用于精密棒狀物的夾持機構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提出一種超精密的棒狀物夾持機構(gòu)，尤其是用于夾持棒狀鏡等精密棒狀物的夾持機構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]在內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中，有軟鏡，硬鏡和電子鏡。其中硬鏡屬于傳統(tǒng)的內(nèi)窺鏡，在內(nèi)窺鏡市場中占據(jù)了大部分。硬鏡系統(tǒng)由于口徑比較細，為了得到大的視場角，透鏡的焦距比較短，這樣一來，為了把像從探頭處傳輸?shù)紺CD像面上，就需要許多棒狀鏡進行接力傳輸。
[0003]通常這樣的棒狀鏡都是細長的，直徑一般在1.8_到6之間，長度一般是直徑的5倍以上。一般內(nèi)窺鏡系統(tǒng)內(nèi)有5個以上這樣的鏡子，棒狀鏡的中心偏差對光學系統(tǒng)的成像清晰度影響很大，對于目前追求高清的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)來講，控制棒狀鏡的中心偏差到1-2微米的量級是需要的，特別是對于微小元件而言，因為半徑小，更是需要保證這樣的精度。
[0004]目前無論是光學定心和激光定心，如果基于PSD器件，都可以將棒狀鏡的中心偏差檢測到I微米的精度，但是這樣的精度往往需要配套的精密夾持系統(tǒng)來保證，否者保證不了重復夾持的精度。在檢測和膠合階段需要夾持系統(tǒng)，磨邊階段也需要夾持系統(tǒng)。
[0005]目前在加工棒狀鏡的工序中，普遍采用刀柄和芯軸的兩種機械夾持方式來夾持棒狀物。一種是彈性夾頭(如圖1所示)，如Schaublin的Collet夾頭，最小夾持直徑一般可以到
0.5mm，其最高等級的UP系列，重復夾持精度為3-5微米。另外一種比較精密的液壓膨脹夾頭，如德國Schunk公司的液壓膨脹夾頭15(如圖2所示)，重復夾持精度一般在2-3微米之間。液壓膨脹夾頭的夾持精度雖然比較高，但是由于技術(shù)限制，液壓膨脹夾頭最小的夾持直徑一般要大于6mm以上。如果要直接夾持內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的棒狀鏡，顯然無法直接應(yīng)用。所以能用于棒狀鏡的要求重復夾持I微米的系統(tǒng)，目前的夾持技術(shù)都不具備，需要研制新的精密夾持系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006 ]為解決現(xiàn)有棒狀鏡的夾持精度，本發(fā)明提出來一種用于棒狀鏡等精密棒狀物的超精密夾持機構(gòu)，可實現(xiàn)棒狀鏡的精密夾持。
[0007]用于精密棒狀物的夾持機構(gòu)，包括內(nèi)部設(shè)有通孔的夾頭本體，所述通孔內(nèi)安裝有精密棒，夾頭本體的內(nèi)壁設(shè)有膨脹壁，夾頭本體和膨脹壁之間設(shè)有油腔，精密棒貼在膨脹壁上，精密棒與膨脹壁接觸，膨脹壁通過油腔的液壓提供擠壓精密棒的夾持力。
[0008]優(yōu)選的，所述油腔對膨脹壁的液壓膨脹力不均勻造成的誤差用精密棒的直徑差異補償。
[0009]優(yōu)選的，在夾頭本體內(nèi)壁與精密棒接觸的地方設(shè)置有所述的膨脹壁，所述膨脹壁的外表面大小與精密棒和膨脹壁接觸面的大小或相同，或大于或小于。與膨脹壁關(guān)聯(lián)的所述油腔是整個連通的，不管膨脹壁是否連續(xù)。膨脹壁在無加壓時，形狀同其他不設(shè)置膨脹壁的夾頭本體內(nèi)壁一致。
[0010]優(yōu)選的，所述精密棒通過保持架約束在膨脹壁內(nèi)側(cè)。保持架起固定精密棒在相應(yīng)的工作位置的作用，這樣精密棒可以在一定的允許范圍內(nèi)移動，但又不會太偏離理想工作點兒而影響精度。
[0011]優(yōu)選的，還包括用于將精密棒接觸在膨脹壁上的擴張環(huán)，所述精密棒兩端內(nèi)側(cè)設(shè)有凹槽，擴張環(huán)可以嵌在凹槽內(nèi)。
[0012]優(yōu)選的，所述擴張環(huán)具有彈性，其彈性力遠小于液壓膨脹的夾持力。
[0013]優(yōu)選的，所述精密棒為4個，呈90°角分布，精密棒也可以是其他的數(shù)量和分布(也可以用3根成120度角分布，或5根或更多，均勻的分布在棒狀鏡外周)。
[0014]優(yōu)選的，所述精密棒為圓柱體、截面是月牙形的柱體、或圓球體。當精密棒為圓球體時，需要設(shè)置上下至少兩組。
[0015]優(yōu)選的，所述精密棒的直徑為:精密棒直徑d=(夾頭本體通孔直徑dl-精密棒狀物的直徑d2) /2。每個棒的直徑一致性小于0.1微米。
[0016]優(yōu)選的，所述精密棒狀物為棒狀鏡。
[0017]優(yōu)選的，所述通孔底端設(shè)有限位頂針，優(yōu)選頂針頂部有球形的凸起。
[0018]下面對本發(fā)明作進一步的說明:
[0019]本發(fā)明是純機械夾持機構(gòu)，非常適合于夾持細長棒狀物。包括液壓膨脹夾頭(即夾頭本體、膨脹壁以及油腔)，精密棒，保持架。
[0020]本發(fā)明選用的膨脹夾頭的膨脹壁可以是連續(xù)的，也可以說是不連續(xù)的柱狀體。一般的液壓膨脹夾頭，為了追求最大的夾持力，采用完整的一段圓柱面作為膨脹變形層。在膨脹加壓螺栓加壓時，膨脹壁均勻膨脹抱緊芯軸，圖3所示。因為刀柄或芯軸是圓柱狀的，采用完整的一段圓柱面作為膨脹壁的膨脹夾頭設(shè)計可以保證芯軸的各個部位同膨脹壁很好的接觸，這樣膨脹壁才不會因為過度的膨脹而出現(xiàn)破裂失效的情況。而在本發(fā)明中，因為精密棒同夾頭本體內(nèi)壁的接觸不是一個連續(xù)的圓柱面。為了最大保護液壓膨脹夾頭的使用壽命和提高夾持精度，在夾頭本體內(nèi)壁和精密棒不接觸的地方，我們不設(shè)計膨脹壁。如果采用連續(xù)的膨脹壁，那么就必須要用額外的結(jié)構(gòu)來保護膨脹壁不過度膨脹，否則膨脹夾頭的使用壽命將大大降低。
[0021]精密棒選用不會生銹，耐磨損，光潔度好的材料。采用陶瓷軸承中的氮化鈦陶瓷材料作為精密棒的材料是比較合適的。精密棒起到傳遞力的作用，它是把膨脹夾頭的膨脹力傳遞到要夾持的棒狀鏡上。從而夾持住棒狀鏡。精密棒可以是圓柱體，也可以是非圓柱體，或者截面是月牙形的柱體，甚至也可以是圓球體。選擇圓柱狀一是比較好加工，二是可以對棒狀物沿長度方向進行比較均勻的夾持;如果精密棒采用圓球體，那么就需要兩組球體，類似于球軸承，兩邊支持。精密棒直徑的選取，取決于要夾持棒狀鏡的外徑。精密棒4直徑d =(膨脹夾頭內(nèi)孔直徑dl-棒狀鏡的直徑d2)/2。在目前的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中，要求棒狀鏡的直徑和圓柱體度要求在微米以下。為了讓棒狀鏡能比較容易取出和保障夾持精度，一般精密棒的直徑采用-微米的公差。精密棒一般采用無心磨加工，直徑的一致性一般可以保證在0.微米左右，滿足本設(shè)計的使用要求。當膨脹夾頭(夾頭本體、膨脹壁和油腔)制作完成后，我們可以用測微計來檢測膨脹壁的膨脹的不均勻性，這些不均勻的誤差一般在2-3微米左右。當我們知道這些確定的誤差后，我們可以選擇精密棒4直徑的微細直徑差異用來補償上述的液壓膨脹力不均勻造成的誤差。這樣才有可能把2-3微米的液壓膨脹重復夾持精度提高到〈I微米的程度。
[0022]精密棒數(shù)量的選取，可以是多種形式，可以是三個，采用三點共心夾持;也可以是4個，采用十字交叉夾持。也可以是多個夾持，只要能保證平衡夾持就行。
[0023]由于棒狀鏡本身就是一種圓柱棒，原則上也可以當作精密棒用于本設(shè)計。所以精密棒選用圓柱形，有利于光學車間自己加工玻璃棒狀鏡作為精密棒。因為當要夾持的棒狀鏡直徑發(fā)生變化時，就需要更換不同直徑的精密棒，這樣的設(shè)計可以讓本發(fā)明產(chǎn)生更大的經(jīng)濟效益。
[0024]為了讓精密棒精確定位，我們需要引入保持架。保持架可以采用滾針軸承常用的材料，本設(shè)計中我們采用了黃銅保持架。
[0025]為了保證精密棒接觸液壓膨脹夾頭的膨脹壁，所以我們需要引入擴張環(huán)。擴張環(huán)分上下兩個，分別放置再精密棒的兩側(cè)。精密棒上有槽，可以保證擴張環(huán)不會影響棒狀鏡的插入。當然擴張環(huán)是有彈性的，但是這個彈性力要遠小于液壓膨脹的夾持力，以至于能擴張，以保證棒狀鏡容易取出，但是又不會引起精密棒的夾持不均勻。擴張環(huán)可以是截取安裝棒狀鏡的不銹鋼鏡筒的一段，也可以是其他彈性體。
[0026]限位頂針可以保證棒狀鏡在立式使用或裝卸時不至于沒有支撐而跌落。同時也可以保證同一批次和同一參數(shù)的棒狀鏡在夾持后的位置基本保持不變。頂針可以用硬質(zhì)不銹鋼或其他材料做成。采用硬質(zhì)材料可以保證表面有非常好的光潔度，這樣在支撐棒狀鏡的同時，不會因為表面的毛刺劃傷棒狀鏡的表面。我們一般推薦頂針頂部有球形的凸起。
[0027]當要夾持的棒狀鏡直徑發(fā)生變化時，又需要更換不同直徑的精密棒和擴張環(huán)，這時可能也需要更換保持架。對于批量生產(chǎn)的生產(chǎn)線，不同的棒狀鏡，采用不同的精密棒，保持架和擴張環(huán)組合是非常重要的。也是比較方便的。這時膨脹夾頭不需要更換。由于精密棒，保持架和擴張器都是比較容易取得，成本不高，所以本發(fā)明的意義尤其重大。
[0028]本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，夾持精度大大提高，可以用于棒狀鏡等要求重復夾持I微米的精密器械。
【附圖說明】
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