用于要求调平的光学系统，光学测试系统，电学系统，电学测试系统，物理实验的水平台等的三轴调平装置。三轴调平装置包括底座（1）、轴向位移电机（2）、电机控制器（3）、平台（4）、两轴倾角传感器（5）、电机控制器遥控（6），本发明两轴倾角传感器读取的角度变化值，传递给电机控制器，经计算获得各个支撑点需要调节的高度，驱动轴向位移电机实现精确调整。最终实现上表面角度误差小于0.03度。相比于传统手动三轴调平系统，本发明响应速度高，调整准确，无人为误差，同时可以有效避免传统手动调平过程中对需要置平设备的干扰。

技术领域

本发明属于水平面调节技术领域，具体的涉及一种可应用于要求调平的光学系统，光学测试系统，电学系统，电学测试系统，物理实验的水平台等的三轴调平装置。

背景技术

在光学，电学及相关测试中，经常要用到水平面，传统的水平面多采用气浮形式，即在两个平面间插入多个充有空气的气垫，气垫与气泵连接，气垫可以吸收绝大部分来自地面的震动，同时调节水平也较为简单，只需要调节各个气垫的充气量就可实现上平面的调平；但气浮调平适合体积较大，整体需要调平的系统，对于不需要整体调平，或仅部分需要调平的光学、电学及相关测试系统来说，气浮调平就显得有些 “大材小用”；且狭窄空间上，尤其是两平面的竖直间距大于水平面所需长度或宽度时，采用气浮调平方式支撑性反而没有保证，整个系统会出现头重脚轻的问题，容易出现侧倾，甚至倾倒，气浮调平系统价格较高，成本昂贵。所以，对于小尺寸需要调平的系统，一般采用三轴调平的方式，即在两平面间支撑三根丝杠，或一个固定杠加两根丝杠，丝杠下端支撑在底面，中间部分通过螺纹连接上表面，在上表面放置水平液泡。通过观察液泡位置，手动调整丝杆的伸缩，实现上表面的调平。此方法对于精度要求不高的系统可以满足要求，但对于高精度系统，此方法就不适用了。由于液体粘滞特性及张力作用，导致液泡不能准确响应上表面的倾角变化；而且液泡中心位置对准的认定，受观察者及观察者位置影响，随机性和系统误差都很大。在手调过程中存在触碰需要置平设备的风险，操作非常不友好。针对此问题，本发明很好的做出了解决。本发明采用两轴倾角传感器读取水平面的倾角值，其精度高达0.01度。在角度调节上，采用高精度轴向位移电机。两轴倾角传感器读取的角度变化值，传递给电机控制器，经计算获得各个支撑点需要调节的高度，驱动轴向位移电机实现精确调整。最终实现上表面角度误差小于0.03度。相比于传统手动三轴调平系统，该发明响应速度高，调整准确，没有人为误差，同时可以有效避免传统手动调平过程中对需要置平设备的干扰。

发明内容

本发明为了解决上述存在的问题，提供了一种三轴调平装置。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

本发明适合对于震动要求较弱的电学系统，电学测试系统，光学系统，光学测试系统，及物理实验中的水平台，也可以应用在要求设定平面倾角值的测试系统中。本发明包括底座（1）、轴向位移电机（2）、电机控制器（3）、平台（4）、两轴倾角传感器（5）、电机控制器遥控（6）。底座（1）为硬质材料平板结构，可以为金属，硬质塑料或树脂基复合材料，底座（1）可开孔固定于平面物体上或者直接放置于平面物体上，比如桌面或者地面等。轴向位移电机（2）固定在底座（1）上，呈三角排列，其电机轴具有轴向位移特性，沿轴方向伸缩；轴向位移电机（2）单步移动精度为0.05mm。电机控制器（3）通过导线连接轴向位移电机（2），控制轴向位移电机（2）的电机轴伸缩。平台（4）为刚性材料，其上表面高度平整，下底面存在三个锥形孔，锥形孔中心点对应轴向位移电机（2）位移轴的轴心。平台（4）放置在轴向位移电机（2）位移轴顶端。两轴倾角传感器（5）的“零”平面与平台（4）的上表面平行，能够跟随平台（4）的倾角变化，实时获得平台左右方向与绝对水平的夹角X值和前后方向与绝对水平的夹角Y值；两轴倾角传感器（5）角度分辨率优于0.01度，两轴倾角传感器（5）可以与电机控制器（3）通信，提供实时平台倾角X、Y值。电机控制遥控（6），通过无线或有线方式与电机控制器（3）通信，调节三个轴向位移电机（2）位移轴的伸缩。

附图说明