干涉物鏡驅(qū)動(dòng)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種干涉物鏡驅(qū)動(dòng)裝置，其包括：本體，所述本體上形成有貫通的腔室，腔室的一側(cè)一體形成雙平行板四桿機(jī)構(gòu)，雙平行板四桿機(jī)構(gòu)由柔性鉸鏈形成；安裝架和固定架；壓電陶瓷、預(yù)緊頂絲、滾珠，壓電陶瓷、滾珠位于所述腔室中，預(yù)緊頂絲與所述本體相螺接，且與所述雙平行板四桿機(jī)構(gòu)相對(duì)設(shè)置，所述滾珠與所述預(yù)緊頂絲相配合，且與壓電陶瓷相抵靠，所述壓電陶瓷與所述滾珠相對(duì)的一端與所述雙平行板四桿機(jī)構(gòu)相抵靠。本發(fā)明的干涉物鏡驅(qū)動(dòng)裝置采用了柔性鉸鏈形成的雙平行板四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行傳動(dòng)，其結(jié)構(gòu)緊湊，當(dāng)外形尺寸受限且驅(qū)動(dòng)力確定的情況下，其能夠獲得最大的位移輸出比。此外，其傳動(dòng)關(guān)系明確、無傳動(dòng)空程、無摩擦、精度高、強(qiáng)度好。
【專利說明】干涉物鏡驅(qū)動(dòng)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微驅(qū)動(dòng)應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種干涉物鏡驅(qū)動(dòng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)械零件的表面質(zhì)量不僅直接影響著零件的使用性能，而且還影響著產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性及壽命。隨著現(xiàn)代技術(shù)水平的飛速發(fā)展，很多高精尖產(chǎn)品對(duì)表面加工質(zhì)量要求越來越高，超精密加工技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代科技的前沿。而超精密檢測技術(shù)是與超精密加工技術(shù)并行發(fā)展的一門高科技技術(shù)，精確可靠地測量超精表面的微觀形貌現(xiàn)已成為超精密加工領(lǐng)域中一個(gè)有待解決的關(guān)鍵問題。
[0003]干涉物鏡是利用光波干涉原理來檢測機(jī)械零件表面質(zhì)量的儀器，其具有表面信息直觀和測量精度高等優(yōu)點(diǎn)。目前，上述干涉物鏡在使用過程中，需要對(duì)其進(jìn)行定位，使其與被測量物之間保持合適的距離。因此，需要物鏡驅(qū)動(dòng)裝置對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，但現(xiàn)有的物鏡驅(qū)動(dòng)裝置具有精度達(dá)不到要求、可靠性差、響應(yīng)時(shí)間慢、體積過大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜且噪聲大等缺點(diǎn)。
[0004]因此，針對(duì)上述問題，有必要提供一種改良的干涉物鏡驅(qū)動(dòng)裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種干涉物鏡驅(qū)動(dòng)裝置。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案如下:
[0007]一種干涉物鏡驅(qū)動(dòng)裝置，其包括:
[0008]本體，所述本體上形成有`貫通的腔室，所述腔室的一側(cè)一體形成雙平行板四桿機(jī)構(gòu)，所述雙平行板四桿機(jī)構(gòu)由柔性鉸鏈形成；
[0009]安裝架和固定架，所述安裝架設(shè)置于所述雙平行板四桿機(jī)構(gòu)上，且與所述雙平行板四桿機(jī)構(gòu)一體成型，所述固定架與所述安裝架相對(duì)地設(shè)置于所述本體的另一端；
[0010]壓電陶瓷、預(yù)緊頂絲、滾珠，所述壓電陶瓷、滾珠位于所述腔室中，所述預(yù)緊頂絲與所述本體相螺接，且與所述雙平行板四桿機(jī)構(gòu)相對(duì)設(shè)置，所述滾珠與所述預(yù)緊頂絲相配合，且與壓電陶瓷相抵靠，所述壓電陶瓷與所述滾珠相對(duì)的一端與所述雙平行板四桿機(jī)構(gòu)相抵
O
[0011]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述滾珠部分鑲嵌于所述預(yù)緊頂絲中。
[0012]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述預(yù)緊頂絲包括第一頂絲和第二頂絲，所述第一頂絲和第二頂絲通過方向相反的螺紋與所述本體相螺接。
[0013]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述預(yù)緊頂絲與所述本體相螺接的螺紋為M6X0.75細(xì)
牙螺紋。
[0014]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述滾珠和壓電陶瓷之間還設(shè)置有鎢鋼片，所述鎢鋼片與所述壓電陶瓷的一端進(jìn)行固定連接，所述滾珠抵靠于所述鎢鋼片上。
[0015]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述柔性鉸鏈最大形變量時(shí)的恢復(fù)力小于與其相互作用的壓電陶瓷的最大驅(qū)動(dòng)力。[0016]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述柔性鉸鏈的材質(zhì)為超硬鋁。
[0017]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述貫通的腔室具有相對(duì)設(shè)置的開口，所述相對(duì)設(shè)置的開口分別由上蓋板和下蓋板進(jìn)行封閉。
[0018]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述安裝架上形成有安裝干涉物鏡的螺紋。 [0019]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種技術(shù)方案如下:
[0020]一種干涉物鏡驅(qū)動(dòng)裝置，其包括:
[0021]本體，所述本體上形成有貫通的腔室，所述腔室的一側(cè)一體形成對(duì)稱四桿機(jī)構(gòu)，所述雙對(duì)稱四桿機(jī)構(gòu)由柔性鉸鏈形成；
[0022]安裝架和固定架，所述安裝架設(shè)置于所述對(duì)稱四桿機(jī)構(gòu)上，且與所述對(duì)稱四桿機(jī)構(gòu)一體成型，所述固定架與所述安裝架相對(duì)地設(shè)置于所述本體的另一端；
[0023]壓電陶瓷、預(yù)緊頂絲、滾珠，所述壓電陶瓷、滾珠位于所述腔室中，所述預(yù)緊頂絲與所述本體相螺接，且與所述對(duì)稱四桿機(jī)構(gòu)相對(duì)設(shè)置，所述滾珠位于所述壓電陶瓷和預(yù)緊頂絲之間，并與二者相抵靠，所述壓電陶瓷與所述滾珠相對(duì)的一端與所述對(duì)稱四桿機(jī)構(gòu)相抵
O
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的干涉物鏡驅(qū)動(dòng)裝置采用了柔性鉸鏈形成的雙平行板四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行傳動(dòng)，其結(jié)構(gòu)緊湊，當(dāng)外形尺寸受限且驅(qū)動(dòng)力確定的情況下，其能夠獲得最大的位移輸出比。此外，其傳動(dòng)關(guān)系明確、無傳動(dòng)空程、無摩擦、精度高、強(qiáng)度好。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0026]圖1為本發(fā)明的干涉物鏡驅(qū)動(dòng)裝置一【具體實(shí)施方式】的立體示意圖；
[0027]圖2為本發(fā)明的干涉物鏡驅(qū)動(dòng)裝置一【具體實(shí)施方式】的部分結(jié)構(gòu)的剖視圖；
[0028]圖3為本發(fā)明的干涉物鏡驅(qū)動(dòng)裝置一【具體實(shí)施方式】的平面示意圖；
[0029]圖4為圖3所述的干涉物鏡驅(qū)動(dòng)裝置的部分結(jié)構(gòu)的剖視放大圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]為了使本【技術(shù)領(lǐng)域】的人員更好地理解本發(fā)明中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0031]如圖1~圖4所示，本發(fā)明的干涉物鏡驅(qū)動(dòng)裝置100包括本體10，該本體10上形成有貫通的腔室101，該腔室101具有上開口、以及與上開口相對(duì)的下開口。上述上開口、下開口處分別設(shè)置有相應(yīng)的上蓋板901和下蓋板902,上蓋板901和下蓋板902通過螺釘固定于本體10上分別對(duì)上開口和下開口進(jìn)行封閉。進(jìn)一步地，上述本體10的一側(cè)一體形成有雙平行板四桿機(jī)構(gòu)20，該雙平行板四桿機(jī)構(gòu)20由兩側(cè)結(jié)構(gòu)對(duì)稱的柔性鉸鏈形成。當(dāng)雙平行板四桿機(jī)構(gòu)20受到與其相垂直的作用力時(shí)，兩側(cè)的柔性鉸鏈均產(chǎn)生交叉耦合位移。在不考慮加工誤差的情況下，雙平行板四桿機(jī)構(gòu)20結(jié)構(gòu)上完全對(duì)稱的情況下，其能夠產(chǎn)生嚴(yán)格的單向直線運(yùn)動(dòng)，從而避免了非對(duì)稱四桿結(jié)構(gòu)產(chǎn)生因交叉耦合位移造成的位移缺陷。上述雙平行板四桿機(jī)構(gòu)與本體一體成型，從而其結(jié)構(gòu)緊湊，當(dāng)外形尺寸受限且驅(qū)動(dòng)力確定的情況下，其能夠獲得最大的位移輸出比。此外，其傳動(dòng)關(guān)系明確、無傳動(dòng)空程、無摩擦、精度高、強(qiáng)度好。
[0032]此外，在其他實(shí)施方式中，可用雙對(duì)稱四桿機(jī)構(gòu)來替代上述雙平行板四桿機(jī)構(gòu)，上述雙對(duì)稱四桿機(jī)構(gòu)同樣由柔性鉸鏈形成。
[0033]干涉物鏡驅(qū)動(dòng)裝置100還包括安裝架30和固定架40，其中安裝架30用于安裝固定干涉物鏡，作為一種實(shí)施方式，安裝架30上形成有螺紋，安裝架30與干涉物鏡的通過上述螺紋進(jìn)行螺接。此外，上述安裝架30位于上述雙平行板四桿機(jī)構(gòu)20上，優(yōu)選地，安裝架30與雙平行板四桿機(jī)構(gòu)20 —體加工成型。從而，當(dāng)雙平行板四桿機(jī)構(gòu)20發(fā)生形變時(shí)，可帶動(dòng)安裝架30產(chǎn)生位移。進(jìn)一步地，上述固定架40與安裝架30相對(duì)設(shè)置，且固定架40位于本體的另一端。具體地，固定架40上開設(shè)有若干螺紋孔401，當(dāng)對(duì)測量物進(jìn)行表面質(zhì)量測量時(shí)，可將測量物連接于上述螺紋孔401中。優(yōu)選地，固定架40為矩形時(shí)，上述若干螺紋孔401分布于固定架40的四角位置處，從而可充分利用固定架40的面積。
[0034]上述腔室101中還設(shè)置有壓電陶瓷50、預(yù)緊頂絲60、以及滾珠70，其中，預(yù)緊頂絲60與本體10通過螺紋方式相連接，本體10上開設(shè)有安裝預(yù)緊頂絲60的螺紋孔，且該螺紋孔開設(shè)于與上述雙平行板四桿機(jī)構(gòu)20相對(duì)的位置處，從而安裝于螺紋孔中的預(yù)緊頂絲60與雙平行板四桿機(jī)構(gòu)20相對(duì)設(shè)置。此外，由于預(yù)緊頂絲60與本體10相配合后，預(yù)緊頂絲60與本體10之間必定會(huì)存在一定的螺紋間隙和松動(dòng)，從而導(dǎo)致壓電陶瓷50無法預(yù)緊，為此，上述安裝預(yù)緊頂絲60的螺紋為M6X0.75細(xì)牙螺紋。同時(shí)，為了進(jìn)一步使預(yù)緊頂絲60能夠擰緊，上述預(yù)緊頂絲60包括第一頂絲601和第二頂絲602，且其中第一頂絲601和第二頂絲602通過方向相反的螺紋與本體10相螺接。如此，可通過調(diào)節(jié)第一頂絲601和第二頂絲602為壓電陶瓷50提供足夠的預(yù)緊力。
[0035]此外，上述滾珠70與預(yù)緊頂絲60相配合，并與壓電陶瓷50相抵靠，具體而言，其中滾珠70部分鑲嵌于預(yù)緊頂絲60中，滾珠70凸伸于預(yù)緊頂絲60的部分與壓電陶瓷50相抵靠。上述滾珠70與壓電陶瓷50的接觸方式為點(diǎn)面接觸，如此設(shè)置的優(yōu)點(diǎn)在于，即使上述安裝預(yù)緊頂絲60的螺紋孔不與壓電陶瓷50保持絕對(duì)垂直，也可保證壓電陶瓷50不會(huì)受到除垂直方向以外的力，在一定程度上保護(hù)了壓電陶瓷，減少了壓電陶瓷的損耗。上述壓電陶瓷50與滾珠70相對(duì)的一端與雙平行板四桿機(jī)構(gòu)20的中部相抵靠。
[0036]優(yōu)選地，上述滾珠70和壓電陶瓷50之間還設(shè)置有鎢鋼片80，該鎢鋼片80與壓電陶瓷50的一端進(jìn)行固定連接，另一端與滾珠70相抵靠。鎢鋼片80與壓電陶瓷50的連接方式可以通過環(huán)氧膠進(jìn)行固定連接。由于鎢鋼片80具有較高的硬度，從而滾珠70對(duì)鎢鋼片80施加的作用力可均勻的作用在壓電陶瓷50上，從而提供均勻的預(yù)緊力。
[0037]上述雙平行板四桿機(jī)構(gòu)20帶動(dòng)安裝架30產(chǎn)生位移是通過雙平行板四桿機(jī)構(gòu)20自身的彈性形變實(shí)現(xiàn)的。通常情況下，材料的彈性變形和輸出力與材料的彈性模量E以及其屈服極限Sy成正比。因此，為了增大由柔性鉸鏈形成的雙平行板四桿機(jī)構(gòu)20的運(yùn)動(dòng)范圍，所選柔性鉸鏈的彈性模量E及屈服極限Sy宜較大，但同時(shí)需滿足:1)柔性鉸鏈的最大變形時(shí)的恢復(fù)力要小于壓電陶瓷50的最大驅(qū)動(dòng)力；2)柔性鉸鏈最大變形時(shí)的最大應(yīng)力要小于其自身的許用應(yīng)力。基于上述考慮，本發(fā)明中柔性鉸鏈的材質(zhì)優(yōu)選為超硬鋁。
[0038]此外，上述壓電陶瓷50的材質(zhì)優(yōu)選為鋯鈦酸鉛(PZT);預(yù)緊頂絲60的材質(zhì)優(yōu)選為經(jīng)過發(fā)黑處理的普通鋼材Q235 ;鎢鋼片80的材質(zhì)為鎢鋼，其具有硬度高、耐磨、強(qiáng)度和韌性較好、耐熱、耐腐蝕等有點(diǎn)。
[0039]使用本發(fā)明的干涉物鏡驅(qū)動(dòng)裝置時(shí)，先將干涉物鏡安裝于安裝架的螺紋中，再將被測量物連接在固定架的螺紋孔上。對(duì)壓電陶瓷施加一激勵(lì)電壓時(shí)壓電陶瓷即會(huì)發(fā)生增長形變，由于如上所述壓電陶瓷的一端與雙平行板四桿機(jī)構(gòu)中部相抵靠，從而壓電陶瓷發(fā)生形變后會(huì)驅(qū)動(dòng)雙平行板四桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生位移，雙平行板四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)一步帶動(dòng)安裝支架發(fā)生運(yùn)動(dòng)。安裝支架運(yùn)動(dòng)后，其上的干涉物鏡與被測量物之間的距離發(fā)生變化，由于壓電陶瓷的形變量處于納米級(jí)，從而可以實(shí)現(xiàn)干涉物鏡的納米級(jí)定位。
[0040]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的干涉物鏡驅(qū)動(dòng)裝置采用了柔性鉸鏈形成的雙平行板四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行傳動(dòng)，其結(jié)構(gòu)緊湊，當(dāng)外形尺寸受限且驅(qū)動(dòng)力確定的情況下，其能夠獲得最大的位移輸出比。此外,其傳動(dòng)關(guān)系明確、無傳動(dòng)空程、無摩擦、精度高、強(qiáng)度好。
[0041]對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
[0042]此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。
【權(quán)利要求】
1.一種干涉物鏡驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述干涉物鏡驅(qū)動(dòng)裝置包括: 本體，所述本體上形成有貫通的腔室，所述腔室的一側(cè)一體形成雙平行板四桿機(jī)構(gòu)，所述雙平行板四桿機(jī)構(gòu)由柔性鉸鏈形成； 安裝架和固定架，所述安裝架設(shè)置于所述雙平行板四桿機(jī)構(gòu)上，且與所述雙平行板四桿機(jī)構(gòu)一體成型，所述固定架與所述安裝架相對(duì)地設(shè)置于所述本體的另一端； 壓電陶瓷、預(yù)緊頂絲、滾珠，所述壓電陶瓷、滾珠位于所述腔室中，所述預(yù)緊頂絲與所述本體相螺接，且與所述雙平行板四桿機(jī)構(gòu)相對(duì)設(shè)置，所述滾珠與所述預(yù)緊頂絲相配合，且與壓電陶瓷相抵靠，所述壓電陶瓷與所述滾珠相對(duì)的一端與所述雙平行板四桿機(jī)構(gòu)相抵靠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干涉物鏡驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述滾珠部分鑲嵌于所述預(yù)緊頂絲中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干涉物鏡驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述預(yù)緊頂絲包括第一頂絲和第二頂絲，所述第一頂絲和第二頂絲通過方向相反的螺紋與所述本體相螺接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干涉物鏡驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述滾珠和壓電陶瓷之間還設(shè)置有鎢鋼片，所述鎢鋼片與所述壓電陶瓷的一端進(jìn)行固定連接，所述滾珠抵靠于所述鶴鋼片上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干涉物鏡驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述柔性鉸鏈最大形變量時(shí)的恢復(fù)力小于與其相互作用的壓電陶瓷的最大驅(qū)動(dòng)力。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的干涉物鏡驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述柔性鉸鏈的材質(zhì)為超硬鋁。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干涉物鏡驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述貫通的腔室具有相對(duì)設(shè)置的開口，所述相對(duì)設(shè)置的開口分別由上蓋板和下蓋板進(jìn)行封閉。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干涉物鏡驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述安裝架上形成有安裝干涉物鏡的螺紋。
9.一種干涉物鏡驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述干涉物鏡驅(qū)動(dòng)裝置包括: 本體，所述本體上形成有貫通的腔室，所述腔室的一側(cè)一體形成對(duì)稱四桿機(jī)構(gòu)，所述雙對(duì)稱四桿機(jī)構(gòu)由柔性鉸鏈形成； 安裝架和固定架，所述安裝架設(shè)置于所述對(duì)稱四桿機(jī)構(gòu)上，且與所述對(duì)稱四桿機(jī)構(gòu)一體成型，所述固定架與所述安裝架相對(duì)地設(shè)置于所述本體的另一端； 壓電陶瓷、預(yù)緊頂絲、滾珠，所述壓電陶瓷、滾珠位于所述腔室中，所述預(yù)緊頂絲與所述本體相螺接，且與所述對(duì)稱四桿機(jī)構(gòu)相對(duì)設(shè)置，所述滾珠位于所述壓電陶瓷和預(yù)緊頂絲之間，并與二者相抵靠，所述壓電陶瓷與所述滾珠相對(duì)的一端與所述對(duì)稱四桿機(jī)構(gòu)相抵靠。
【文檔編號(hào)】G01B11/24GK103615990SQ201310595937
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月21日
【發(fā)明者】鐘博文, 王振華, 孫立寧, 金子祺, 錢哲 申請人:蘇州大學(xué)