CN103612202A - 一种离子束抛光设备中工件夹具的定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离子束抛光设备中工件夹具的定位装置，其采用水平固定安装的作为定位基准的环形定位盘和卡盘式工件夹具相互作用的方案实现工件夹具的定位。环形定位盘上表面有凸起的水平定位平面、沿定位盘周边对称布置的举升装置以及定位销，夹具上有能与定位盘上水平定位平面相贴合的定位平面以及能与定位盘上的定位销一一对应的定位孔。举升装置将装夹好工件的夹具托升到一定高度后慢慢下降，使两定位平面完全贴合及所有定位销插入定位孔，实现工件夹具的定位。本发明的定位基准在同一个部件上面，装调较为容易，只要调节好基准，夹具通过其重力作用就可完成定位，动作简单；定位运动速度可控，能缓慢地完成定位操作，能大幅降低和消除震动。

Description

一种离子束抛光设备中工件夹具的定位装置

技术领域

本发明属于精密光学零件加工领域，涉及离子束抛光设备中一种工件的定位装置。

背景技术

离子束抛光是利用离子溅射原理，采用具有高斯分布特性的离子束流轰击工件表面达到去除材料的目的，是一种真正意义上的非接触加工，具有去除函数稳定、易于实现自动化、加工精度高的优点。离子束抛光的精度可以达到纳米量级，是超精密光学元件加工特别是用于微电子光刻领域曝光系统中镜片加工的重要手段。

离子束抛光精度除了跟去除函数、执行机构控制精度、加工方法有关外，还与工件定位精度有关。对于离子源在工件下方进行抛光的布局形式，工件定位包括XY平面内中心定位、水平定位及绕Z轴旋转定位。工件在加工位置定位不准会使离子源坐标系和工件坐标系换算发生偏差从而导致实际加工位置发生偏差，影响设备加工精度。由于离子束抛光是在真空环境下进行，所以工件定位必须是自动进行。现阶段离子束抛光设备中，工件定位是先手工将工件装夹到夹具上，在装夹过程中，保证工件在夹具上的定位，然后连同夹具一起通过运送装置运送到加工位置，最后在加工位置通过定位装置对夹具自动定位，间接实现工件的定位。

图1-2所示为一种现有设备的夹具定位装置示意图，图1为主视图，图2为俯视图。21为一对卡盘，可以按图示箭头方向同时移动，执行夹紧和松开操作，卡盘上还有定位销24。夹具23上还有与定位销24相配合的定位孔。工件23装夹在三爪卡盘式夹具22上，并保证工件23在夹具22上的定位，工件23同夹具22一起被运送到加工位置后，两边的卡盘21执行夹紧操作将夹具22夹紧，同时定位销24插入夹具22上的定位孔中，实现夹具22的定位。此方法虽然可以实现夹具的定位，但在实际操作过程中，首先要保证两卡盘21在Z向和Y向对齐，由于左右卡盘是两个独立的零件，且有一定的距离，在安装过程中很难保证其位置精度；另外，在夹紧过程中，由于夹紧力较大（否则达不到定位效果），会使工件产生较为剧烈震动，对工件本身和定位效果均会产生一定的影响。

发明内容

本发明的目的是解决现有的技术不足，提供一种结构简单、易于安装，在定位过程中不会产生大幅振动的离子束设备中工件夹具的定位装置。

为解决以上技术问题，本发明采用如下技术方案：一种离子束抛光设备中工件夹具的定位装置，采用固定安装用作基准的基准件和卡盘式工件夹具相互作用的结构方案，其特征在于：用作基准的基准件包括环形定位盘、定位销和举升装置，环形定位盘周边有均匀分布的安装孔下凹的圆形定位销安装面，并且上表面有凸起的水平定位平面，举升装置沿环形定位盘圆周边均匀布置，且举升方向垂直于水平定位平面，定位销安装于环形定位盘的定位销安装面内；卡盘工件夹具设置有定位孔和凸起的水平基面，所述工件夹具定位孔和所述环形定位盘上的定位销位置一一对应，定位销全部插入所述工件夹具上的定位孔，实现中心定位和绕中心轴旋转定位，所述环形定位盘上的水平定位平面和所述工件夹具上的水平基面能相互贴合，实现水平定位。

进一步的，所述环形定位盘的安装孔为具有一定圆弧度的长槽孔，其中心弧线所在圆的圆心与环形定位盘中心重合。

进一步的，所述定位销至少有两个，且沿所述环形定位盘周边均匀布置。

进一步的，所述定位销顶部为锥形，下面为圆柱形，通过底部的台阶分别用螺钉安装在三个定位销安装面上。

进一步的，所述定位销垂直于环形定位盘上的水平定位平面。

进一步的，所述环形定位盘安装时保证其水平定位平面水平。

进一步的，所述沿环形定位盘外圆周有三个均布的沿径向凸起的部分，每相邻两个凸起部分中间加工有沿Z向的平面，任意一个平面的法线均通过定位盘的中心。

进一步的，所述举升装置安装在平面上。

进一步的，所述三套举升装置在执行上升、下降动作时同步进行，且运动距离相等。

进一步的，所述定位盘可通过三个安装孔使用三个螺杆吊装在平行于XY平面的基面上，用螺母固定，通过调节三个安装螺母可以调节定位盘上的水平定位平面与XY平面的平行，用作水平定位基准。

本发明的有益效果是:

（1）本发明一种离子束抛光设备中工件夹具的定位装置的定位基准在同一个部件上面，装调较为容易，只要调节好基准，夹具通过其重力作用就可完成定位，动作简单；

（2）定位运动速度可控，能缓慢地完成定位操作，能大幅降低和消除震动。

附图说明

图1-2所示为现有一种离子束抛光设备中工件夹具的定位装置示意图；

图3所示为本发明中用作基准的基准件的结构示意图；

图4所示为本发明中环形定位盘俯视图；

图5所示为本发明中环形定位盘剖视图；

图6所示为本发明中定位销的主视图；

图7所示为本发明中一种三爪卡盘式工件夹具的半剖主视图；

图8所示为本发明中一种离子束抛光设备中工件夹具的定位装置结构及工作原理示意图；

图中附图标记含义为：

图示箭头为运动部件移动方向；

1环形定位盘；

101环形定位盘上的水平定位平面；

102环形定位盘上的安装孔；

1021环形定位盘上的安装孔中心线；

103定位销安装面；

104举升机构安装面；

105凸起部分；

2定位销；

201定位销顶部锥面；

202定位销下部圆柱形；

203定位销安装台阶；

3举升机构；

301电动推杆；

302电动推杆安装架；

4工件夹具；

401工件夹具定位孔；

402工件夹具水平定位平面；

403工件夹具吊钩；

404工件夹具夹爪；

405盘体；

21一种现有定位装置的卡盘；

22一种现有定位装置使用的夹具；

23工件；

24一种现有定位装置的定位销。

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明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

图3所示为本发明中用作基准的基准件的结构示意图，作为基准的基准件包括一个圆环形的定位盘1、三个定位销2以及三套举升装置3。同时参阅图4、图5所示，环形定位盘1由45号钢制作，并经过调质处理，在其上表面（－Z方向）有凸起的圆环型台阶，台阶上表面（－Z方向）经过研磨，平面度能达到0.01mm，高度为Ｈ，其作为环形定位盘上水平定位平面101；沿环形定位盘1外圆周有三个均布的沿径向凸起的部分105，与定位盘1一体成型，其边缘连接处成弧形，每个凸起部分105上表面（－Z向）都有一个安装孔102和下凹的圆形定位销安装面103，三个定位销安装面103和安装孔102也沿定位盘外圆周均匀分布，安装孔102为带有一定弧度的长槽形通孔，安装孔102的径向宽度为Ｌ，弧向长度保证大于径向宽度Ｌ，并且其中心弧线1021所在圆的圆心与定位盘1的中心重合。在环形定位盘1外边缘上每相邻两个凸起部分105中间加工有沿Z向的平面104，即平面104均布在定位盘1的外圆周，任意一个平面104的法线均通过定位盘1的中心，三个平面104用来安装举升装置3。

三个定位销2（如图6所示）顶部为锥形201，下面为圆柱形202，通过底部的台阶203分别用螺钉安装在三个定位销安装面103上，安装时保证定位销2垂直于环形定位盘1上的水平定位平面101。由于安装面103沿定位盘1外圆周均匀分布，因此三个定位销2也沿定位盘1外圆周均匀分布。

参阅图3所示，举升装置3，由电动推杆301和L型安装架302组成。电动推杆301底座通过螺钉固定在安装架302底边，安装架302侧边通过螺钉固定在环形定位盘1上的平面104上，电动推杆301举升的方向垂直于环形定位盘1上的水平定位平面101，三套举升装置3在执行上升、下降动作时同步进行，且运动距离相等。由于此装置采用的是常规的举升装置，本领域技术人员均理解其结构和工作原理，此处不再赘述。

图7所示为本发明中一种三爪卡盘式工件夹具的半剖主视图，包括圆形盘体405、三个定位孔401、2个吊钩403和三个爪夹404。从左侧的剖视图可看出，定位孔401为圆形通孔，定位孔401与定位销2圆柱部形部分202相配合，且其位置与定位销2一一对应。平面402为凸起的研磨面（+Z方向），平面度小于等于0.01mm，其直径大于水平基准面101外圆直径，并保证在贴合过程中不与定位销2发生干涉。两个吊钩403成半工字形位于盘体405上方，用来和设备中运送装置连接。三个爪夹404结构与盘体405的连接方式以及此种夹具装夹工件的方法与现有申请专利（专利申请号：201110329856.X）公开的技术一样，此处不再重复。三个夹爪404底部有挂钩，上部嵌挂在盘体405上沿径向互成120度角的三个T型槽内，能在T型槽内来回滑动（即沿平面402径向）。工件通过三个挂钩装夹。

安装时，定位盘1可通过三个安装孔102使用三个螺杆吊装在平行于XY平面的基面上，用螺母固定，通过调节三个安装螺母可以调节定位盘上的水平定位平面101与XY平面的平行，用作水平定位基准。定位销2在定位盘1上的安装位置精度由加工工艺保证，安装定位盘1时可适当绕Z轴旋转，能调节定位销2在圆周方向位置在尽可能小的误差范围内，使定位销2能满足作为中心及绕Z轴旋转定位的基准。

图8所示为工作过程示意图，环形定位盘1所处的位置定义为设备加工位置，当运送装置将装夹好的工件23运送到加工位置上方后，三套举升机构3同时向上举升将工件夹具4托起，其举升高度保持一致，待运送装置分离后，举升装置缓慢下降，夹具4在其重力和电动推杆301作用下下降。由于定位销2顶部是锥形，只要夹具上的定位孔401与定位销2的位置误差控制在一定范围内，定位销2就能插入工件夹具定位孔401中，这个误差根据定位销的顶部锥度可以达到1毫米甚至更大，运送装置很容易做到。由于环形定位盘1上的水平定位平面101向上（-Z方向）突起，夹具4上的水平基面402向下（+Z方向）突起，夹具4位于定位盘1上方（-Z方向），两者相互靠近时，水平定位平面101和水平基面402高精度的平面度能满足相互贴合的要求。待全部定位销2插入定位孔401后，举升装置继续下移直到环形定位盘1上的定位平面101和夹具上的水平基面402完全贴合。由于平面101是水平面定位基准，通过定位平面101和夹具上的水平基面402完全贴合完成了夹具4在水平面上定位，通过定位销2完成夹具的中心定位（X、Y轴移动）及绕Z轴旋转定位。

本发明中定位销2和安装空102的数量不限制为三个，也可以采用两个或四个或四个以上，只要能保证结构的稳定性即可。爪夹的数量也可以为四个或四个以上，当然随这数量的变化，Ｔ形槽的数量和排布也对应的进行调整。举升装置3的数量也可以为四个或四个以上，只要能保证举升的稳定性即可。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例变化,变型都将落在本发明权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种离子束抛光设备中工件夹具的定位装置，采用固定安装用作基准的基准件和卡盘式工件夹具相互作用的结构方案，其特征在于：用作基准的基准件包括环形定位盘（1）、定位销（2）和举升装置（3），环形定位盘（1）周边有均匀分布的安装孔（102）下凹的圆形定位销安装面（103），并且上表面有凸起的水平定位平面（101），举升装置（3）沿环形定位盘（1）圆周边均匀布置，且举升方向垂直于水平定位平面（101），定位销（2）安装于环形定位盘的定位销安装面（103）内；卡盘工件夹具设置有定位孔（401）和凸起的水平基面（402），所述工件夹具定位孔（401）和所述环形定位盘（1）上的定位销（2）位置一一对应，定位销全部插入所述工件夹具上的定位孔（401），实现中心定位和绕中心轴旋转定位，所述环形定位盘（1）上的水平定位平面（101）和所述工件夹具上的水平基面（402）能相互贴合，实现水平定位。

2.根据权利要求1所述的离子束抛光设备中工件夹具的定位装置，其特征在于，所述环形定位盘（1）的安装孔（102）为具有一定圆弧度的长槽孔，其中心弧线（1021）所在圆的圆心与环形定位盘（1）中心重合。

3.根据权利要求1所述的离子束抛光设备中工件夹具的定位装置，其特征在于，所述定位销（2）至少有两个，且沿所述环形定位盘（1）周边均匀布置。

4.根据权利要求3所述的离子束抛光设备中工件夹具的定位装置，其特征在于，所述定位销（2）顶部为锥形（201），下面为圆柱形（202），通过底部的台阶（203）分别用螺钉安装在三个定位销安装面（103）上。

5.根据权利要求4所述的离子束抛光设备中工件夹具的定位装置，其特征在于，所述定位销（2）垂直于环形定位盘（1）上的水平定位平面（101）。

6.根据权利要求1所述的离子束抛光设备中工件夹具的定位装置，其特征在于，所述环形定位盘（1）安装时保证其水平定位平面（101）水平。

7.根据权利要求1所述的离子束抛光设备中工件夹具定的位装置，其特征在于，所述沿环形定位盘（1）外圆周有三个均布的沿径向凸起的部分（105），每相邻两个凸起部分（105）中间加工有沿Z向的平面（104），任意一个平面（104）的法线均通过定位盘（1）的中心。

8.根据权利要求7所述的离子束抛光设备中工件夹具的定位装置，其特征在于，所述举升装置（3）安装在平面（104）上。

9.根据权利要求8所述的离子束抛光设备中工件夹的具定位装置，其特征在于，所述三套举升装置（3）在执行上升、下降动作时同步进行，且运动距离相等。

10.根据权利要求1所述的离子束抛光设备中工件夹具的定位装置，其特征在于，所述定位盘（1）可通过三个安装孔（102）使用三个螺杆吊装在平行于XY平面的基面上，用螺母固定，通过调节三个安装螺母可以调节定位盘上的水平定位平面（101）与XY平面的平行，用作水平定位基准。

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