用于同步辐射光束线工程的三维精密调整平台

　　1　引　言

　　同步辐射(Synchrotron Radiation)光束线(Beanline)工程中,需要多种多样的精密调整平台,国内外厂家及专业公司提供了众多品种可供选择[1-4];但是,在 上海同步辐射装置工程插入件前端区预制研究中,需要一种小型化、高精度、承载量大的三维精密调整平台,用于微米量级精度金刚石光束位置监测器(BPM)的 三维精密调整,现有的标准产品均不能满足要求,于是,研制成功了一种用于同步辐射光束线工程的新型三维精密调整平台,达到工程预研需求,并通过国内专家鉴 定,该设备也可用于其他光学精密机械实验室中。

　　2　设计目标

　　三维精密调整平台的性能技术指标:

　　①行程:12.7mm(垂直和水平方向)

　　定位精度:10μm

　　重复定位精度:15μm

　　②回转范围:±2°　分辨率:20″

　　③工作模式:步进电机控制和手动控制

　　④承载量:大于70kg

　　3　技术方案

　　三维精密调整平台采用步进电机驱动实现其三维精密运动,并通过数字电路与软件实现其智能化,同时备有手动工作模式。

　　3.1　结构方案

　　三维精密调整平台的整体结构采用了积木式框架结构。其框图如图1所示。

　　垂直移动部分在下面,其上面是水平移动部分,回转部分在最上面。平台垂直移动的结构采用蜗轮蜗杆机构与精密丝杆机构相结合。根据技术要求,为保 证其定位精度小于10μm,选择步进电机转动一步(1.8°)对应的位移量小于5μm,光栅测量尺的精度为2μm,步进电机的步距误差小于20%;考虑结 构的实施,确定蜗轮蜗杆机构的传动比为20:1,丝杆的螺距为4mm。这样,步进电机的一步动作对应于垂直位移为1μm。该方向配有精度为2μm的光栅尺 实时显示位移的绝对值。为了保证垂直精度,对影响精度的零件精度、传动链侧隙、轴承间隙、结构刚度、连接可靠性等,在设计、加工和装配时予以控制。水平移 动的结构采用了螺距为1mm的精密丝杆机构,并配有精度为2μm的光栅尺。步进电机一步的动作对应的水平位移为5μm。对影响水平定位精度的有关环节,如 传动间隙、轴承游隙、螺母座的固定等采取了一定的措施,提出了较高的要求[5]。方位转角通过由精密丝杆组成的正切机构实现。优化相关的参数,使步进电机 一步动作对应的转角近似为7″,并以实测角度值输入控制系统的软件中,以备调整时予置与显示。平台的体积为:长250mm,宽210mm,高300mm, 实现了大负载下的小体积设计。

　　为了保证移动部件的舒适平稳,所有运动部件的导轨均采用日本THK公司生产的高精度的滚动轴承(包括直线轴承与回转轴承)。在直线轴承处配有可调整轴承游隙的调整机构。