[发明专利]一种超高真空环境下紧凑型高精度多维旋转机构

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种可在超高真空条件下使用的紧凑型高精度多维旋转机构，主要应用于精密机械、光学设备、医疗器械设备、机器人、运动模拟、机械制造、自动化装配设备、精密加工与测量等领域。尤其适用于等离子体物理实验装置中的诊断设备、光学调整设备、真空镀膜机内部靶板或样品台、以及各类真空和超高真空条件下的高精度多维旋转机构。

背景技术

高真空和超高真空装置内部的器件高精度多维旋转运动导入一直是光学、真空设备和等离子体诊断设备领域的一大难题。难点主要体现在真空密封与部件的运动传递之间的矛盾，空间自由转动任意指定角度精度的伺服控制，超高真空条件对室内材料的限制和无油无脂“绝对干净”的要求，运动精度的保证，以及结构不够紧凑真空室内部空间占用太大等。

发明内容

本发明的目的是为了弥补已有技术的不足，提供了一种超高真空环境下紧凑型高精度多维旋转机构，该机构可与各类真空腔体或容器实现超高真空密封安装以及可精确计算并控制的空间多维角度旋转,整套机构可分为旋转云台、极向旋转组件和环向旋转组件三大部分组成，每套旋转组件分别由传动机构和伺服运动系统构成。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种超高真空环境下紧凑型高精度多维旋转机构，包括有的相互配合安装的云台旋转组件、极向旋转组件和环向旋转组件，所述云台旋转组件包括有旋转云台，所述旋转云台的背面安装有云台推动块，旋转云台的两侧分别安装云台旋转轴；所述极向旋转组件包括有安装到云台推动块上的极向推动连杆，所述极向推动连杆的另一端安装在极向轴承座上，且极向轴承座中转动安装有极向推动杆，所述极向推动杆的末端焊接有极向推杆法兰，所述极向推杆法兰与极向波纹管组件用无氧铜超高真空密封垫保持密封连接，并与极向运动连接件硬性连接紧固，所述极向运动连接件由其后端的极向直线运动模组驱动；所述环向旋转组件包括有云台框架，所述云台框架的后端安装有环形旋杆，所述环形旋杆的末端安装有环形推杆，所述环形推杆的末端焊接有环形推杆法兰，所述环形推杆法兰与环向波纹管组件用无氧铜超高真空密封垫保持密封连接，并与环向运动连接件硬性连接紧固，所述环向运动连接件由其后端的环向直线运动模组驱动，所述环形推杆的中部由旋杆支撑组件支撑；所述云台框架与旋转云台配合安装，所述极向推动连杆从环形旋杆的内部穿过，且极向推动连杆与环形旋杆配合的末端处安装有真空容器壁或真空法兰，所述真空容器法兰使其左端云台旋转组件以及部分极向旋转组件和环向旋转组位于真空环境内。

所述的云台转动轴采用紧配合的安装方式装配进云台侧面，，云台转动轴另一端为安装陶瓷轴承用的装配面，末端设计有可用于拆卸云台转动轴的螺纹孔；所述陶瓷轴承使用的材料为可在真空环境下使用的自润滑陶瓷轴承，优先选用氮化硼材料的小游隙轴承，所述极向旋转轴承采用成对安装的角接触球轴承，环向旋转轴承采用深沟球轴承。

所述的极向推动连杆与云台推动块用小间隙配合零件连接销杆安装连接，极向推动连杆另外一端用连接销杆与极向轴承座安装连接，所述极向轴承座下部安装极向陶瓷轴承，并用轴承挡板限制轴承和极向推动杆的轴向位移；所述的连接销杆与极向轴承座和极向推动连杆之间以及所有需要连接的连杆之间的配合间隙为0.03—0.04mm；

所述的云台框架两侧安装环向陶瓷轴承和轴承盖，轴承内孔安装云台旋转轴，云台框架在云台的环向旋转轴线处开有安装孔，安装推杆滑动垫并由环向杆连接压紧，环向杆连接焊接在环向旋杆上。

所述的推杆滑动垫的材料为可在超高真空环境下使用的自润滑材料聚四氟乙烯，靠紧配合的安装方式安装进云台框架轴线处安装孔里，同时内径与极向推动杆前部间隙配合，所述推杆滑动垫安装孔与云台框架两侧轴承安装孔的垂直度好于0.02mm，两轴承安装孔同心度好于0.02mm。。

所述的环向旋杆为一段空心的不锈钢管，通过环向杆连接和云台框架带动旋转云台做环向转动，环向旋杆的另一端安装有轴杆支撑垫和轴杆挡圈，轴杆支撑垫为聚四氟乙烯材料，内穿极向推动杆，允许极向推动杆在环向旋杆内部沿轴向运动而限制其径向运动。

所述的环向旋杆安装在两个旋杆支撑组件里，所述的旋杆支撑组件是安装在真空室内部的两个支撑组件，通过调整旋杆支撑组件的水平和上下四个位移来调节位置和方向。