阅读说明：本技术 用于高真空科学实验装置的同心圆三维电动步进扫描系统 (Concentric circle three-dimensional electric step scanning system for high-vacuum scientific experimental device ) 是由 吴启东 于 2020-07-01 设计创作，主要内容包括：本发明公开了用于高真空科学实验装置的同心圆三维电动步进扫描系统,包括旋转环、旋转头组件、90度直角转接器、旋转驱动器组件,所述旋转头组件设置有多组,且旋转头组件安装在旋转环上,所述90度直角转接器的一端连接旋转环,所述90度直角转接器的另一端连接旋转驱动器组件,所述旋转驱动器组件通过90度直角转接器改变动力方向,本发明通过本地控制器及远程上位机可实现同心圆三维快速电动步进扫描,设计结构紧凑,密封性强,体积小,移动精度高,同时便于根据实际情况测量要求跟换相对应探头以满足测量要求。(The invention discloses a concentric circle three-dimensional electric stepping scanning system for a high-vacuum scientific experimental device, which comprises a rotating ring, a rotating head assembly, a 90-degree right-angle adapter and a rotating driver assembly, wherein the rotating head assembly is provided with a plurality of groups, the rotating head assembly is arranged on the rotating ring, one end of the 90-degree right-angle adapter is connected with the rotating ring, the other end of the 90-degree right-angle adapter is connected with the rotating driver assembly, and the rotating driver assembly changes the power direction through the 90-degree right-angle adapter.)

用于高真空科学实验装置的同心圆三维电动步进扫描系统

技术领域

本发明涉及扫描系统技术领域，具体为用于高真空科学实验装置的同心圆三维电动步进扫描系统。

背景技术

目前前沿物理中磁约束聚变等离子体装置如磁镜，同轴枪，等离子体源的科研投入力度越来越大，科研精度要求也越来越高，诸多装置对多尺度多维度参数扫描需求也越来越高。在现有的测量结构为单头，测量单一无法满足多头同平面位置测量要求，严重影响测量数据，为此，我们提出用于高真空科学实验装置的同心圆三维电动步进扫描系统。

发明内容

本发明的目的在于提供用于高真空科学实验装置的同心圆三维电动步进扫描系统，通过本地控制器及远程上位机可实现同心圆三维快速电动步进扫描，设计结构紧凑，密封性强，体积小，移动精度高，同时便于根据实际情况测量要求跟换相对应探头以满足测量要求。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：用于高真空科学实验装置的同心圆三维电动步进扫描系统，包括旋转环、旋转头组件、90度直角转接器、旋转驱动器组件，所述旋转头组件设置有多组，且旋转头组件安装在旋转环上，所述90度直角转接器的一端连接旋转环，所述90度直角转接器的另一端连接旋转驱动器组件，所述旋转驱动器组件通过90度直角转接器改变动力方向。

优选的，所述旋转环包括外壳固定座、外壳固定环盖、主齿轮环、传动齿轮轴、轴承、外壳固定连接柱、主齿轮轴承固定柱、万向联轴器和电缆支架。

优选的，所述外壳固定环盖罩设在外壳固定座上，且外壳固定座和外壳固定环盖之间形成环形腔，所述主齿轮环和电缆支架位于环形腔内，且安装在外壳固定座上，所述电缆支架位于主齿轮环的内环圈内；

所述外壳固定环盖通过外壳固定连接柱安装在外壳固定座上，且外壳固定连接柱设有多组，所述轴承安装在传动齿轮轴的顶端，且传动齿轮轴的底端安装在外壳固定座上，所述传动齿轮轴上套设有齿轮环，所述传动齿轮轴上的齿轮环与主齿轮环啮合，所述万向联轴器安装在传动齿轮轴上，且万向联轴器凸出设置在外壳固定座表面。

优选的，所述旋转头组件包括旋转头固定座、旋转头支架、旋转头端板、旋转头、旋转头对接螺母、旋转头直齿条、旋转头固定轴、旋转头丝杆、旋转头丝杆螺母、旋转头连接齿轮和旋转头轴承。

优选的，所述旋转头固定座通过螺栓安装在旋转头支架上，所述旋转头直齿条位于旋转头固定座的开口通槽内，所述旋转头直齿条套接在旋转头丝杆螺母的外壁，所述旋转头丝杆螺母螺纹连接在旋转头丝杆上，所述旋转头丝杆的尾端连接旋转头连接齿轮后插接在旋转头固定座上，所述旋转头丝杆位于旋转头丝杆螺母的上下两端位置均安装有旋转头轴承，所述旋转头端板通过螺栓固定在旋转头固定座的顶端，所述旋转头通过两组旋转头固定轴活动安装在旋转头固定座上，且旋转头底座上的齿痕与旋转头直齿条啮合；

所述旋转头的顶端安装有旋转头对接螺母，所述旋转头固定轴与旋转头固定座上的安装孔之间也设置有旋转头轴承，所述旋转头端板安装在旋转头固定座后，旋转头丝杆的端部***旋转头端板的通孔中。

优选的，所述90度直角转接器包括转接器外壳、转接器盖板、转接器锥齿轮、转接器联轴杆A、转接器联轴杆B、转接器轴承、转接器卡簧、转接器连接块A、转接器加长杆、转接器联轴器、转接器连接块B、转接器固定筒。

优选的，所述转接器联轴杆A和转接器联轴杆B的一端贯穿并延伸至转接器外壳内部，且转接器联轴杆A延伸至转接器外壳内部的端部安装有转接器锥齿轮，所述转接器联轴杆A和转接器联轴杆B的转接器锥齿轮处于垂直状态，且转接器联轴杆A和转接器联轴杆B的转接器锥齿轮之间之间相互啮合，所述转接器联轴杆A和转接器联轴杆B与转接器外壳之间安装有转接器轴承和转接器卡簧，所述转接器外壳上安装有转接器盖板；

所述转接器加长杆的两端均安装有转接器联轴器，所述转接器加长杆一端通过转接器联轴器与转接器联轴杆B连接，所述转接器固定筒罩设在转接器加长杆***，所述转接器固定筒的一端通过转接器连接块A安装在转接器外壳上，所述转接器固定筒的另一端安装有转接器连接块B。

优选的，所述旋转驱动器组件包括旋转驱动器法兰、旋转驱动器齿轮环轴承、旋转驱动器齿轮环、旋转驱动器齿轮环盖、旋转驱动器密封齿轮传动轴、O型圈、旋转驱动器轴承A、旋转驱动器轴承B、旋转驱动器密封齿轮传动轴螺母、旋转驱动器减速齿轮、旋转驱动器减速齿轮轴承固定螺钉和旋转驱动器。

优选的，所述旋转驱动器的输出轴连接旋转驱动器密封齿轮传动轴的一端，所述旋转驱动器减速齿轮设有三组，且三组旋转驱动器减速齿轮均与旋转驱动器密封齿轮传动轴啮合，所述旋转驱动器减速齿轮通过旋转驱动器减速齿轮轴承固定螺钉安装在旋转驱动器法兰上，所述旋转驱动器密封齿轮传动轴的另一端贯穿旋转驱动器法兰，且旋转驱动器密封齿轮传动轴贯穿旋转驱动器法兰的两端分别安装有旋转驱动器轴承A和旋转驱动器轴承B，所述O型圈套设在旋转驱动器密封齿轮传动轴上方，所述旋转驱动器密封齿轮传动轴的尾端安装旋转驱动器密封齿轮传动轴螺母；

所述旋转驱动器齿轮环轴承安装在旋转驱动器法兰的环形槽内，且旋转驱动器齿轮环安装在旋转驱动器齿轮环轴承的内环壁上，所述旋转驱动器齿轮环盖覆盖旋转驱动器齿轮环后固定在旋转驱动器法兰上。

优选的，所述旋转头连接齿轮与主齿轮环啮合，所述转接器加长杆另一端通过转接器联轴器与旋转驱动器密封齿轮传动轴连接，所述转接器联轴杆A与万向联轴器连接。

本发明提供了用于高真空科学实验装置的同心圆三维电动步进扫描系统，具备以下有益效果：

(1)本发明通过固定组合式齿轮传动精密配合，在高真空下利用环形结构做支撑，环阵列式骨架同时90度扇形快速推进的三维测量控制系统，该系统通过旋转环、旋转头组件、直角转接器和旋转驱动器组件，可以控制多个测量骨架在垂直面同时扇形移动，移动过程中测量点可以时刻保持在一个圆面上，并且该骨架结构可以停留在活动范围内的任意角度上，扫掠整个活动范围可以获得扫描区间可以构成一个圆台结构，根据测量物体(如等离子体)的对称性和连续性可以反演出三维参数变化结果，且回程差小于0.1mm，可以同时精确控制内部探针头的移动距离，非常便捷测量装置参数的角向，径向以及轴向的三维分布结构，为科研工作提供便利。

(2)本发明采用环向步进框架结构，支持角向不对称分布但是任意时刻探头都能在一个圆面上，可以根据实验条件不同设计成非均匀分布，可塑性极大，且另外环向分布可步进金属杆可达15个，最小角度可达0度，最大角度可达90度，往返角度为180度；远小于装置法兰分布角度，对实验参数的收集量也很富足。

(3)本发明的可移植性非常强，结构系统大小范围可以在50cm内,可以应用在大中小型装置上面。另外该系统可以通过真空外部电机进行软件一键，节省了人力和时间，大大提高了实验效率，

(4)本发明通过本地控制器及远程上位机可实现同心圆三维快速电动步进扫描，设计结构紧凑，密封性强，体积小，移动精度高，同时便于根据实际情况测量要求跟换相对应探头以满足测量要求。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的旋转环***结构示意图；

图3为本发明的旋转环俯视结构示意图；

图4为本发明的图3中A-A处剖面结构示意图；

图5为本发明的旋转头组件***图结构示意图；

图6为本发明的旋转头组件整体结构示意图；

图7为本发明的旋转头组件剖面结构示意图；

图8为本发明的90度直角转接器***图结构示意图；

图9为本发明的90度直角转接器整体结构示意图；

图10为本发明的图9中A-A处剖面结构示意图；

图11为本发明的旋转驱动器组件***图结构示意图；

图12为本发明的旋转驱动器外观结构示意图；

图13为本发明的图12中A-A处剖面结构示意图。

图中：100、旋转环；200、旋转头组件；300、90度直角转接器；400、旋转驱动器组件；

1、外壳固定座；2、外壳固定环盖；3、主齿轮环；4、传动齿轮轴；5、轴承；6、外壳固定连接柱；7、主齿轮轴承固定柱；8、万向联轴器；9、电缆支架；10、旋转头固定座；11、旋转头支架；12、旋转头端板；13、旋转头；14、旋转头对接螺母；15、旋转头直齿条；16、旋转头固定轴；17、旋转头丝杆；18、旋转头丝杆螺母；19、旋转头连接齿轮；20、旋转头轴承；21、转接器外壳；22、转接器盖板；23、转接器锥齿轮；24、转接器联轴杆A；25、转接器联轴杆B；26、转接器轴承；27、转接器卡簧；28、转接器连接块A；29、转接器加长杆；30、转接器联轴器；31、转接器连接块B；32、转接器固定筒；33、旋转驱动器法兰；34、旋转驱动器齿轮环轴承；35、旋转驱动器齿轮环；36、旋转驱动器齿轮环盖；37、旋转驱动器密封齿轮传动轴；38、O型圈；39、旋转驱动器轴承A；40、旋转驱动器轴承B；41、旋转驱动器密封齿轮传动轴螺母；42、旋转驱动器减速齿轮；43、旋转驱动器减速齿轮轴承固定螺钉；44、旋转驱动器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1-13所示，本发明提供一种技术方案：用于高真空科学实验装置的同心圆三维电动步进扫描系统，包括旋转环100、旋转头组件200、90度直角转接器300、旋转驱动器组件400，所述旋转头组件200设置有多组，且旋转头组件200安装在旋转环100上，所述90度直角转接器300的一端连接旋转环100，所述90度直角转接器300的另一端连接旋转驱动器组件400，所述旋转驱动器组件400通过90度直角转接器300改变动力方向。

所述旋转环100包括外壳固定座1、外壳固定环盖2、主齿轮环3、传动齿轮轴4、轴承5、外壳固定连接柱6、主齿轮轴承固定柱7、万向联轴器8和电缆支架9。

所述外壳固定环盖2罩设在外壳固定座1上，且外壳固定座1和外壳固定环盖2之间形成环形腔，所述主齿轮环3和电缆支架9位于环形腔内，且安装在外壳固定座1上，所述电缆支架9位于主齿轮环3的内环圈内；

所述外壳固定环盖2通过外壳固定连接柱6安装在外壳固定座1上，且外壳固定连接柱6设有多组，所述轴承5安装在传动齿轮轴4的顶端，且传动齿轮轴4的底端安装在外壳固定座1上，所述传动齿轮轴4上套设有齿轮环，所述传动齿轮轴4上的齿轮环与主齿轮环3啮合，所述万向联轴器8安装在传动齿轮轴4上，且万向联轴器8凸出设置在外壳固定座1表面。

所述旋转头组件200包括旋转头固定座10、旋转头支架11、旋转头端板12、旋转头13、旋转头对接螺母14、旋转头直齿条15、旋转头固定轴16、旋转头丝杆17、旋转头丝杆螺母18、旋转头连接齿轮19和旋转头轴承20。

所述旋转头固定座10通过螺栓安装在旋转头支架11上，所述旋转头直齿条15位于旋转头固定座10的开口通槽内，所述旋转头直齿条15套接在旋转头丝杆螺母18的外壁，所述旋转头丝杆螺母18螺纹连接在旋转头丝杆17上，所述旋转头丝杆17的尾端连接旋转头连接齿轮19后插接在旋转头固定座10上，所述旋转头丝杆17位于旋转头丝杆螺母18的上下两端位置均安装有旋转头轴承20，所述旋转头端板12通过螺栓固定在旋转头固定座10的顶端，所述旋转头13通过两组旋转头固定轴16活动安装在旋转头固定座10上，且旋转头13底座上的齿痕与旋转头直齿条15啮合；

所述旋转头13的顶端安装有旋转头对接螺母14，所述旋转头固定轴16与旋转头固定座10上的安装孔之间也设置有旋转头轴承20，所述旋转头端板12安装在旋转头固定座10后，旋转头丝杆17的端部***旋转头端板12的通孔中。

所述90度直角转接器300包括转接器外壳21、转接器盖板22、转接器锥齿轮23、转接器联轴杆A24、转接器联轴杆B25、转接器轴承26、转接器卡簧27、转接器连接块A28、转接器加长杆29、转接器联轴器30、转接器连接块B31、转接器固定筒32。

所述转接器联轴杆A24和转接器联轴杆B25的一端贯穿并延伸至转接器外壳21内部，且转接器联轴杆A24延伸至转接器外壳21内部的端部安装有转接器锥齿轮23，所述转接器联轴杆A24和转接器联轴杆B25的转接器锥齿轮23处于垂直状态，且转接器联轴杆A24和转接器联轴杆B25的转接器锥齿轮23之间之间相互啮合，所述转接器联轴杆A24和转接器联轴杆B25与转接器外壳21之间安装有转接器轴承26和转接器卡簧27，所述转接器外壳21上安装有转接器盖板22；

所述转接器加长杆29的两端均安装有转接器联轴器30，所述转接器加长杆29一端通过转接器联轴器30与转接器联轴杆B25连接，所述转接器固定筒32罩设在转接器加长杆29***，所述转接器固定筒32的一端通过转接器连接块A28安装在转接器外壳21上，所述转接器固定筒32的另一端安装有转接器连接块B31。

所述旋转驱动器组件400包括旋转驱动器法兰33、旋转驱动器齿轮环轴承34、旋转驱动器齿轮环35、旋转驱动器齿轮环盖36、旋转驱动器密封齿轮传动轴37、O型圈38、旋转驱动器轴承A39、旋转驱动器轴承B40、旋转驱动器密封齿轮传动轴螺母41、旋转驱动器减速齿轮42、旋转驱动器减速齿轮轴承固定螺钉43和旋转驱动器44。

所述旋转驱动器44的输出轴连接旋转驱动器密封齿轮传动轴37的一端，所述旋转驱动器减速齿轮42设有三组，且三组旋转驱动器减速齿轮42均与旋转驱动器密封齿轮传动轴37啮合，所述旋转驱动器减速齿轮42通过旋转驱动器减速齿轮轴承固定螺钉43安装在旋转驱动器法兰33上，所述旋转驱动器密封齿轮传动轴37的另一端贯穿旋转驱动器法兰33，且旋转驱动器密封齿轮传动轴37贯穿旋转驱动器法兰33的两端分别安装有旋转驱动器轴承A39和旋转驱动器轴承B40，所述O型圈38套设在旋转驱动器密封齿轮传动轴37上方，所述旋转驱动器密封齿轮传动轴37的尾端安装旋转驱动器密封齿轮传动轴螺母41；

所述旋转驱动器齿轮环轴承34安装在旋转驱动器法兰33的环形槽内，且旋转驱动器齿轮环35安装在旋转驱动器齿轮环轴承34的内环壁上，所述旋转驱动器齿轮环盖36覆盖旋转驱动器齿轮环35后固定在旋转驱动器法兰33上。

所述旋转头连接齿轮19与主齿轮环3啮合，所述转接器加长杆29另一端通过转接器联轴器30与旋转驱动器密封齿轮传动轴37连接，所述转接器联轴杆A24与万向联轴器8连接，进行动力传输和联动。

需要说明的是，用于高真空科学实验装置的同心圆三维电动步进扫描系统，在工作时，根据旋转头组件200可实现0～90度直角反转运动，因旋转头组件200内部齿轮与丝杆配合机械原理完成运动方式，旋转头组件200组装好后分别按装于旋转环100对应位置，旋转环100内部的主齿轮环3与旋转头连接齿轮19成完齿轮配合，旋转环100主齿轮环3动运后带动旋转头组件200分别按装在旋转环100上的所有旋转齿轮与丝杆运动，从而实现旋转头组件200联动。旋转环100主齿轮环3与旋转环100上的传动齿轮轴4齿轮配合，传动齿轮轴4与联轴器8配合，完成动力输入与外部动力连接。90度直角转接器300的一端与旋转环100输出的联轴器8连接，另一端与旋转驱动器组件400真空腔体内部端口连接，从而实现同心圆三维快速电动步进扫描系统动力输入与腔体内部组成与外部密封，同心圆三维快速电动步进扫描系统通过外部旋转驱动器驱动动力带动90度直角转接器300输入到旋转环100主齿轮环3上，带动旋转头组件200机械运动，从而实现了同心圆三维快速电动步进扫描系统内部测量。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。