专利名称：垂向调平调焦机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及调平调焦机构，尤其涉及一种运动平稳的垂向调平调焦机构。
背景技术：
一种现有技术是美国专利US005204712A公开的一种3自由度的微动台，该台的基 本原理是通过三组凸轮机构，分布在三个点上，三个驱动点通过一个柔性机构连接到承片 台上，并用簧片导向，共同驱动承片台，从而实现调平和调焦功能。该台的3个自由度调节 量不大，尤其是Z向自由度不能实现大行程调节。另一种现有技术是中国专利CN2580470公开的一种三自由度超精密定位平台，该 台体内部呈等边三角形固定有三组各自独立的压电陶瓷预紧机构。该台结构紧凑，精度较 高，但是调节范围小，压电陶瓷易发热，也不易进行恒温控制。还有一种现有技术是中国专利申请200810145049. 0公开的一种具有大行程调节 功能的调平调焦机构，包含小行程调平调焦机构和设置在该小行程调平调焦机构下部的大 行程调节机构，Z向大行程由独立的楔形块机构实现，Z向微量调节由楔形块机构驱动，簧 片导向来实现。但是其微调楔形块采用螺杆螺母结构驱动，螺杆容易磨损，易发热，寿命不 长，运动平稳性不好。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种垂向调平调焦机构，运动平稳性好，磨损小，使用 寿命长。为了达到上述的目的，本实用新型提供一种垂向调平调焦机构包括承片台、底板、 导向簧片、数个设置在底板上的位移传感器、承载板、数组粗调机构和数组微调机构；所述 承载板设置在承片台下方，该承载板与承片台连接，带动承片台垂向运动；所述导向簧片设 置在承片台和承载板之间，该导向簧片与承载板连接；所述数组微调机构均布在底板上； 所述数组粗调机构与数组微调机构一一对应，所述粗调机构连接承载板与微调机构，所述 微调机构的垂向运动带动粗调机构垂向运动，所述粗调机构又带动承载板垂向运动，最终 带动承片台垂向运动；所述数个位移传感器与数组微调机构一一对应，设置在微调机构的 一侧。上述垂向调平调焦机构，其中，所述微调机构包括驱动机构和V形块机构，所述驱 动机构驱动V形块机构作水平向运动。上述垂向调平调焦机构，其中，所述驱动机构包括驱动电机、与驱动电机连接的滚 珠丝杠、固定在滚珠丝杠上的连接块。上述垂向调平调焦机构，其中，所述驱动机构还包括消隙水平拉簧，该消隙水平拉 簧的两端分别与底板和连接块连接。上述垂向调平调焦机构，其中，所述V形块机构包括导轨、V形块、滚子和滚子座； 所述导轨固定在底板上；所述V形块与导轨滑动连接，该V形块与驱动机构连接，在驱动机构的驱动下，所述V形块沿导轨作水平向运动；所述V形块的上表面呈“V”字型；所述滚子 安装在滚子座的底部，该滚子与V形块的上表面滚动连接，当V形块沿导轨水平滑动时，所 述滚子在V形块的上表面上滚动，将水平向运动转化为垂向运动。上述垂向调平调焦机构，其中，所述粗调机构包括楔形块、顶丝和顶丝座；所述楔 形块设置在微调机构与承载板之间，该楔形块与微调机构的连接面为斜面；所述顶丝插入 顶丝座，所述顶丝一端顶在楔形块的侧壁上，该顶丝旋转时，推动楔形块相对微调机构移 动；所述顶丝座固定在承载板的底部。上述垂向调平调焦机构，其中，所述楔形块设有一个长圆孔，插入螺钉和导向销 钉，所述螺钉和导向销钉的头部均固定在承载板内，该螺钉和导向销钉穿过楔形块的长圆 孔插入微调机构内。上述垂向调平调焦机构，其中，还包括数个消隙垂向拉簧，所述消隙垂向拉簧的两 端分别连接承载板和底板。上述垂向调平调焦机构，其中，所述承载板为三角板，该三角板的三个顶角处各设 有一突台，所述承片台固定在突台的上表面。上述垂向调平调焦机构，其中，所述导向簧片呈三角星形，所述导向簧片的三个角 分别与三角板的三个突台连接，所述导向簧片与三角板的连接位置低于承片台与三角板的 连接位置。本实用新型垂向调平调焦机构的数组驱动机构同步性好，运动平稳，且磨损小，使 用寿命长；通过粗调节机构可进行垂向粗调节，能弥补零件加工和装配给结构带来的误差， 增加了微调机构的调平调焦行程，确保微调机构的行程和精度能达到工作需求；通过微调 机构可进行垂向精确调节，实现垂向调平调焦功能；V形块机构可对没有自锁功能的驱动 机构进行掉电保护，当驱动电机掉电时，滚子回复到V形块的最低点，从而避免了滚子偏离 位移传感器的工作范围，提高了整个机构的调节精度和可靠性。
本实用新型的垂向调平调焦机构由以下的实施例及附图给出。图1是本实用新型垂向调平调焦机构的结构示意图。图2是本实用新型中数组粗调机构和数组微调机构在底板上分布的俯视图。图3是本实用新型中粗调机构和微调机构的俯视图。图4是本实用新型中粗调机构和微调机构的侧视图。图5是本实用新型垂向调平调焦机构(不包含承片台和导向簧片时)的侧视图。图6是本实用新型中粗调机构和微调机构的剖视图。
具体实施方式
以下将结合图1 图6对本实用新型的垂向调平调焦机构作进一步的详细描述。本实用新型的垂向调平调焦机构包括承片台、导向簧片、承载板、数组粗调机构、 数组微调机构、底板和数个位移传感器；所述承载板设置在承片台下方，该承载板与承片台连接，带动承片台垂向运动；所述导向簧片设置在承片台和承载板之间，该导向簧片与承载板连接；
4[0028]所述数组微调机构均布在底板上；所述数组粗调机构与数组微调机构一一对应，所述粗调机构连接承载板与微调机 构，所述微调机构的垂向运动带动粗调机构垂向运动，所述粗调机构又带动承载板垂向运 动，最终带动承片台垂向运动；所述数个位移传感器设置在底板上，该数个位移传感器与数组微调机构一一对 应，设置在微调机构的一侧，实时监控微调机构。现以一较佳实施例详细说明本实用新型的垂向调平调焦机构。参照图1，垂向调平调焦机构包括承片台1、导向簧片2、三角板6(即承载板)、三 组粗调机构、三组微调机构、底板3和三个位移传感器(17a、17b、17c)。所述三角板6的三个顶角处各设有一突台61，所述承片台1通过螺钉固定在突台 61的上表面，实现承片台1与三角板6的连接，所述三角板6的运动将带动承片台1作相应 运动。所述导向簧片2呈三角星形，该导向簧片2的中央设有固定部件21，该固定部件 21固定设置在底板3上，使所述导向簧片2无法作水平向运动，所述导向簧片2的三个角分 别与三角板6的三个突台61连接，所述导向簧片2与三角板6的连接位置低于承片台1与 三角板6的连接位置。为了方便导向簧片2固定设置在底板3上，所述三角板6的中央设有一孔，方便导 向簧片2的固定部件21穿过三角板6。参见图2，所述三组微调机构均布在底板3上，所述三组粗调机构与三组微调机构 一一对应，所述三个位移传感器(17a、17b、17c)设置在底板上，分别位于三组微调机构的 一侧，实时监控微调机构。在本实施例中，垂向调平调焦机构形成三个调节点，实现整个承片台垂向调平调
焦o参见图3 图5，以其中一组为例，所述微调机构包括驱动机构和V形块机构，所述 驱动机构与V形块机构连接，该驱动机构驱动V形块机构作水平向运动。所述驱动机构包括驱动电机7a、与驱动电机7a连接的滚珠丝杠14a、固定在滚珠 丝杠14a上的连接块15a以及两端分别与底板3和连接块15a连接的消隙水平拉簧16a。所述消隙水平拉簧16a消除连接块15a的回程间隙，提高定位精度。三组驱动机构同步性好，运动平稳，且磨损小，使用寿命长。所述V形块机构包括导轨5a、V形块4a、滚子13a和滚子座11a ；所述导轨5a固定在底板3上；所述V形块4a与导轨5a滑动连接，该V形块4a与驱动机构的连接块15a连接， 在驱动机构的驱动下，所述连接块15a带动V形块4a沿导轨5a作水平运动；所述V形块4a的上表面呈“V”字型；所述滚子13a安装在滚子座11a的底部，该滚子13a与V形块4a的上表面滚动连 接，当V形块4a沿导轨5a水平滑动时，所述滚子13a在V形块4a的上表面上滚动，将水平 向运动转化为垂向运动。上述V形块机构能对没有自锁功能的驱动机构进行掉电保护，当驱动电机7a掉电 时，滚子13a回复到V形块4a的最低点，从而避免了滚子13a偏离位移传感器17a的工作范围，提高了整个机构的调节精度和可靠性。所述粗调机构包括楔形块10a、顶丝8a和顶丝座9a ；所述楔形块10a设置滚子座11a与承载板6之间，该楔形块10a与滚子座11a的 连接面为斜面，所述楔形块10a可相对滚子座11a移动。参见图6，所述楔形块10a设有一个长圆孔，可插入螺钉101a和导向销钉102a，所 述螺钉101a和导向销钉102a的头部均固定在承载板6内，该螺钉101a和导向销钉102a 穿过楔形块10a的长圆孔进入滚子座11a，最后该螺钉101a和导向销钉102a的底部均插在 滚子座11a内。所述顶丝8a插入顶丝座9a，所述顶丝8a —端(该端为尖头)顶在楔形块10a的 侧壁上，旋转该顶丝8a时，可使楔形块10a相对滚子座11a移动；所述顶丝座9a固定在三 角板6的底部。为了消除三角板6的回程间隙，提高定位精度，在三角板6和底板3之间可设数个 消隙垂向拉簧。本实施例中，在三角板6的顶角的两侧各设一消隙垂向拉簧(12al和12a2)，所述 消隙垂向拉簧12al和消隙垂向拉簧12a2的两端分别连接三角板6和底板3。本实用新型的垂向调平调焦机构的工作原理是，先根据实际工作状况调节承片台 垂向初始位置(即垂向粗调节)，具体方法是调节顶丝座上的顶丝，使楔形块相对滚子座移 动，从而带动三角板垂向运动，进而带动承片台垂向运动，由于导向销钉的作用，调节过程 中滚子座只能相对三角板做垂向运动而不能做水平移动，调节好后，拧紧螺钉，使承载板和 滚子座把楔形块压紧固定在中间，导向簧片则保证承片台垂向运动时的水平中心不偏离， 完成承片台垂向初始位置的调节，该垂向粗调节步骤可以弥补零件加工和装配给结构带来 的误差，增加了微调机构的调平调焦行程，确保微调机构的行程和精度能达到工作需求；再 进行垂向微调节，具体方法是驱动电机通过滚珠丝杠和连接块驱动V形块沿导轨作水平运 动，V形块的水平向运动通过固定在滚子座滚子座上的滚子转变为垂向运动，滚子通过楔形 块带动三角板垂向运动，进而带动承片台垂向运动，位移传感器测量垂向的位移，完成调平 调焦目的，在垂向微调节过程中，楔形块相对滚子座静止。在调平调焦过程中，若驱动电机 掉电时，滚子回复到V形块的最低点，从而避免其跑出传感器的精确测量范围。
权利要求一种垂向调平调焦机构，包括承片台、底板、导向簧片和数个设置在底板上的位移传感器，其特征在于，还包括承载板、数组粗调机构和数组微调机构；所述承载板设置在承片台下方，该承载板与承片台连接，带动承片台垂向运动；所述导向簧片设置在承片台和承载板之间，该导向簧片与承载板连接；所述数组微调机构均布在底板上；所述数组粗调机构与数组微调机构一一对应，所述粗调机构连接承载板与微调机构，所述微调机构的垂向运动带动粗调机构垂向运动，所述粗调机构又带动承载板垂向运动，最终带动承片台垂向运动；所述数个位移传感器与数组微调机构一一对应，设置在微调机构的一侧。
2.如权利要求1所述的垂向调平调焦机构，其特征在于，所述微调机构包括驱动机构 和V形块机构，所述驱动机构驱动V形块机构作水平向运动。
3.如权利要求2所述的垂向调平调焦机构，其特征在于，所述驱动机构包括驱动电机、 与驱动电机连接的滚珠丝杠、固定在滚珠丝杠上的连接块。
4.如权利要求3所述的垂向调平调焦机构，其特征在于，所述驱动机构还包括消隙水 平拉簧，该消隙水平拉簧的两端分别与底板和连接块连接。
5.如权利要求2所述的垂向调平调焦机构，其特征在于，所述V形块机构包括导轨、V 形块、滚子和滚子座；所述导轨固定在底板上；所述V形块与导轨滑动连接，该V形块与驱动机构连接，在驱动机构的驱动下，所述V 形块沿导轨作水平向运动；所述V形块的上表面呈“V”字型；所述滚子安装在滚子座的底部，该滚子与V形块的上表面滚动连接，当V形块沿导轨水 平滑动时，所述滚子在V形块的上表面上滚动，将水平向运动转化为垂向运动。
6.如权利要求1所述的垂向调平调焦机构，其特征在于，所述粗调机构包括楔形块、顶 丝和顶丝座；所述楔形块设置在微调机构与承载板之间，该楔形块与微调机构的连接面为斜面；所述顶丝插入顶丝座，所述顶丝一端顶在楔形块的侧壁上，该顶丝旋转时，推动楔形块 相对微调机构移动；所述顶丝座固定在承载板的底部。
7.如权利要求6所述的垂向调平调焦机构，其特征在于，所述楔形块设有一个长圆孔， 插入螺钉和导向销钉，所述螺钉和导向销钉的头部均固定在承载板内，该螺钉和导向销钉 穿过楔形块的长圆孔插入微调机构内。
8.如权利要求1所述的垂向调平调焦机构，其特征在于，还包括数个消隙垂向拉簧，所 述消隙垂向拉簧的两端分别连接承载板和底板。
9.如权利要求1所述的垂向调平调焦机构，其特征在于，所述承载板为三角板，该三角 板的三个顶角处各设有一突台，所述承片台固定在突台的上表面。
10.如权利要求9所述的垂向调平调焦机构，其特征在于，所述导向簧片呈三角星形， 所述导向簧片的三个角分别与三角板的三个突台连接，所述导向簧片与三角板的连接位置 低于承片台与三角板的连接位置。
专利摘要本实用新型的垂向调平调焦机构包括承片台、底板、导向簧片、数个设置在底板上的位移传感器、承载板、数组粗调机构和数组微调机构；所述承载板设置在承片台下方，该承载板与承片台连接，带动承片台垂向运动；所述导向簧片设置在承片台和承载板之间，该导向簧片与承载板连接；所述数组微调机构均布在底板上；所述数组粗调机构与数组微调机构一一对应，所述粗调机构连接承载板与微调机构；所述数个位移传感器与数组微调机构一一对应，设置在微调机构的一侧，实时监控微调机构。本实用新型的垂向调平调焦机构，运动平稳性好，磨损小，使用寿命长。
文档编号G03F7/20GK201583784SQ20092020771
公开日2010年9月15日 申请日期2009年8月11日 优先权日2009年8月11日
发明者周清华, 缪俊杰 申请人:上海微电子装备有限公司;上海微高精密机械工程有限公司