一种粗微调结合的精密位移装置的制作方法

本发明涉及一种位移装置，尤其是一种粗微调结合的精密位移装置，用于加工、测量及光学实验，尤其适用于高清成像的显微镜工作台。

背景技术：

随着科学技术的发展，位移台精密定位的问题变得越来越重要，工作台的精密定位，可以提高加工工件的精度，可以提高测量的准确度，可以在实验中更精确的定位样品；

传统上使用的平面位移工作台，分为电动和手动两种：

电动的多为电机、导轨、丝杠组合的形式，也有直线电机，压电陶瓷等形式，虽然定位精度和分辨率都能做到很高，但是制造成本高，对使用环境的要求也比较高；例如：公开号为：cn107918203a显微镜自动进样装置：包括自动拉推片装置，用于放置多个玻片架，并将玻片架逐个传送；机械手装置，用于接受由自动拉推片装置逐个传送来的玻片架，移动至阅片卡槽，待镜检完毕后，传送回自动拉推片装置；电动载物台装置，其上设置有待镜检的玻片，可进行横向、纵向、上下移动，镜检完毕后将玻片推回玻片架，可编程逻辑控制器，用于控制上述装置，自动拉推片装置包括进样通道底板上面两侧分别第一进片通道侧板和第二进片通道侧板，该系统结构复杂，工作可靠性不高，维护难度较大；

手动的为了实现在x方向上的平行移动，在x方向施加平行于x方向的导轨和手钮驱动，同时为了实现y方向上的平行移动，在y方向施加平行于y方向的导轨和手钮驱动,但是，无论是x方向还是y方向的驱动，都是相对运动的，即x方向的驱动手扭相对于y方向的驱动手钮运动，使用起来极其不方便，并且很多精密加工、检测和试验中，都需要一种既可以快速定位、又可以精确定位，还方便操作的手动位移装置。

技术实现要素：

本发明的目的是，提供一种粗微调结合的精密位移装置，该装置结构简单，操作便利，占用空间少，制造成本低，同时兼具快速定位和精确定位功能的手动二维位移结构。

一种粗微调结合的精密位移装置，包括：x方向结构和y方向结构；

作为一种举例说明，所述x方向为横向，所述y方向为纵向；

进一步的，所述y方向结构包括：y方向导轨结构和y方向驱动结构；所述y方向驱动结构用于驱动所述y方向导轨结构的y向位移；

进一步的，所述y方向导轨结构包括：作为整个位移装置载体的第一层板，第一导轨组,第二导轨组以及第二层板；所述第一导轨组与第二导轨组分别设置在所述第一层板的上部左右两侧；所述第二层板设置在所述第一导轨组与第二导轨组的上方；所述y方向导轨结构用于实现y方向的位移；

作为一种优选举例说明，所述第一导轨组以及第二导轨组可以是任意形式的可实现单一方向位移的导轨滑块的组合；

作为一种举例说明，所述y方向驱动结构包括：y向丝杠主支撑座，y向丝杠，y向丝母连接座，y向丝杠螺母，y向丝杠副支撑座以及安装在y向丝杠主支撑座内的一对轴承和安装在y向丝杠副支撑座内的一个轴承；其中，所述y向丝杠主支撑座、y向丝杠副支撑座固定于第一层板的左侧，所述y向丝母连接座固定于第二层板的左侧；

进一步的，所述y方向驱动结构通过锥齿轮组，第一联轴节与第一粗微调手钮组合联动，实现粗调和微调两种不同速度和精准度的调节；

作为一种操作举例说明，当转动第一粗调旋钮时，带动所述y向丝杠快速转动，从而带动所述y向丝杠螺母、y向丝母连接座以及与其固定的第二层板，相对于第一层板做y方向的快速移动；

作为一种操作举例说明，当转动第一微调旋钮时，带动y向丝杠慢速转动，从而带动y向丝杠螺母、y向丝母连接座以及与其固定的第二层板，相对于第一层板做y方向的精准移动；

作为一种应用结构举例说明，所述第一粗微调手钮也可以替换为电机驱动，通过联轴节、锥齿轮组与y方向的驱动结构相连；

作为另一种应用结构举例说明，所述第一微调手钮联动上电机，将所述第一粗微调手钮作为减速器来使用；

通过所述第一粗微调手钮以及锥齿轮组的结构配合，使得y方向位移的驱动和x方向位移的驱动同朝向一方向，或者同一侧，增加了操作的便利性。(第一粗微调手钮相对于三层板是静止不动的，如果第一粗微调手钮直接和y向驱动的丝杠端连接，那么第一粗微调手钮就会是y朝向，和x方向的第二粗微调手钮是垂直的，此处引入锥齿轮组做90度转折后，y向第一粗微调手钮和x向第二粗微调手钮就会是平行的，始终保持同一个朝向)

进一步的，所述x方向结构包括：x方向导轨结构和x方向驱动结构；

作为一种举例说明，所述x方向导轨结构包括：作为x方向位移载体的第二层板，第三导轨组,第四导轨组以及第三层板；所述第三导轨组与第四导轨组分别设置在所述第二层板的上部前后两侧，所述第三层板设置在所述第三导轨组与第四导轨组的上方，所述x方向导轨结构用于实现x方向的位移；

作为一种举例说明，所述第三导轨组,第四导轨组可以是任意形式的可实现单一方向位移的导轨滑块的组合；

作为一种举例说明，所述第一层板、第二层板和第三层板中间设置有中空结构，方便放置载玻片时的透光观察；

进一步的，所述x方向驱动结构包括：x向丝杠主支撑座，x向丝杠，x向丝母连接座，x向丝杠螺母，x向丝杠副支撑座以及安装在所述x向丝杠主支撑座内的一对轴承和安装在所述x向丝杠副支撑座内的一个轴承；其中，所述x向丝杠主支撑座、x向丝杠副支撑座固定于所述第一层板前侧，所述x向丝母连接座与第三层板连接，但是此处只固定所述x向丝母连接座与第三层板在x方向的位移，而不限制所述x向丝母连接座与第三层板在y方向的位移；

进一步的，所述x向丝母连接座与所述第三层板之间，可安装任意形式的可沿y方向相对移动的导轨组，使得第二层板与第三层板一起相对于第一层板，在y方向驱动结构的驱动下做y向位移时，固定在第一层板上的x方向驱动结构不会整体跟着做y向的移动；此举保证了第二粗微调手钮不随着y方向位移的移动而移动，所述第二粗微调手钮位置固定不变，增加了操作时的便利性，即使更换为电机之后，也能避免电线缠绕、夹线等事故的发生；

进一步的，所述x方向驱动结构通过联轴节与所述第二粗微调手钮组合联动，实现粗调和微调两种不同速度和精准度的调节；

作为一种操作举例说明，转动第二粗调旋钮时，带动所述x向丝杠快速转动，从而带动所述x向丝杠螺母、x向丝母连接座以及与其固定的第三层板，相对于第二层板做x方向的快速移动；

作为一种操作举例说明，转动第二微调旋钮时，带动所述x向丝杠慢速转动，从而带动所述x向丝杠螺母、y向丝母连接座以及与其固定的第三层板，相对于第二层板做x方向的精准移动；

作为一种应用结构举例说明，所述第二粗微调手钮也可以替换为电机驱动，通过所述联轴节与x向驱动结构相连；

作为另一种应用结构举例说明，也可在所述第二微调手钮上连接电机，以所述第二粗微调手钮作为减速器来使用；

如图3、图4、图5所示，

进一步的，所述第一粗微调手钮与第二粗微调手钮结构一致；

作为一种举例说明，所述第一粗微调手钮包括：微调旋钮，齿轮压片，四级齿轮，三级齿轮，二级齿轮，一级齿轮，齿轮轴，芯轴，钢球组，轴承，轴承，轴承，轴承内压圈，轴承外压圈，固定座，固定轴，锁紧环，粗调手钮；

所述固定轴作为所述第一粗微调手钮的主支撑，与粗调手钮通过轴承连接，并由所述固定座夹紧固定，粗调手钮可相对于所述固定轴做同心旋转，所述锁紧环通过与固定轴上的螺纹副运动，所述锁紧环的锥形内壁可使所述固定轴一端开槽处收缩，从而夹紧所述粗调手钮外圆柱面，达到锁紧所述粗调手钮的目的；其中，所述固定轴通过所述轴承，轴承，轴承内压圈，轴承外压圈与所述齿轮轴连接，使得所述齿轮轴可相对于固定轴做同心旋转；

所述四级齿轮，三级齿轮，二级齿轮，一级齿轮依次安装在所述粗调手钮内，由所述齿轮压片压紧固定，其中，所述四级齿轮的小齿轮端与所述齿轮轴啮合，所述四级齿轮的大齿轮端与所述三级齿轮的小齿轮端啮合，所述三级齿轮的大齿轮端与所述二级齿轮的小齿轮端啮合，所述二级齿轮的大齿轮端与所述一级齿轮的小齿轮端啮合，所述微调手钮上的小齿轮与所述一级齿轮上的大齿轮端啮合，所述芯轴穿过所述齿轮轴，通过所述芯轴端部螺纹与所述微调旋钮固定，使得所述微调旋钮和芯轴相对于所述齿轮轴做同心旋转运动；

作为一种举例说明，所述芯轴与所述微调旋钮还可以通过粘接、铆接等方式固定；

作为一种举例说明，所述钢球组用于减少旋转时的摩擦损耗；

作为一种举例说明，本发明所述减速齿轮级数也可以是2级、3级、或任何大于3的自然数级；

作为一种操作举例说明，当转动所述微调旋钮时，所述微调旋钮上的小齿轮，带动所述一级齿轮转动，所述一级齿轮带动二级齿轮转动，所述二级齿轮带动三级齿轮转动，所述三级齿轮带动四级齿轮转动，四级齿轮带动齿轮轴转动；

作为一种操作举例说明，当转动所述粗调手钮时，由所述粗调手钮，微调旋钮，齿轮压片，四级齿轮，三级齿轮，二级齿轮以及一级齿轮组成的齿轮箱整体，一起带动所述齿轮轴转动；

本发明的有益效果：

本发明采用同轴单侧减速齿轮结构，通过轴承和轴承压圈固定各层轴系，消除了输出端的轴向窜动，同时由于只有单侧结构，输出端可方便灵活的随时和各种传动轴，传动轮，传动链结合，将快速旋转和慢速高精度旋转相结合，灵活应用于各种既需要快速粗略定位，又需要慢速精准定位的位移系统；

该发明结构设计科学，工作安全可靠，具有较高的位移精度，分辨率高，适合应用在精度要求较高的科研观察和高精度的加工行业。

附图说明

图1是本发明一种粗微调结合的精密位移装置的整体结构示意图

图2是本发明一种粗微调结合的精密位移装置的分解结构示意图

图3是本发明一种粗微调结合的精密位移装置的第一粗微调手钮的分解结构示意图

图4是本发明一种粗微调结合的精密位移装置的第一粗微调手钮的正视图之剖面结构示意图

图5是本发明一种粗微调结合的精密位移装置的第一粗微调手钮的侧视图之剖面结构示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。

详见图1至图2所示，一种粗微调结合的精密位移装置，包括：x方向结构和y方向结构；

作为一种举例说明，所述x方向为横向，所述y方向为纵向；

进一步的，所述y方向结构包括：y方向导轨结构和y方向驱动结构；

作为一种举例说明，所述y方向导轨结构包括：作为整个位移装置载体的第一层板1，第一导轨组4a,第二导轨组4b以及第二层板2；所述第一导轨组4a与第二导轨组4b分别设置在所述第一层板1的上部左右两侧；所述第二层板2设置在所述第一导轨组4a与第二导轨组4b的上方；所述y方向导轨结构用于实现y方向的位移；

作为一种优选举例说明，所述第一导轨组4a以及第二导轨组4b可以是任意形式的可实现单一方向位移的导轨滑块的组合；

作为一种举例说明，所述y方向驱动结构包括：y向丝杠主支撑座7，y向丝杠9，y向丝母连接座10，y向丝杠螺母11，y向丝杠副支撑座12以及安装在y向丝杠主支撑座7内的一对轴承和安装在y向丝杠副支撑座12内的一个轴承；其中，所述y向丝杠主支撑座7、y向丝杠副支撑座12固定于第一层板1的左侧，所述y向丝母连接座10固定于第二层板2的左侧；

进一步的，所述y方向驱动结构通过锥齿轮组8，第一联轴节6a与第一粗微调手钮5a组合联动，实现粗调和微调两种不同速度和精准度的调节；

作为一种操作举例说明，当转动第一粗调旋钮时，带动所述y向丝杠9快速转动，从而带动所述y向丝杠螺母11、y向丝母连接座10以及与其固定的第二层板2，相对于第一层板1做y方向的快速移动；

作为一种操作举例说明，当转动第一微调旋钮时，带动y向丝杠9慢速转动，从而带动y向丝杠螺母11、y向丝母连接座10以及与其固定的第二层板2，相对于第一层板1做y方向的精准移动；

作为一种应用结构举例说明，所述第一粗微调手钮5a也可以替换为电机驱动，通过联轴节6a、锥齿轮组8与y方向的驱动结构相连；

作为另一种应用结构举例说明，所述第一微调手钮联动上电机，将所述第一粗微调手钮5a作为减速器来使用；

通过所述第一粗微调手钮5a以及锥齿轮组8的结构配合，使得y方向位移的驱动和x方向位移的驱动同朝向一方向，或者同一侧，增加了操作的便利性。

进一步的，所述x方向结构包括：x方向导轨结构和x方向驱动结构；

作为一种举例说明，所述x方向导轨结构包括：作为x方向位移载体的第二层板2，第三导轨组4c,第四导轨组4d以及第三层板3；所述第三导轨组4c与第四导轨4d组分别设置在所述第二层板2的上部前后两侧，所述第三层板3设置在所述第三导轨组4c与第四导轨组4d的上方，所述x方向导轨结构用于实现x方向的位移；

作为一种举例说明，所述第三导轨组4c,第四导轨组4d可以是任意形式的可实现单一方向位移的导轨滑块的组合；

进一步的，所述x方向驱动结构包括：x向丝杠主支撑座13，x向丝杠14，x向丝母连接座15，x向丝杠螺母16，x向丝杠副支撑座17以及安装在所述x向丝杠主支撑座13内的一对轴承和安装在所述x向丝杠副支撑座17内的一个轴承；其中，所述x向丝杠主支撑座13、x向丝杠副支撑座17固定于所述第一层板1前侧，所述x向丝母连接座15与第三层板3连接，但是此处只固定所述x向丝母连接座15与第三层板3在x方向的位移，而不限制所述x向丝母连接座15与第三层板3在y方向的位移；

进一步的，所述x向丝母连接座15与所述第三层板3之间，可安装任意形式的可沿y方向相对移动的导轨组，使得第二层板2与第三层板3一起相对于第一层板1，在y方向驱动结构的驱动下做y向位移时，固定在第一层板1上的x方向驱动结构不会整体跟着做y向的移动；此举保证了第二粗微调手钮5b不随着y方向位移的移动而移动，所述第二粗微调手钮5b位置固定不变，增加了操作时的便利性，即使更换为电机之后，也能避免电线缠绕、夹线等事故的发生；

进一步的，所述x方向驱动结构通过联轴节6b与所述第二粗微调手钮5b组合联动，实现粗调和微调两种不同速度和精准度的调节；

作为一种操作举例说明，转动第二粗调旋钮时，带动所述x向丝杠14快速转动，从而带动所述x向丝杠螺母16、x向丝母连接座15以及与其固定的第三层板3，相对于第二层板2做x方向的快速移动；

作为一种操作举例说明，转动第二微调旋钮时，带动所述x向丝杠14慢速转动，从而带动所述x向丝杠螺母16、y向丝母连接座15以及与其固定的第三层板3，相对于第二层板2做x方向的精准移动；

作为一种应用结构举例说明，所述第二粗微调手钮5b也可以替换为电机驱动，通过所述联轴节6b与x向驱动结构相连；

作为另一种应用结构举例说明，也可在所述第二微调手钮上连接电机，以所述第二粗微调手钮5b作为减速器来使用；

如图3、图4、图5所示；

进一步的，所述第一粗微调手钮与第二粗微调手钮结构一致；

作为一种举例说明，所述第一粗微调手钮包括：微调旋钮18，齿轮压片19，四级齿轮20，三级齿轮21，二级齿轮22，一级齿轮23，齿轮轴24，芯轴25，钢球组26，轴承27，轴承28a，轴承28b，轴承内压圈29，轴承外压圈30，固定座31，固定轴32，锁紧环33，粗调手钮34；

所述固定轴32作为所述第一粗微调手钮的主支撑，与粗调手钮34通过轴承27连接，并由所述固定座31夹紧固定，粗调手钮34可相对于所述固定轴32做同心旋转，所述锁紧环33通过与固定轴32上的螺纹副运动，所述锁紧环33的锥形内壁可使所述固定轴32一端开槽处收缩，从而夹紧所述粗调手钮34外圆柱面，达到锁紧所述粗调手钮34的目的；其中，所述固定轴32通过所述轴承28a，轴承28b，轴承内压圈29，轴承外压圈30与所述齿轮轴24连接，使得所述齿轮轴24可相对于固定轴32做同心旋转；

所述四级齿轮20，三级齿轮21，二级齿轮22，一级齿轮23依次安装在所述粗调手钮34内，由所述齿轮压片19压紧固定，其中，所述四级齿轮20的小齿轮端与所述齿轮轴24啮合，所述四级齿轮20的大齿轮端与所述三级齿轮21的小齿轮端啮合，所述三级齿轮21的大齿轮端与所述二级齿轮22的小齿轮端啮合，所述二级齿轮22的大齿轮端与所述一级齿轮23的小齿轮端啮合，所述微调手钮18上的小齿轮与所述一级齿轮23上的大齿轮端啮合，所述芯轴25穿过所述齿轮轴24，通过所述芯轴25端部螺纹与所述微调旋钮18固定，使得所述微调旋钮18和芯轴25相对于所述齿轮轴24做同心旋转运动；

作为一种举例说明，所述钢球组26用于减少旋转时的摩擦损耗；

作为一种举例说明，本发明所述减速齿轮级数也可以是2级、3级、直至大于4级的自然数；

作为一种操作举例说明，当转动所述微调旋钮18时，所述微调旋钮18上的小齿轮，带动所述一级齿轮23转动，所述一级齿轮23带动二级齿轮22转动，所述二级齿轮22带动三级齿轮21转动，所述三级齿轮21带动四级齿轮20转动，四级齿轮20带动齿轮轴7转动；

作为一种操作举例说明，当转动所述粗调手钮34时，由所述粗调手钮34，微调旋钮18，齿轮压片19，四级齿轮20，三级齿轮21，二级齿轮22以及一级齿轮23组成的齿轮箱整体，一起带动所述齿轮轴24转动；

为了更好的说明本发明的粗微调原理，现将本发明的减速比和分辨率的说明介绍如下：

本发明中，排布了4个减速齿轮，再加上微调手钮18做为输入主动齿轮，齿轮轴24做为输出从动齿轮，此时减速级数为5级；

当然，通过排布的减速齿轮数量的不同，减速级数也可以是2级，3级，或任何大于3的自然数级，本发明优选5级为例进行描述说明；

相同的，每级减速齿轮的减速比可以采用2:1，3:1，4:1，……本发明优选各齿轮的减速比为2:1为例进行描述说明；

相同的，丝杠导程可以采用0.5mm，1mm，2mm，……本发明中优选各丝杠导程为1mm为例进行描述说明；

作为一种举例说明，微调旋钮转动2^5既32圈＝粗调旋钮转动1圈＝x向丝杠或y向丝杠转动1圈＝x方向结构或y方向结构单方向移动1mm；

作为一种举例说明，所述微调旋钮18转动1圈＝x方向结构或y方向结构单方向移动1/2^5mm，既分辨率高于31.25μm；

作为一种举例说明，所述微调旋钮转动1°＝x方向结构或y方向结构单方向移动31.25/360μm，既0.0868μm，小于0.1微米，既微调旋钮转动1°的分辨率高于100nm。

本发明采用同轴单侧减速齿轮结构，通过轴承和轴承压圈固定各层轴系，消除了输出端的轴向窜动，同时由于只有单侧结构，输出端可方便灵活的随时和各种传动轴，传动轮，传动链结合，将快速旋转和慢速高精度旋转相结合，灵活应用于各种既需要快速粗略定位，又需要慢速精准定位的位移系统；该发明结构设计科学，工作安全可靠，具有较高的位移精度，分辨率高，适合应用在精度要求较高的科研观察和高精度的加工行业。

以上所述的仅为本发明的优选实施例，所应理解的是，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的思想和原则之内所做的任何修改、等同替换等等，均应包含在本发明的保护范围之内。