亞微米級精密升降裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種亞微米級升降裝置，屬于微位移技術領域。
【背景技術】
[0002]作為精密機械與精密儀器的關鍵技術之一——微位移技術，近年來隨著電子技術、宇航、生物工程等學科的發展而迅速發展起來。尤其隨著微電子技術向大規模集成電路和超大規模集成電路方向發展和微機械的研宄，微位移機構得到迅猛發展，并得到廣泛應用。尤其是在光學與電子工程、精密工程、航天技術、生物工程、微電子系統、納米技術等領域，人們對于精密機械和精密儀器的分辨率和精度要求越來越高，精密微位移機構作為其核心部件，它的精度極大地制約了精密機械和精密儀器的發展。另外隨著科技的發展，將會有更多的領域需要精密的微位移技術，例如:光線對接、微細加工、微型機器人裝配等。
[0003]目前，常用的精密微位移裝置主要有如下幾種:
I)直線電機式微位移機構
直線電機具有任意的調節行程，無限的位移分辨率的優點。在利用空氣軸承微步進直線電機作為驅動件產生微位移時，由于簡化了系統的結構，從而避免了由于中間環節的彈性變形、間隙、磨損和發熱等因素帶來的運動誤差，故這種微位移機構最明顯的優點是響應快、可達到瞬時高加速度和減速度。為此，它的快速進給速度達到2.5m/s以上，幾乎在瞬間可加速到幾個重力加速度。在高加速度時，通常可產生幾個牛頓推力。在常載下可達到Iym以內的重復定位精度。另使用直線電機的伺服系統具有較大的剛度和較小的外形尺寸，在計算機控制的精密車削和磨削加工中得到成功的應用。但是，直線電機目前還存在著成本較高、發熱較嚴重、控制系統較復雜等問題，故應用還受到一定限制。但是，隨著科學技術的發展，直線電機的上述問題將得到解決，直線電機式微位移機構將會得到廣泛的應用。
[0004]2)機械傳動式微位移機構
機械傳動式微位移機構主要利用螺旋機構、杠桿機構、楔塊機構、凸輪機構、彈性機構以及它們的組合機構實現微位移。機械傳動式微位移機構出現最早，技術相對成熟，具有較好的分辨率，但由于機構間隙、摩擦磨損以及爬行等原因，導致精度靈敏度都難以達到高精度的要求。
[0005]3)扭輪摩擦傳動式微位移機構
它是利用扭輪摩擦傳動來實現微位移的機構。一般的摩擦傳動方式，是將驅動摩擦輪展開為直線運動，運動分辨率有限。當將摩擦副的主動輪與從動桿的母線交角從直角減小到一個很小角度時，此時形成的摩擦副即為扭輪摩擦副，而所形成的機構也就稱為扭輪摩擦傳動式機構。它可以得到很小的導程和納米級的運動分辨率和定位精度，且有運動平穩、無間隙和無爬行等優點。它可應用于許多超精密傳動領域。一般的扭輪摩擦傳動方式是將驅動摩擦輪展開為直線運動，運動分辨率有限。
[0006]4)彈性變形傳動式微位移機構
這種機構結構簡單，可獲得較高的分辨率；定位精度較低。由于輸入位移是步進的，故易產生過渡性振蕩，不適于要求動態響應的場合，可用于高精度測量技術及光學零件的精密調整機構等。
[0007]5)壓電元件式微位移機構
本機構利用壓電元件(陶瓷)的逆壓電效應來實現微位移。改變輸人電壓的大小即可得到不同的微位移，避免了機械結構造成的誤差，故具有結構簡單、尺寸小、分辨率極高(可達納米級)、發熱少、無雜散電磁場、便于遙控、能實現自動微量進給、有較好的動特性和有很高的響應頻率(響應時間達10ys)等優點。但是壓電陶瓷的缺點是變形量小，即壓電微位移器件在施加較高電壓時，行程仍很小。且壓電材料驅動器激勵應變量比較小，一般是300微應變，壓電陶瓷的極限不超過700微應變。所以，為在較低電壓下產生較大位移量，除采用壓電系數大的材料外，大多需要位移放大機構。
[0008]綜上，截至目前為止，能夠輸出足夠動力的精密微位移裝置結構都較為復雜，并涉及到輔助控制系統，成本較高。因此，亟需一種結構簡單、調整方便、能夠滿足高精度要求并且經濟成本低廉的精密微位移裝置。
【發明內容】
[0009]本發明的目的是提供一種亞微米級精密升降裝置，它具有較高的靈敏度和靈活性，結構簡單、調整方便、能夠達到亞微米級精度，且成本低廉。
[0010]本發明解決上述問題采取的技術方案分別是:
本發明的亞微米級精密升降裝置，包括基座、螺旋機構、楔塊機構及鎖緊機構；所述的螺旋機構包括微分頭支座、滾針導向器、聯軸器、微分頭及微分頭鎖緊套環；所述的楔塊機構包括Z向滑塊、X向滾動導軌一、X向滾動導軌滑塊一、滑塊連接板、X向滑塊、X向滾動導軌二及X向滾動導軌滑塊二 ；所述的鎖緊機構包括兩個滾珠導套、兩個導桿鎖緊套環、兩個導桿鎖緊支架及兩個升降導桿；
所述的基座上固定有X向滾動導軌一，所述的X向滾動導軌滑塊一與X向滾動導軌一滑動連接；基座上設有兩個平臺，所述的兩個平臺位于X向滾動導軌一的外側，兩個平臺相對于基座的X向中心線對稱設置，每個平臺上均設有一個安裝孔，每個所述的安裝孔內匹配裝有一個滾珠導套，所述的兩個導桿鎖緊支架沿X向固定在基座上；每個導桿鎖緊支架上端中部設有軸孔，軸孔的側壁沿軸向開縫，每個軸向開縫的軸孔內分別固定裝有一個所述的導桿鎖緊套環，導桿鎖緊套環與滾珠導套同軸設置；所述的X向滑塊的下端面為水平面且與X向滾動導軌滑塊一固接，X向滑塊的上端面為斜面，X向滑塊的斜面與所述的滑塊連接板貼合并固接，X向滑塊的后端中部與所述的滾針導向器連接；所述的Z向滑塊的上端面為水平面，Z向滑塊的下端面為斜面，Z向滑塊的斜面與所述的X向滾動導軌二貼合且固接，X向滾動導軌二與所述的X向滾動導軌滑塊二滑動連接，X向滾動導軌滑塊二的下端面與滑塊連接板上端面貼合且固接，由Z向滑塊和X向滑塊組成楔形滑塊；z向滑塊下端面與所述的兩個升降導桿固接，兩個升降導桿各與相對應的滾珠導套和導桿鎖緊套環相配合；基座的后端固定有所述的微分頭支座，微分頭支座上設有安裝孔，微分頭支座的安裝孔內固定有所述的微分頭鎖緊套環，所述的微分頭通過微分頭鎖緊套環鎖緊固定，微分頭的輸出桿通過聯軸器與滾針導向器相連。
[0011]本發明相對于現有技術的有益效果是: 1、本發明通過微分頭的直線運動，推動X向滑塊沿X向滾動導軌移動，通過相對運動以及Z向的升降導桿和滾珠導套的限制作用把X方向的運動轉換為Z方向的運動，工作臺面上升。微分頭通過一個聯軸器和一個滾針導向器于水平滑動的X向滑塊相連。在工作臺面上升或下降過程中，微分頭在伸縮的同時會產生旋轉，通過這個聯軸器和滾針導向器，可以只將微分頭的伸縮運動即X向的運動輸出給水平滑動的X向滑塊，X向滑塊通過X向滾動導軌二與豎直滑動的Z向滑塊相連，從而保證將微分頭的伸長或收縮實時地傳遞給工作臺面，使其完成上升或下降運動。因此本發明屬于機械傳動式微位移機構，由楔塊機構和螺旋機構組成螺旋微位移機械結構，若采用市面上普通的微分頭進行驅動，微分頭每轉一小格，X向滑塊會移動0.0lmm，楔形滑塊的斜面斜度為1:10，所以Z向位移分辨率可達I μπι，提高了位移分辨率。
[0012]2、滾動導軌和滾珠導套相配合使用，提高了裝置的靈活性。鎖緊螺釘夾緊鎖緊導桿鎖緊套環的工作位置固定模式，增加了裝置的工作可靠性和使用壽命。
[0013]3、機構通過一個1:10的斜面將X向的水平運動轉化成為Z向的豎直運動，所以可將尾端線性促動器的精度提高十倍。即若尾端固定有一個微米級的線性促動器如微米級的微分頭時，通過1:10的斜面便可將裝置精度提高到亞微米級。
[0014]本發明主要用于亞微米級Z向高度調整。具體應用:若在其上安裝超聲刀架、快速伺服刀架或者直接安裝車刀，可用于高精度的對刀；若安裝光纖設備，可用于高精度的光纖對準。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發明的亞微米級精密升降裝置的主剖視圖；
圖2是圖1的俯視圖；
圖3是圖1的左視圖；
圖4是圖3的P向視圖；
圖5是本發明的亞微米級精密升降裝置的爆炸視圖；
圖6是微分頭鎖緊套環的主視圖；
圖7是圖6的俯視圖；
圖8是導桿鎖緊套環的主視圖；
圖9是圖8的俯視圖。
[0016]上述圖中涉及到的部件名稱及標號分別為:
基座1、平臺1-1、滾珠導套2、鎖緊螺釘3、導桿鎖緊套環4、導桿鎖緊支架5、升降導桿
6、微分頭支座7、滾針導向器8、聯軸器9、微分頭10、微分頭鎖緊套環11、上保護罩12、下保護罩13、Ζ向滑塊14、Χ向滾動導軌一 15、Χ向滾動導軌滑塊一 16、滑塊連接板17、Χ向滑塊18、X向滾動導軌二 19、X向滾動導軌滑塊二 20。
【具體實施方式】
[0017]下面將結合附圖對本發明做進一步的詳細說明:本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式，但本發明的保護范圍不限于下述實施例。
[0018]【具體實施方式】一:如圖1~圖5所示，亞微米級精密升降裝置，包括基座1、螺旋機構、楔塊機構及鎖緊機構；所述的螺旋機構包括微分頭支座7、滾針導向器8、聯軸器9、微分頭10及微分頭鎖緊套環11 ;所述的楔塊機構包括Z向滑塊14、X向滾動導軌一 15、X向滾動導軌滑塊一 16、滑塊連接板17、X向滑塊18、X向滾動導軌二 19及X向滾動導軌滑塊二20 ;所述的鎖緊機構包括兩個滾珠導套2、兩個導桿鎖緊套環4、兩個導桿鎖緊支架5及兩個升降導桿6 ；
所述的基座I上固定有X向滾動