CN103604390B - 干涉物镜驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明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；安装架和固定架；放大机构，其位于所述腔室中，所述放大机构包括相对设置的弧形金属框架、及与所述弧形金属框架一体成型且相对设置的金属板框架，且所述金属板框架设置于所述弧形金属框架之间，并与所述弧形金属框架相垂直；压电陶瓷、预紧顶丝、滚珠，所述压电陶瓷内接于所述金属板框架之间，所述预紧顶丝与所述本体相螺接，所述滚珠与所述预紧顶丝相配合，且所述滚珠与所述压电陶瓷与所述金属板框架相内接一侧的壁面相抵靠。本发明的干涉物镜驱动装置通过放大机构将压电陶瓷的微小位移进行放大，从而使干涉物镜驱动装置获得了较大的位移范围。

Description

干涉物镜驱动装置

技术领域

本发明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

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。

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有的为了保证高精密位移输出，而不能满足有较大微位移输出要求的应用场合。

因此，针对上述问题，有必要提供一种的干涉物镜驱动装置。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种干涉物镜驱动装置。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：

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，所述腔室的一侧一体形成对称四杆机构，所述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；

放大机构，其位于所述腔室中，所述放大机构包括相对设置的弧形金属框架、及与所述弧形金属框架一体成型且相对设置的金属板框架，且所述金属板框架设置于所述弧形金属框架之间，并与所述弧形金属框架相垂直，所述一侧的弧形金属框架通过一支撑件与所述对称四杆机构相连接，所述另一侧的弧形金属框架通过另一支撑件与所述本体连接；

压电陶瓷、预紧顶丝、滚珠，所述压电陶瓷内接于所述金属板框架之间，所述预紧顶丝与所述本体相螺接，所述滚珠与所述预紧顶丝相配合，且所述滚珠与所述压电陶瓷与所述金属板框架相内接一侧的壁面相抵靠。

作为本发明的进一步的改进，所述放大机构将所述压电陶瓷的位移放大5～14倍。

作为本发明的进一步的改进，滚珠部分镶嵌于所述预紧顶丝中。

作为本发明的进一步的改进，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。

作为本发明的进一步的改进，所述预紧顶丝与所述本体相螺接的螺纹为M6X0.75细牙螺纹。

作为本发明的进一步的改进，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。

作为本发明的进一步的改进，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。

作为本发明的进一步的改进，所述柔性铰链的材质为超硬铝。

作为本发明的进一步的改进，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。

作为本发明的进一步的改进，所述安装架上形成有安装干涉物镜的螺纹。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的干涉物镜驱动装置通过放大机构将压电陶瓷的微小位移进行放大，从而使干涉物镜驱动装置获得了较大的位移范围。同时本发明的干涉物镜驱动装置采用柔性铰链形成的对称四杆机构做传动，压电陶瓷带动柔性铰链运动时不存在摩擦力，安装固定时损坏机率减小，成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明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。

图1为本发明的干涉物镜驱动装置一具体实施方式的立体示意图；

图2为本发明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。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明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A和下盖板B，上盖板A和下盖板B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的一侧一体形成有对称四杆机构20，该对称四杆机构20由柔性铰链形成。当对称四杆机构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，对称四杆机构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。上述对称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。

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位于上述对称四杆机构20上，优选地，安装架30与对称四杆机构20一体加工成型。从而，当对称四杆机构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。

如图2所示，上述腔室101中设置有放大机构50，该放大机构50包括相对设置的弧形金属框架501、及与弧形金属框架501一体成型且相对设置的金属板框架502，上述金属板框架502设置于所述弧形金属框架501之间，并与弧形金属框架501相垂直。上述相对设置的金属板框架502的端部与弧形金属框架501的端部相连接，且二者之间形成有具有一定距离。当对金属板框架502的外侧施加一X方向的作用力时，弧形金属框架501可将金属板框架502的形变位移在Y方向进行放大。本发明中，放大机构的位移放大倍率为5～14倍。

此外，上述一侧的弧形金属框架501通过一支撑件102与对称四杆机构20相连接，另一侧的弧形金属框架501通过另一支撑件102与本体10连接。从而，放大机构50可将弧形金属框架501产生的位移传递至对称四杆机构20上。

上述腔室101中还设置有压电陶瓷60、预紧顶丝70、以及滚珠80。其中，预紧顶丝70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70的螺纹孔，且该螺纹孔开设于与对称四杆机构所在壁面相垂直的侧壁上，从而安装于螺纹孔中的预紧顶丝70位于对称四杆机构20的一侧。此外，由于预紧顶丝70与本体10相配合后，预紧顶丝70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60无法预紧，为此，上述安装预紧顶丝70的螺纹为M6X0.75细牙螺纹。同时，为了进一步使预紧顶丝70能够拧紧，上述预紧顶丝70包括第一顶丝701和第二顶丝702，且其中第一顶丝701和第二顶丝702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701和第二顶丝702为压电陶瓷60提供足够的预紧力。

此外，上述压电陶瓷60内接于金属板框架502之间，上述滚珠80可与预紧顶丝70相配合，并与压电陶瓷60相抵靠，具体而言，其中滚珠80部分镶嵌于预紧顶丝70中，滚珠80凸伸于预紧顶丝70的部分与压电陶瓷60与金属板框架502相内接一侧的壁面相抵靠。上述滚珠80与压电陶瓷60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70的螺纹孔不与压电陶瓷60保持绝对垂直，也可保证压电陶瓷60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。从而，当压电陶瓷60产生微位移时，放大机构50可将压电陶瓷60的微位移放大5～14倍。

优选地，上述滚珠80和压电陶瓷60之间还设置有钨钢片90，该钨钢片90与压电陶瓷60的一端进行固定连接，另一端与滚珠80相抵靠。钨钢片90与压电陶瓷60的连接方式可以通过环氧胶进行固定连接。由于钨钢片90具有较高的硬度，从而滚珠80对钨钢片90施加的作用力可均匀的作用在压电陶瓷60上，从而提供均匀的预紧力。

上述对称四杆机构20带动安装架30产生位移是通过对称四杆机构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对称四杆机构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60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，本发明中柔性铰链的材质优选为超硬铝。

此外，上述压电陶瓷60的材质优选为锆钛酸铅（PZT）；预紧顶丝70的材质优选为经过发黑处理的普通钢材Q235；钨钢片90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。

使用本发明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，由于如上所述内接于金属板框架之间，从而压电陶瓷发生形变后，放大机构可将该形变引起的位移放大，并Y方向上驱动对称四杆机构产生位移，对称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。

与现有技术相比，本发明的干涉物镜驱动装置通过放大机构将压电陶瓷的微小位移进行放大，从而使干涉物镜驱动装置获得了较大的位移范围。同时本发明的干涉物镜驱动装置采用柔性铰链形成的对称四杆机构做传动，压电陶瓷带动柔性铰链运动时不存在摩擦力，安装固定时损坏机率减小，成本低。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明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发明。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，本发明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发明内。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。

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。

Claims (9)

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对称四杆机构，所述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；

放大机构，其位于所述腔室中，所述放大机构包括相对设置的弧形金属框架、及与所述弧形金属框架一体成型且相对设置的金属板框架，且所述金属板框架设置于所述弧形金属框架之间，并与所述弧形金属框架相垂直，所述弧形金属框架的一侧通过一支撑件与所述对称四杆机构相连接，所述弧形金属框架的另一侧通过另一支撑件与所述本体连接；

压电陶瓷、预紧顶丝及滚珠，所述压电陶瓷内接于所述金属板框架之间，所述预紧顶丝与所述本体相螺接，所述滚珠与所述预紧顶丝相配合，且所述滚珠抵靠在所述压电陶瓷与金属板框架相内接一侧的壁面。

2.根据权利要求1所述的干涉物镜驱动装置，其特征在于，所述放大机构将所述压电陶瓷的位移放大5～14倍。

3.根据权利要求1所述的干涉物镜驱动装置，其特征在于，滚珠部分镶嵌于所述预紧顶丝中。

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。

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。

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。

7.根据权利要求6所述的干涉物镜驱动装置，其特征在于，所述柔性铰链的材质为超硬铝。

8.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。

9.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。