干涉物镜驱动装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种干涉物镜驱动装置，其包括：本体，所述本体上形成有贯通的腔室，腔室的一侧一体形成双平行板四杆机构，双平行板四杆机构由柔性铰链形成；安装架和固定架；压电陶瓷、预紧顶丝、滚珠，压电陶瓷、滚珠位于所述腔室中，预紧顶丝与所述本体相螺接，且与所述双平行板四杆机构相对设置，滚珠与预紧顶丝相配合，且与压电陶瓷相抵靠，所述压电陶瓷与所述滚珠相对的一端与所述双平行板四杆机构相抵靠。本实用新型的干涉物镜驱动装置采用了柔性铰链形成的双平行板四杆机构进行传动，其结构紧凑，当外形尺寸受限且驱动力确定的情况下，其能够获得最大的位移输出比。此外，其传动关系明确、无传动空程、无摩擦、精度高、强度好。
【专利说明】干涉物镜驱动装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及微驱动应用领域，具体涉及一种干涉物镜驱动装置。
【背景技术】
[0002]机械零件的表面质量不仅直接影响着零件的使用性能，而且还影响着产品的质量、可靠性及寿命。随着现代技术水平的飞速发展，很多高精尖产品对表面加工质量要求越来越高，超精密加工技术已经成为现代科技的前沿。而超精密检测技术是与超精密加工技术并行发展的一门高科技技术，精确可靠地测量超精表面的微观形貌现已成为超精密加工领域中一个有待解决的关键问题。
[0003]干涉物镜是利用光波干涉原理来检测机械零件表面质量的仪器，其具有表面信息直观和测量精度高等优点。目前，上述干涉物镜在使用过程中，需要对其进行定位，使其与被测量物之间保持合适的距离。因此，需要物镜驱动装置对其进行驱动，但现有的物镜驱动装置具有精度达不到要求、可靠性差、响应时间慢、体积过大、结构复杂且噪声大等缺点。
[0004]因此，针对上述问题，有必要提供一种改良的干涉物镜驱动装置。
实用新型内容
[0005]有鉴于此，本实用新型提供了一种干涉物镜驱动装置。
[0006]为了实现上述目的，本实用新型实施例提供的技术方案如下:
[0007]一种干涉物镜驱动装置，其包括:
[0008]本体，所述本体上形成有贯通的腔室，所述腔室的一侧一体形成双平行板四杆机构，所述双平行板四杆机构由柔性铰链形成；
[0009]安装架和固定架，所述安装架设置于所述双平行板四杆机构上，且与所述双平行板四杆机构一体成型，所述固定架与所述安装架相对地设置于所述本体的另一端；
[0010]压电陶瓷、预紧顶丝、滚珠，所述压电陶瓷、滚珠位于所述腔室中，所述预紧顶丝与所述本体相螺接，且与所述双平行板四杆机构相对设置，所述滚珠与所述预紧顶丝相配合，且与压电陶瓷相抵靠，所述压电陶瓷与所述滚珠相对的一端与所述双平行板四杆机构相抵。
[0011]作为本实用新型的进一步改进，所述滚珠部分镶嵌于所述预紧顶丝中。
[0012]作为本实用新型的进一步改进，所述预紧顶丝包括第一顶丝和第二顶丝，所述第一顶丝和第二顶丝通过方向相反的螺纹与所述本体相螺接。
[0013]作为本实用新型的进一步改进，所述预紧顶丝与所述本体相螺接的螺纹为M6X0.75细牙螺纹。
[0014]作为本实用新型的进一步改进，所述滚珠和压电陶瓷之间还设置有钨钢片，所述钨钢片与所述压电陶瓷的一端进行固定连接，所述滚珠抵靠于所述钨钢片上。
[0015]作为本实用新型的进一步改进，所述柔性铰链最大形变量时的恢复力小于与其相互作用的压电陶瓷的最大驱动力。[0016]作为本实用新型的进一步改进，所述柔性铰链的材质为超硬铝。
[0017]作为本实用新型的进一步改进，所述贯通的腔室具有相对设置的开口，所述相对设置的开口分别由上盖板和下盖板进行封闭。
[0018]作为本实用新型的进一步改进，所述安装架上形成有安装干涉物镜的螺纹。
[0019]为了实现上述目的，本实用新型实施例提供的另一种技术方案如下:
[0020]一种干涉物镜驱动装置，其包括:
[0021]本体，所述本体上形成有贯通的腔室，所述腔室的一侧一体形成对称四杆机构，所述双对称四杆机构由柔性铰链形成；
[0022]安装架和固定架，所述安装架设置于所述对称四杆机构上，且与所述对称四杆机构一体成型，所述固定架与所述安装架相对地设置于所述本体的另一端；
[0023]压电陶瓷、预紧顶丝、滚珠，所述压电陶瓷、滚珠位于所述腔室中，所述预紧顶丝与所述本体相螺接，且与所述对称四杆机构相对设置，所述滚珠位于所述压电陶瓷和预紧顶丝之间，并与二者相抵靠，所述压电陶瓷与所述滚珠相对的一端与所述对称四杆机构相抵靠。
[0024]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:本实用新型的干涉物镜驱动装置采用了柔性铰链形成的双平行板四杆机构进行传动，其结构紧凑，当外形尺寸受限且驱动力确定的情况下，其能够获得最大的位移输出比。此外，其传动关系明确、无传动空程、无摩擦、精度高、强度好。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为本实用新型的干涉物镜驱动装置一【具体实施方式】的立体示意图；
[0027]图2为本实用新型的干涉物镜驱动装置一【具体实施方式】的部分结构的剖视图；
[0028]图3为本实用新型的干涉物镜驱动装置一【具体实施方式】的平面示意图；
[0029]图4为图3所述的干涉物镜驱动装置的部分结构的剖视放大图。
【具体实施方式】
[0030]为了使本【技术领域】的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
[0031]如图1~图4所示，本实用新型的干涉物镜驱动装置100包括本体10，该本体10上形成有贯通的腔室101，该腔室101具有上开口、以及与上开口相对的下开口。上述上开口、下开口处分别设置有相应的上盖板901和下盖板902，上盖板901和下盖板902通过螺钉固定于本体10上分别对上开口和下开口进行封闭。进一步地，上述本体10的一侧一体形成有双平行板四杆机构20，该双平行板四杆机构20由两侧结构对称的柔性铰链形成。当双平行板四杆机构20受到与其相垂直的作用力时，两侧的柔性铰链均产生交叉耦合位移。在不考虑加工误差的情况下，双平行板四杆机构20结构上完全对称的情况下，其能够产生严格的单向直线运动，从而避免了非对称四杆结构产生因交叉耦合位移造成的位移缺陷。上述双平行板四杆机构与本体一体成型，从而其结构紧凑，当外形尺寸受限且驱动力确定的情况下，其能够获得最大的位移输出比。此外，其传动关系明确、无传动空程、无摩擦、精度高、强度好。
[0032]此外，在其他实施方式中，可用双对称四杆机构来替代上述双平行板四杆机构，上述双对称四杆机构同样由柔性铰链形成。
[0033]干涉物镜驱动装置100还包括安装架30和固定架40，其中安装架30用于安装固定干涉物镜，作为一种实施方式，安装架30上形成有螺纹，安装架30与干涉物镜的通过上述螺纹进行螺接。此外，上述安装架30位于上述双平行板四杆机构20上，优选地，安装架30与双平行板四杆机构20 —体加工成型。从而，当双平行板四杆机构20发生形变时，可带动安装架30产生位移。进一步地，上述固定架40与安装架30相对设置，且固定架40位于本体的另一端。具体地，固定架40上开设有若干螺纹孔401，当对测量物进行表面质量测量时，可将测量物连接于上述螺纹孔401中。优选地，固定架40为矩形时，上述若干螺纹孔401分布于固定架40的四角位置处，从而可充分利用固定架40的面积。
[0034]上述腔室101中还设置有压电陶瓷50、预紧顶丝60、以及滚珠70，其中，预紧顶丝60与本体10通过螺纹方式相连接，本体10上开设有安装预紧顶丝60的螺纹孔，且该螺纹孔开设于与上述双平行板四杆机构20相对的位置处，从而安装于螺纹孔中的预紧顶丝60与双平行板四杆机构20相对设置。此外，由于预紧顶丝60与本体10相配合后，预紧顶丝60与本体10之间必定会存在一定的螺纹间隙和松动，从而导致压电陶瓷50无法预紧，为此，上述安装预紧顶丝60的螺纹为M6X0.75细牙螺纹。同时，为了进一步使预紧顶丝60能够拧紧，上述预紧顶丝60包括第一顶丝601和第二顶丝602，且其中第一顶丝601和第二顶丝602通过方向相反的螺纹与本体10相螺接。如此，可通过调节第一顶丝601和第二顶丝602为压电陶瓷50提供足够的预紧力。
[0035]此外，上述滚珠70与预紧顶丝60相配合，并与压电陶瓷50相抵靠，具体而言，其中滚珠70部分镶嵌于预紧顶丝60中，滚珠70凸伸于预紧顶丝60的部分与压电陶瓷50相抵靠。上述滚珠70与压电陶瓷50的接触方式为点面接触，如此设置的优点在于，即使上述安装预紧顶丝60的螺纹孔不与压电陶瓷50保持绝对垂直，也可保证压电陶瓷50不会受到除垂直方向以外的力，在一定程度上保护了压电陶瓷，减少了压电陶瓷的损耗。上述压电陶瓷50与滚珠70相对的一端与双平行板四杆机构20的中部相抵靠。
[0036]优选地，上述滚珠70和压电陶瓷50之间还设置有钨钢片80，该钨钢片80与压电陶瓷50的一端进行固定连接，另一端与滚珠70相抵靠。钨钢片80与压电陶瓷50的连接方式可以通过环氧胶进行固定连接。由于钨钢片80具有较高的硬度，从而滚珠70对钨钢片80施加的作用力可均匀的作用在压电陶瓷50上，从而提供均匀的预紧力。
[0037]上述双平行板四杆机构20带动安装架30产生位移是通过双平行板四杆机构20自身的弹性形变实现的。通常情况下，材料的弹性变形和输出力与材料的弹性模量E以及其屈服极限Sy成正比。因此，为了增大由柔性铰链形成的双平行板四杆机构20的运动范围，所选柔性铰链的弹性模量E及屈服极限Sy宜较大，但同时需满足:1)柔性铰链的最大变形时的恢复力要小于压电陶瓷50的最大驱动力；2)柔性铰链最大变形时的最大应力要小于其自身的许用应力。基于上述考虑，本实用新型中柔性铰链的材质优选为超硬铝。
[0038]此外，上述压电陶瓷50的材质优选为锆钛酸铅(PZT);预紧顶丝60的材质优选为经过发黑处理的普通钢材Q235 ;钨钢片80的材质为钨钢，其具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等有点。
[0039]使用本实用新型的干涉物镜驱动装置时，先将干涉物镜安装于安装架的螺纹中，再将被测量物连接在固定架的螺纹孔上。对压电陶瓷施加一激励电压时压电陶瓷即会发生增长形变，由于如上所述压电陶瓷的一端与双平行板四杆机构中部相抵靠，从而压电陶瓷发生形变后会驱动双平行板四杆机构产生位移，双平行板四杆机构进一步带动安装支架发生运动。安装支架运动后，其上的干涉物镜与被测量物之间的距离发生变化，由于压电陶瓷的形变量处于纳米级，从而可以实现干涉物镜的纳米级定位。
[0040]与现有技术相比，本实用新型的干涉物镜驱动装置采用了柔性铰链形成的双平行板四杆机构进行传动，其结构紧凑，当外形尺寸受限且驱动力确定的情况下，其能够获得最大的位移输出比。此外，其传动关系明确、无传动空程、无摩擦、精度高、强度好。
[0041]对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0042]此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
【权利要求】
1.一种干涉物镜驱动装置，其特征在于，所述干涉物镜驱动装置包括: 本体，所述本体上形成有贯通的腔室，所述腔室的一侧一体形成双平行板四杆机构，所述双平行板四杆机构由柔性铰链形成； 安装架和固定架，所述安装架设置于所述双平行板四杆机构上，且与所述双平行板四杆机构一体成型，所述固定架与所述安装架相对地设置于所述本体的另一端； 压电陶瓷、预紧顶丝、滚珠，所述压电陶瓷、滚珠位于所述腔室中，所述预紧顶丝与所述本体相螺接，且与所述双平行板四杆机构相对设置，所述滚珠与所述预紧顶丝相配合，且与压电陶瓷相抵靠，所述压电陶瓷与所述滚珠相对的一端与所述双平行板四杆机构相抵靠。
2.根据权利要求1所述的干涉物镜驱动装置，其特征在于，所述滚珠部分镶嵌于所述预紧顶丝中。
3.根据权利要求1所述的干涉物镜驱动装置，其特征在于，所述预紧顶丝包括第一顶丝和第二顶丝，所述第一顶丝和第二顶丝通过方向相反的螺纹与所述本体相螺接。
4.根据权利要求1所述的干涉物镜驱动装置，其特征在于，所述滚珠和压电陶瓷之间还设置有钨钢片，所述钨钢片与所述压电陶瓷的一端进行固定连接，所述滚珠抵靠于所述鹤钢片上。
5.根据权利要求1所述的干涉物镜驱动装置，其特征在于，所述柔性铰链最大形变量时的恢复力小于与其相互作用的压电陶瓷的最大驱动力。
6.根据权利要求1所述的干涉物镜驱动装置，其特征在于，所述贯通的腔室具有相对设置的开口，所述相对设置的开口分别由上盖板和下盖板进行封闭。
7.根据权利要求1所述的干涉物镜驱动装置，其特征在于，所述安装架上形成有安装干涉物镜的螺纹。
8.一种干涉物镜驱动装置，其特征在于，所述干涉物镜驱动装置包括: 本体，所述本体上形成有贯通的腔室，所述腔室的一侧一体形成对称四杆机构，所述双对称四杆机构由柔性铰链形成； 安装架和固定架，所述安装架设置于所述对称四杆机构上，且与所述对称四杆机构一体成型，所述固定架与所述安装架相对地设置于所述本体的另一端； 压电陶瓷、预紧顶丝、滚珠，所述压电陶瓷、滚珠位于所述腔室中，所述预紧顶丝与所述本体相螺接，且与所述对称四杆机构相对设置，所述滚珠位于所述压电陶瓷和预紧顶丝之间，并与二者相抵靠，所述压电陶瓷与所述滚珠相对的一端与所述对称四杆机构相抵靠。
【文档编号】G01B11/24GK203687890SQ201320745023
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2013年11月21日 优先权日:2013年11月21日
【发明者】钟博文, 王振华, 孙立宁, 金子祺, 钱哲 申请人:苏州大学