CN101320217B - 一种自定心装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自定心装置，包括手轮、螺母I、顶盖、凸轮I、滚柱、柔性膨胀环、圆盘、螺纹定位销I、弹性套筒、盘体、轴承、螺纹定位销II、传力盘、螺母II、凸轮II、导杆和下端盖；凸轮I和凸轮II可以导杆实现同步旋转，凸轮I带动传力盘向外径向运动，实现和定位基准面的接触，凸轮II通过滚柱使柔性膨胀环向外膨胀，实现和所需定位工件的接触；自定心装置自身无间隙，并且也实现定位过程中的无间隙接触，自定心装置自身精度可以根据要求调整，因此可以实现对工件较高精度级别的位置定位。

Description

一种自定心装置

技术领域

本发明涉及一种机械定位装置，具体涉及一种自定心装置。

背景技术

在机械设备行业中，重要的机械零部件之间的安装精度达到微米级别时，多采用定位装置来定位，例如，集成电路制造设备中的光刻机安装过程中，物镜法兰盘的安装需要采用装置定位来控制安装精度。当前，多数精密机械安装都采用通用定位装置或者专用定位装置来实现定位。通用定位装置或者专用定位装置可以比较容易实现小直径和小尺寸的零部件定位；定位装置的安装基准和定位基准之间的距离较短时或者装置的定位尺寸较小时，定位装置的精度也较易保证，加工也能保证；并且，用通用定位装置或者专用定位装置来定位一定形状和一定尺寸的固定工件也较易保证定位精度。

但是，对于以下情况通用定位装置或者专用定位装置就很难以实现：(1)当定位精度很高时；(2)当定位装置的安装基准和定位基准之间的距离较大时(一般大于300mm)；(3)当要求定位装置和定位的零部件之间隙较小或没有间隙时，或者定位装置自身间隙很小或没有间隙时；(4)当要求定位装置和定位的零部件或装置自身没有过约束时；(5)当要求定位装置的精度要求不降低但同时要求定位装置的加工难度降低。

同时，有些通用定位装置和专用定位装置对工件进行微米级的定位时，要求定位装置上的零件的尺寸精确程度的等级很高，高的尺寸精确等级要求导致定位装置的加工成本增加，甚至，有些较高的尺寸精度无法通过机械加工来实现。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种自定心装置，通过所述自定心装置可以实现对工件较高精度级别的位置定位。

本发明所提供的自定心装置，主要包括手轮、螺母I、顶盖、凸轮I、滚柱、柔性膨胀环、圆盘、、螺纹定位销I、弹性套筒、盘体、轴承、螺纹定位销II、传力盘、螺母II、凸轮II、导杆和下端盖，还包括若干个螺母、定位销、内六角圆柱头螺钉、内六角圆柱头螺钉；其中，弹性套筒穿过导杆安装在盘体的中心孔中，弹性套筒带有锥面，其锥面与盘体的锥面捏合；轴承穿过导杆安装在盘体的中心孔中，轴承的端面与弹性套筒的端面接触；两个螺母通过螺纹安装到导杆上；螺纹定位销通过螺纹安装到盘体的下端面上；凸轮II穿过导杆安装在圆盘的下端面上，用螺母将凸轮II固定；传力盘穿过螺纹定位销II安装在盘体的下端面上；下端盖穿过导杆安装在盘体的下端面上，用内六角圆柱头螺钉将下端盖固定；圆盘穿过导杆安装在盘体的上端面上；螺纹定位销I通过螺纹安装在圆盘上，柔性膨胀环穿过导杆和螺纹定位销I安装在盘体的上端面上，凸轮I穿过导杆安装在圆盘的上端面上；若干个滚柱安装在凸轮I和柔性膨胀环的间隙中间；顶盖利用内六角圆柱头螺钉安装在盘体上，螺母I穿过导杆安装在顶盖上，通过定位销实现螺母I和顶盖之间固定；手轮通过螺母固定安装在导杆上。为了实现所述柔性膨胀环的内环的挤压力向其外环传递，所述柔性膨胀环的内环和外环之间通过若干个分布均匀的加强筋连接，每一个加强筋中间有一个用于与螺纹定位销I结合使用实现定位的U型孔。

本发明所提供的自定心装置，在实现对工件的定位过程中，所述导杆会跟随所述手轮旋转，所述凸轮I和所述凸轮II会同步跟随所述导杆旋转；所述凸轮I的旋转会带动和挤压所述滚柱，所述滚珠会挤压所述柔性膨胀环的内环，所述柔性膨胀环受挤压力后通过其加强筋传递到其外环上，所述柔性膨胀环的外环受力后向外扩张，从而能够与所需定位的工件实现面接触；所述凸轮II的旋转会带动和挤压所述传力盘，传力盘径向向外移动，从而能够与定位的基准面实现面接触。所述导杆旋转同时，所述螺母II会跟随所述导杆旋转，所述螺母II带动所述轴承旋转，通过所述轴承转接，所述弹性套筒将相对于轴承保持静止。

具体地，为保证凸轮I和所述凸轮II旋转的同步性，所述凸轮I和所述凸轮II具有相同尺寸及形状，二者可以同时为三面凸轮，其三面凸轮可以由圆盘被均匀削去三部分圆弧制造形成。

所述弹性套筒的靠近锥面端开了六个分布均匀的凹槽。

所述螺母I的一端是六角形状、另一端是圆柱状，六角形状一端的每一边的中间开半圆孔，用于与所述顶盖中的半圆孔结合形成一个整圆孔，定位销可以插入这个整圆孔当中，实现螺母I和顶盖之间的固定。

本发明所提供的自定心装置的具有结构紧凑、体积小的特点，通过本发明所提供的自定心装置结构，拧紧上下两个螺母II使弹性套筒膨胀后可以使盘体和导杆之间无间隙接触。旋转手轮后，凸轮I和凸轮II会同步跟随导杆旋转；凸轮I的旋转会带动和挤压滚柱，滚珠会挤压柔性膨胀环的内环，柔性膨胀环受挤压力后通过其加强筋传递到其外环上，柔性膨胀环的外环受力后向外扩张，从而能够与所需定位的工件实现面接触；从而实现装置与工件之间无间隙。所述凸轮II的旋转会带动和挤压所述传力盘，传力盘径向向外移动，从而能够与定位的基准面实现面接触。从而实现装置与定位基准面之间无间隙。因此可以实现整个定位过程的无间隙式定位，凸轮II外圆面和柔性膨胀环的外圆面不在同一个平面上，所以该自定心装置可以实现定位基准面和所需要定位的工件不在同一个零部件上时的定位，并可以对安装基准和定位基准之间距离比较大的部件进行精确定位；通过柔性膨胀环，自定心装置和所需定位的工件的接触面的间隙可以自由调整，这样可以使调整精度大大提高；同时，可以通螺母II、凸轮II、凸轮I等零件的自我精度调整，提高自定心装置的定位精度，而且调整方便，快速，并可以使自定心装置上的零件的加工精度要求降低，从而实现降低加工成本和使用成本。

附图说明

图1为本发明提供的一种自定心装置轴侧示意图；

图2为本发明提供的一种自定心装置正视截面示意图；

图3为本发明提供的一种自定心装置的图2中C-C截面示意图；

图4为本发明提供的一种自定心装置的图2中B-B截面示意图；

图5为本发明提供的一种自定心装置的图2中D-D截面示意图；

图6为本发明提供的一种自定心装置的检测和调整正视截面意图；

图7为本发明提供的一种自定心装置的零件柔性膨胀环主视示意图；

图8为本发明提供的一种自定心装置的零件顶盖主视示意图；

图9为本发明提供的一种自定心装置的零件顶盖左视示意图；

图10为本发明提供的一种自定心装置的零件顶盖俯视示意图。

符号说明：

1.螺母III              2.手轮        3.螺母I  4.定位销

5.内六角圆柱头螺钉     6.顶盖        7.凸轮I  8.滚柱

9.柔性膨胀环           10.螺纹定位销I     11.圆盘            12.弹性套筒

13.盘体                14.轴承            15.螺纹定位销II    16.传力盘

17.螺母II              18.凸轮II          19导杆             20.下端盖

21.内六角圆柱头螺钉    22.螺母IV          031.螺母I的半圆孔

061.顶盖的内孔面       062.顶盖的半圆孔   071.凸轮I削边面

072.凸轮I的圆柱面      081.滚柱的外圆面   091.柔性膨胀环的外圆面

131.盘体法兰面         132.盘体法兰削边面 161.传力盘的外圆面

162.传力盘的削边面     181.凸轮II削边面   182.凸轮II外圆面

1001.标准V型块         1002.大理石平板    1003.基础框架

1004.主基板            1005物镜法兰盘     10051.物镜法兰盘的内孔面

1006螺栓

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

本实施例提供一个用于安装光刻机装备中的物镜法兰盘精密部件的自定心装置，在安装过程中定位基准面和所需要定位的部件的距离比较远，定位基准面和所需要定位的部件不在同一个零部件上，同时提供给安装自定心装置的空间有限，被定位的部件的物镜法兰盘精度要求高。

图1所示为本发明实施例提供的自定心装置的轴侧示意图。整个自定心装置包括零件：螺母III1，手轮2，螺母I3，定位销4，内六角圆柱头螺钉5，顶盖6，凸轮I 7，滚柱8，柔性膨胀环9，螺纹定位销I 10，圆盘11，弹性套筒12，盘体13，轴承14，螺纹定位销II 15，传力盘16，螺母II 17，凸轮II 18，导杆19，下端盖20，内六角圆柱头螺钉21，以及螺母IV 22；本实施例中，凸轮I 7和凸轮II 18均为三面凸轮，螺母III1、螺母I3、螺母II 17和螺母IV22均为六角螺母，凸轮I 7和凸轮II 18的面数并不限于本发明实施例中。

结合图1所示，本实施例自定心装置中各零件的安装定位方法是：导杆19放入到盘体13的中心孔中，将两个弹性套筒12各穿过导杆19安装到盘体13的中心孔中，两个带锥面弹性套筒12的锥面都分别与盘体13锥面捏合，从而实现盘体13与导杆19的无间隙啮合；将两个轴承14各穿过导杆19安装到盘体13的中心孔中，轴承的端面与弹性套筒12的端面接触；将两个螺母II 17通过螺纹安装到导杆19上；三个螺纹定位销II 15通过螺纹安装到盘体13的下端面上；凸轮II 18为通过对圆盘均匀削去三部分圆环形成的三面凸轮，穿过导杆19安装到圆盘11的下端面上，用螺母IV II 2将凸轮II 18固定；三个传力盘16各穿过三个螺纹定位销II 15安装到盘体13的下端面上；下端盖20穿过导杆19安装到盘体13的下端面上，用内六角圆柱头螺钉21将下端盖20固定；圆盘11穿过导杆19安装到盘体13的上端面上；三个螺纹定位销I 10通过螺纹安装到盘体13的上端面上，柔性膨胀环9穿过导杆19和三个螺纹定位销I 10安装到盘体13的上端面上；凸轮I 7为通过对圆盘均匀削去三部分圆弧形成的三面凸轮，穿过导杆19安装到圆盘11的上端面上；三个滚柱8分别安装到凸轮I 7和柔性膨胀环9的每个间隙中间；顶盖6利用内六角圆柱头螺钉5安装到柔性膨胀环9上；螺母I 3穿过导杆19安装到顶盖6上，用定位销4将螺母I 3和顶盖6固定；手轮2利用螺母III1安装到导杆19上。

图2所示为本发明实施例定心装置对物镜法兰盘进行定位时的正视截面示意图，其中基础框架1003是一个圆形的定位基准，物镜法兰盘1005穿过自定心装置放置到主基板1004上，通过自定心装置和物镜法兰盘1005的结合调整，实现物镜法兰盘1005的精确定位。作为定位基准的基础框架1003和所需要定位的部件物镜法兰盘1005不在同一个零部件上，并且距离较远。

图3为本发明提供的一种自定心装置的图2中C-C截面示意图。通过导杆19的旋转，可以带凸轮II 18同步旋转，传力盘的外圆面161与凸轮II的削边面181直接线接触，由于凸轮II 18的旋转挤压传力盘的外圆面161，传力盘16通过螺纹定位销II 15导向，传力盘16会在螺纹定位销II 15约束下沿着传力盘的外圆面161和盘体法兰削边面132作径向滑动，并最终可以实现三个传力盘的外圆面161与基础框架1003的内环面接触。

图4为本发明提供的一种自定心装置的图2中B-B截面示意图。柔性膨胀环通9通过三个螺纹定位销I 10定位于圆盘上端面，凸轮II的削边面071与滚柱的外圆面081直接接触，通过导杆19的旋转，可以带动凸轮II 7同步旋转，凸轮II的削边面071挤压滚柱的外圆面081，然后滚柱传递挤压力，通过滚柱的外圆面081对柔性膨胀环9的内环面挤压，进一步通过其加强筋向柔性膨胀环9的外环传递压力，从而导致柔性膨胀环的外圆面091向外径向膨胀。

图5为本发明提供的一种自定心装置的图2中D-D截面示意图。螺母I 3上有六个半圆孔031，顶盖6中有五个半圆孔062，螺母的半圆孔031与顶盖的半圆孔062有相同的半径，通过旋转螺母I 3，可使其上面的任何一个半圆孔031与任何一个顶盖的半光孔062的中心重合，定位销4用来放入半圆孔031与顶盖的半光孔062所组成的圆柱孔中，可以实现螺母I 3和顶盖6的定位固定。

图6为本实施例自定心装置的检测和调整的正视示意图。结合图1、图3、图4以及图6所示，本实施例的自定心装置的调整和检测过程如下：

(1)把已经安装好的自定心装置放置到标准的大理石平板1002上，并用标准V型块1001支撑；

(2)拆除自定心装置中的凸轮II 18、下端盖20、凸轮I 7、顶盖6、手轮2。

(3)用专用扳手旋转螺母II 17，当弹性套筒12与盘体13没有间隙时，停止旋转螺母II 17。

(4)用百分表测量导杆19的同轴度是否达到规定的数值，若同轴度不满足要求继续调整螺母II 17，直到满足要求为止。

(5)安装凸轮II 18和凸轮I 7，用三座标或百分表测量凸轮II削边面181与凸轮I削边面071之间的平行度和平面度，如果其平行度和平面度不满足要求，修磨凸轮II削边面181与凸轮I削边面071，直到达到规定的要求。

(6)用三座标或百分表测量凸轮II削边面181与凸轮I削边面071的同轴度，如果其同轴度不满足要求，修磨凸轮II削边面181与凸轮I削边面071，直到达到规定的要求。

(7)调整传力盘的外圆面161与凸轮II削边面181接触。

(8)调整滚柱的外圆面081，使之与顶盖的内孔面061以及凸轮I削边面071接触。

(9)用三座标或百分表测量柔性膨胀环的外圆面091的同轴度，如果其同轴度不满足要求继续调整柔性膨胀环9，直到满足规定的要求为止。

(10)满足要求后安装上其他已经拆卸的零件。

至此，自定心装置的调整和检测工作完毕，自定心装置的本身的精度将满足定位时的精度要求。

图7为本发明提供的一种自定心装置的零件柔性膨胀环主视示意图；

图8为本发明提供的一种自定心装置的零件顶盖主视示意图；

图9为本发明提供的一种自定心装置的零件顶盖左视示意图；

图10为本发明提供的一种自定心装置的零件顶盖俯视示意图。

本实施例中进一步通过自定心装置对物镜法兰盘1005进行定位说明。结合图2、图3、图4、图5所示，本实施例的自定心装置对物镜法兰盘的定位步骤如下：

(1)把调整和检测好的自定心装置放入基础框架1003的中心孔中，调整自定心装置使盘体法兰面131与基础框架1003的中心孔的同轴度达到规定的要求。

(2)物镜法兰盘1005穿过自定心装置放置到主基板1004上，调整物镜法兰盘1005使其上面的螺孔与主基板1004上螺孔对齐。

(3)将螺栓1006穿过物镜法兰盘1005的螺孔旋入到主基板1004的螺孔上，同时保证螺栓1006不完全拧紧。

(4)顺时针旋转手轮2，并且旋转角不要大于30度，在此过程中，自定心装置中的手轮2带动导杆19旋转，导杆19带动凸轮I 7和凸轮II 18转动，凸轮I 7迫使柔性膨胀环9径向向外膨胀，凸轮II 18挤压传力盘16，迫使传力盘径向向外移动。

(5)当传力盘16与基础框架1003中心孔的内孔面接触，停止旋转手轮2，此时，自定心装置自动找正圆心并与基础框架1003内孔保持同心且无间隙，柔性膨胀环的外圆面091也与物镜法兰盘的内孔面10051相接触。

(6)旋转螺母I 3使其上面的半圆孔031与顶盖6的半圆孔062的中心重合，将定位销4放入其中。

(7)缓慢微调物镜法兰盘1005，当柔性膨胀环的外圆面091与物镜法兰盘盘的内孔面10051接触面积最大时，拧紧物镜法兰盘1005上的螺栓1006，从而实现了对物镜法兰盘的1005的定位。

在不偏离本发明的精神和范围的情况下还可以构成许多有很大差别的实施例。应当理解，除了如所附的权利要求所限定的，本发明不限于在说明书中所述的具体实施例。

Claims (9)

1.一种自定心装置，包括：手轮(2)、螺母I(3)、顶盖(6)、凸轮I(7)、滚柱(8)、柔性膨胀环(9)、圆盘(11)、螺纹定位销I(10)、弹性套筒(12)、盘体(13)、轴承(14)、螺纹定位销II(15)、传力盘(16)、螺母II(17)、凸轮II(18)、导杆(19)和下端盖(20)，其特征在于，弹性套筒(12)穿过导杆(19)安装在盘体(13)的中心孔中，弹性套筒(12)带有锥面，其锥面与盘体(13)的锥面捏合；

轴承(14)穿过导杆(19)安装在盘体(13)的中心孔中，轴承(14)的端面与弹性套筒(12)的端面接触；

螺母II(17)通过螺纹安装到导杆(19)上；

螺纹定位销II(15)通过螺纹安装到盘体(13)的下端面上；

凸轮II(18)穿过导杆(19)安装在盘体(13)的下端面上，用螺母将凸轮II(18)固定；

传力盘(16)穿过螺纹定位销II(15)安装在盘体(13)的下端面上；

下端盖(20)穿过导杆(19)安装在盘体(13)的下端面上，用内六角圆柱头螺钉(21)将下端盖(20)固定；

圆盘(11)穿过导杆(19)安装在盘体(13)的上端面上；

螺纹定位销I(10)通过螺纹安装在盘体(13)的上端面上，柔性膨胀环(9)穿过导杆(19)和螺纹定位销I(10)安装在盘体(13)的上端面上，凸轮I(7)穿过导杆(19)安装在圆盘(11)上；

滚柱(8)安装在凸轮I(7)和柔性膨胀环(9)的间隙中间；

顶盖(6)利用内六角圆柱头螺钉(5)安装在盘体(13)上，螺母I(3)穿过导杆(19)安装在顶盖(6)上，通过定位销(4)实现螺母I(3)和顶盖(6)之间固定；

手轮(2)通过螺母固定安装在导杆(19)上。

2.根据权利要求1所述自定心装置，其特征在于，所述柔性膨胀环(9)的内环和外环通过若干个分布均匀的加强筋连接而构成，每一个加强筋中间有一个用于实现定位的U型孔。

3.根据权利要求1所述自定心装置，其特征在于，所述导杆(19)会跟随所述手轮(2)旋转，所述凸轮I(7)和所述凸轮II(18)会同步跟随所述导杆(19)旋转；所述凸轮I(7)的旋转会带动和挤压所述滚柱(8)，所述滚珠(8)会挤压所述柔性膨胀环(9)的内环，所述柔性膨胀环(9)的内环受挤压力后通过其加强筋传递到所述柔性膨胀环(9)外环上，所述柔性膨胀环(9)的外环受力后向外扩张；所述凸轮II(18)的旋转会带动和挤压所述传力盘(16)。

4.根据权利要求1或3所述自定心装置，其特征在于，所述凸轮I(7)和所述凸轮II(18)具有相同尺寸及形状。

5.根据权利要求1或3所述自定心装置，其特征在于，所述凸轮I(7)和所述凸轮II(18)同时为三面凸轮或者面数大于三面的凸轮。

6.根据权利要求5所述自定心装置，其特征在于，所述三面凸轮是由圆盘被均匀削去三部分圆弧形成。

7.根据权利要求1所述自定心装置，其特征在于，所述导杆(19)会跟随所述手轮(2)旋转，所述螺母II(17)会跟随所述导杆(19)旋转，所述螺母II(17)带动所述轴承(14)旋转，通过所述轴承(14)转接，所述弹性套筒(12)保持静止。

8.根据权利要求1或7所述自定心装置，其特征在于，所述弹性套筒(12)的靠近锥面端开了六个分布均匀的凹槽。

9.根据权利要求1所述自定心装置，其特征在于，所述螺母I(3)的一端是六角形状、另一端是圆柱状，六角形状一端的每一边的中间开半圆孔，用于与所述顶盖(6)中的半圆孔结合。

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