CN107462144B - 一种单自由度微位移组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种单自由度微位移组件，属于微动平台结构领域。本发明通过第一滑动块将第一零件移动到导轨的相应位置，通过锁紧机构压紧第二固定部实现对第一固定部的固定，从而实现对第一零件的固定，由于第一固定部与第二固定部之间通过弹性件连接，锁紧压紧部件时产生的力由弹性件释放，避免了由于锁紧力导致的第一固定部发生形变或位移，从而影响第一零件的位置，以第一零件的位置为基准，通过位移微调部件调整第二滑动块的位移，从而调整第二零件的位置，实现对第一零件和第二零件的微位移调整；本发明结构简单无需借助伺服电机和闭环控制即可实现单自由度微位移，极大的降低了位移及位移测量的成本，可以在普通车间广泛应用。

Description

一种单自由度微位移组件

技术领域

本发明专利涉及微动平台结构领域，特别是涉及一种单自由度微位移组件。

背景技术

随着纳米技术的兴起和迅猛发展，纳米级微定位技术已成为微机电系统、扫描探测显微镜、超精密加工、细胞操作等诸多前沿技术的基础支持技术。

目前，通过应用伺服电机和闭环控制等技术，单自由度测试平台的精度可以达到亚微米级，但是其成本很高，难以在车间每个工位都配给单自由度高精度测试平台，不方便生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、成本低廉、可以在普通车间广泛应用的单自由度微位移精密测试平台。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种单自由度微位移组件，包括底座、第一移动部件、第二移动部件、位移微调部件、位移测量部件及两个锁紧机构，所述底座上设有导轨，所述第一移动部件包括第一固定部、两个弹性部和两个第二固定部，所述第一固定部包括第一本体、设置在所述第一本体上的第一固定板和与所述导轨适配第一滑动块，所述第一固定板用于固定第一零件，两个所述第二固定部位于所述第一本体的两侧，各通过一所述弹性部与所述第一本体连接，所述第二固定部通过所述锁紧机构与所述底座锁紧固定，所述第二移动部件上设有第二固定板和与所述导轨适配的第二滑动块，所述第二固定板用于固定第二零件，所述位移微调部件与所述第二移动部件连接，用于微调所述第二移动部件在所述导轨上的位置，所述位移测量部件与所述第二移动部件接触，用于测量所述第二移动部件的位移。

在一可选实施例中，所述第一本体、所述两个弹性部及所述两个第二固定部一体成型。

在一可选实施例中，所述所述第一本体、所述两个弹性部及所述两个第二固定部为弹簧钢材质，所述弹性部为厚度为1.5-2.5mm的板状结构，宽度为4-5mm，所述第一本体为厚度为8-12mm的板状结构，所述第二固定部为厚度为8-12mm的板状结构。

在一可选实施例中，所述锁紧机构包括螺纹紧固件和垫圈。

在一可选实施例中，所述第二固定部设有长条形安装槽，所述长条形安装槽的长度方向与所述导轨的长度方向一致，所述螺纹紧固件第一端设有外螺纹，第二端的轮廓尺寸大于所述安装槽的尺寸，所述第一端和所述第二端之间设有垫圈限位部，所述垫圈限位部的直径小于所述第一端的直径，所述垫圈设有与所述第一端匹配的外螺纹，所述垫圈套设在所述垫圈限位部处且沿所述垫圈限位部上下移动，当推动所述第二固定部沿所述导轨滑动时，所述螺纹紧固件滑入所述长条形安装槽，所述垫圈位于所述第二固定部上方，当到达预设位置时，拧紧所述螺纹紧固件，压紧所述垫圈实现对第二固定部的锁紧固定。

在一可选实施例中，所述垫圈下部设有导角。

在一可选实施例中，所述位移微调部件包括螺杆、螺纹支撑套和螺纹筒，所述螺杆一端与所述第二移动部件连接，另一端设有外螺纹，所述螺纹筒为空心筒结构，设有外螺纹和内螺纹，所述螺杆穿设在所述螺纹筒内且与所述螺纹筒的内螺纹配合，所述螺纹支撑套为空心环套结构，且一端设有内螺纹，所述螺纹支撑套设有内螺纹的一端套设在所述螺纹筒外与所述螺纹筒的外螺纹配合，另一端套设在所述螺杆外部，所述螺纹支撑套固定在所述底座上，当拧动所述螺纹筒时所述螺杆推动或拉动所述第二移动部件移动。

在一可选实施例中，所述螺纹筒的内螺纹螺距为0.3-0.8mm，所述螺纹筒的内螺纹螺距与所述螺纹筒的外螺纹螺距相差0.01-0.09mm。

在一可选实施例中，所述位移测量部件包括电感测微仪，所述电感测微仪的探头与所述第二移动部件接触。

在一可选实施例中，所述的单自由度微位移组件还包括零度调节部件，用于与所述位移测量部件连接，以调整所述位移测量部件的零度位置。

本发明实施例提供的单自由度微位移组件通过第一滑动块将第一零件移动到导轨的相应位置，通过锁紧机构压紧第二固定部实现对第一固定部的固定，从而实现对第一零件的固定，由于第一固定部与第二固定部之间通过弹性件连接，锁紧压紧部件时产生的力由弹性件释放，避免了由于锁紧力导致的第一固定部发生形变或位移，从而影响第一零件的位置，以第一零件的位置为基准，通过位移微调部件调整第二滑动块的位移，从而调整第二零件的位置，实现对第一零件和第二零件的微位移调整；本发明实施例提供的单自由度微位移组件结构简单无需借助伺服电机和闭环控制即可实现单自由度微位移，极大的降低了位移及位移测量的成本，可以在普通车间广泛应用；

本发明实施例提供的差动微分结构位移调节精度可高达0.001mm；

通过为垫圈设置内螺纹，并在螺纹紧固件上设置垫圈限位部，使垫圈位于第二固定部的上方，当第一移动部件滑离锁紧机构时，垫圈不会在重力的作用下直接落在底座的上表面上，以至于影响第一移动部件重新移动到锁紧机构的下方，垫圈只会落在垫圈限位部内，并且垫圈下圈外圆设有倒角，即使垫圈的下端面略低于第二固定部的上端面，当第一移动部件向锁紧机构移动时，在垫圈倒角的作用下，第一移动部件可直接移动到锁紧机构下方，进一步提高了移动及测量效率及精度。

附图说明

图1本发明实施例提供的了一种单自由度微位移组件装配结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一体成型结构示意图；

图3为本发明实施例提供的锁紧机构结构示意图；

图4为本发明实施例提供的位移微调部件结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明：

参见图1，本发明实施例提供了一种单自由度微位移组件，包括底座1、第一移动部件2、第二移动部件3、位移微调部件4、位移测量部件5及两个锁紧机构6，底座1上设有导轨11，第一移动部件2包括第一固定部21、两个弹性部22和两个第二固定部23，第一固定部21包括第一本体211、设置在第一本体211上的第一固定板212和与导轨11适配第一滑动块213，第一滑动块213可以在导轨11上任意滑动，第一固定板212用于固定第一零件a，两个第二固定部23位于第一本体211的两侧，各通过一弹性部22与第一本体211连接，第二固定部23通过锁紧机构6与底座1压紧固定，第二移动部件3上设有第二固定板31和与导轨11适配的第二滑动块32，第二滑动块32可以在导轨11上任意滑动，第二固定板31用于固定第二零件b，位移微调部件4与第二移动部件3连接，用于微调第二移动部件3在导轨11上的位置，位移测量部件5与第二移动部件3接触，用于测量第二移动部件3的位移。

本发明实施例中，第一零件a可以为加表轴向传感器定子、陀螺轴向传感器定子等，相应地，第二零件b可以为加表轴向传感器转子、陀螺轴向传感器转子等，本发明不做限定；所述导轨为直线导轨。

本发明实施例提供的单自由度微位移组件通过第一滑动块将第一零件移动到导轨的相应位置，通过锁紧机构压紧第二固定部实现对第一固定部的固定，从而实现对第一零件的固定，由于第一固定部与第二固定部之间通过弹性件连接，锁紧压紧部件时产生的力由弹性件释放，避免了由于锁紧力导致的第一固定部发生形变或位移，从而影响第一零件的位置，以第一零件的位置为基准，通过位移微调部件调整第二滑动块的位移，从而调整第二零件的位置，实现对第一零件和第二零件的微位移调整；本发明实施例提供的单自由度微位移组件结构简单无需借助伺服电机和闭环控制即可实现单自由度微位移，极大的降低了位移及位移测量的成本，可以在普通车间广泛应用。

具体地，本发明实施例中，第一固定板212上设有第一零件安装槽，第一零件安装槽的深度小于第一零件，第一零件为转子，通过胶粘的方式固定在安装槽内。

参见图1和图2，第一本体211、两个弹性部22及两个第二固定部23一体成型，通过将第一本体211、两个弹性部22及两个第二固定部23一体成型形成柔性铰链结构，可减小旋紧锁紧机构的旋转力矩，避免第一本体211受到旋转力矩而发生偏转，从而影响第一零件的固定位置，影响位移及测量结果。

具体地，所述一体成型结构，即第一本体211、两个弹性部22及两个第二固定部23的材料为优质弹簧钢60Si2MnA。该弹簧钢具有较高的强度和弹性极限，同时具有较高的屈服比和抗松弛能力，进一步避免了形变的发生，进一步提高了位移精度。相应地，弹性件22为厚度为1.5-2.5mm的板状结构，其宽度4-5mm，第一本体211为厚度为8-12mm的板状结构，第二固定部23的厚度为8-12mm的板状结构，弹性件22位于第一本体211和第二固定部23之间的靠近底部的位置。当锁紧机构6压紧第二固定部23以固定第一移动部件2时，由于弹性部22具有一定的弹性，可以用较小的锁紧力固定第一移动部件2，同时弹性部22具有一定的强度，可使第一移动部件2在固定状态下第一固定部21相对第二固定23没有相对位移或相对振动。具体地，本发明实施例中，第一零件为陀螺轴向传感器转子，第二零件为陀螺轴向传感器定子。

参见图3，锁紧机构6包括螺纹紧固件61和垫圈62，通过设置垫圈62，与弹性部配合，进一步消除了锁紧力对第一固定部21的影响；

具体地，参见图1和图2，本发明实施例中，第二固定部23设有长条形安装槽231，长条形安装槽231的长度方向与导轨11的长度方向一致，参见图4，螺纹紧固件61第一端设有外螺纹，第二端的轮廓尺寸大于长条形安装槽231的尺寸，所述第一端和所述第二端之间设有垫圈限位部611，垫圈限位部611的直径小于所述第一端的直径，垫圈62设有与所述第一端匹配的外螺纹，垫圈62套设在限位部611处，且沿限位部611上下移动，具体地，当垫圈62不受锁紧力作用时，垫圈62受重力作用，卡在垫圈限位部611和螺纹紧固件61的外螺纹的连接处，当推动第一移动部件2沿所述导轨滑动时，螺纹紧固件61滑入长条形安装槽231内时，垫圈62位于螺纹紧固件61上的垫圈限位部611内，并且垫圈62下部设有倒角，可使锁紧机构6不会与第一移动部件2发生干涉而影响第一移动部件的移动，垫圈62位于第二固定部23上方，当到达预设位置时，拧紧螺纹紧固件61，压紧垫圈62实现对第二固定部23的锁紧固定。

通过为垫圈设置内螺纹，并在螺纹紧固件上设置垫圈限位部，使垫圈位于第二固定部的上方，当第一移动部件滑离锁紧机构时，垫圈不会在重力的作用下直接落在底座的上表面上，以至于影响第一移动部件重新移动到锁紧机构的下方，垫圈只会落在垫圈限位部内，并且垫圈下圈外圆设有倒角，即使垫圈的下端面略低于第二固定部的上端面，当第一移动部件向锁紧机构移动时，在垫圈倒角的作用下，第一移动部件可直接移动到锁紧机构下方，进一步提高了移动及测量效率及精度。

参见图1，位移微调部件4包括螺杆41、螺纹支撑套42和螺纹筒43，螺杆41一端与第二移动部件3连接，另一端设有外螺纹，螺纹筒43为空心筒结构，设有外螺纹和内螺纹，螺杆41穿设在螺纹筒43内且与螺纹筒43的内螺纹配合，螺纹支撑套42为空心环套结构，且一端设有内螺纹，螺纹支撑套42设有内螺纹的一端套设在螺纹筒43外与螺纹筒43的外螺纹配合，另一端套设在螺杆41外部，螺杆41、螺纹筒43、螺纹支撑套42装配形成差动微分结构，螺纹支撑套42通过固定座8固定在底座1上，当拧动螺纹筒43时螺杆41推动或拉动第二移动部件3移动，每转一圈移动位移为内外两层螺纹螺距的差值。具体地，定子通过第二固定板31固定在第二滑动块32上，螺杆41与第二固定板31连接，推动第二移动部件3移动。

具体地，本发明实施例中，螺纹筒43的内螺纹螺距为0.3-0.8mm，相应地，与之匹配的螺纹支撑套42的螺纹螺距也为0.3-0.8mm；螺纹筒43的内螺纹螺距与螺纹筒43的外螺纹螺距相差0.01-0.09mm，螺纹筒43与螺纹支撑套42之间的螺纹螺距与螺纹筒43与螺纹支撑套42之间的螺纹螺距相差0.01-0.09mm。螺纹筒43与螺纹支撑套42之间的螺纹螺距优选0.5mm，螺纹筒43与螺杆41之间的螺纹螺距优选为0.45mm，此时，螺纹筒43每旋转一周，螺杆移动0.05mm。差动微分筒的驱动精度调节精度高，有利于单自由度微位移组件的调节。

具体地，位移测量部件5包括电感测微仪，所述电感测微仪的探头51与第二移动部件3接触。具体地，与第二固定板31接触。电感测微仪的测量精度可达0.1um，可实现单自由度微位移组件位移移动的精确测量。

进一步地，本发明实施例提供的单自由度微位移组件，还包括零度调节部件7，用于与所述位移测量部件连接，以调整位移测量部件5的零度位置，参见图1，本发明实施例中零度调节部件7结构与位移微调部件4结构相同，其螺纹支撑套通过固定座8固定，通过转接件与位移测量部件5的表笔平行设置，通过导杆定位。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。所述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的人员可以对所述的具体实施例做不同的修改或补充或采用类似的方式代替，但不偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (8)

1.一种单自由度微位移组件，其特征在于，包括底座、第一移动部件、第二移动部件、位移微调部件、位移测量部件及两个锁紧机构，所述底座上设有导轨，所述第一移动部件包括第一固定部、两个弹性部和两个第二固定部，所述第一固定部包括第一本体、设置在所述第一本体上的第一固定板和与所述导轨适配第一滑动块，所述第一固定板用于固定第一零件，两个所述第二固定部位于所述第一本体的两侧，各通过一所述弹性部与所述第一本体连接，所述锁紧机构包括螺纹紧固件和垫圈，所述第二固定部设有长条形安装槽，所述长条形安装槽的长度方向与所述导轨的长度方向一致，所述螺纹紧固件第一端设有外螺纹，第二端的轮廓尺寸大于所述安装槽的尺寸，所述第一端和所述第二端之间设有垫圈限位部，所述垫圈限位部的直径小于所述第一端的直径，所述垫圈设有与所述第一端匹配的外螺纹，所述垫圈套设在所述垫圈限位部处且沿所述垫圈限位部上下移动，当推动所述第二固定部沿所述导轨滑动时，所述螺纹紧固件滑入所述长条形安装槽，所述垫圈位于所述第二固定部上方，当到达预设位置时，拧紧所述螺纹紧固件，压紧所述垫圈实现对第二固定部的锁紧固定，所述第二移动部件上设有第二固定板和与所述导轨适配的第二滑动块，所述第二固定板用于固定第二零件，所述位移微调部件与所述第二移动部件连接，用于微调所述第二移动部件在所述导轨上的位置，所述位移测量部件与所述第二移动部件接触，用于测量所述第二移动部件的位移。

2.根据权利要求1所述的单自由度微位移组件，其特征在于，所述第一本体、所述两个弹性部及所述两个第二固定部一体成型。

3.根据权利要求2所述的单自由度微位移组件，其特征在于，所述第一本体、所述两个弹性部及所述两个第二固定部为弹簧钢材质，所述弹性部为厚度为1.5-2.5mm的板状结构，宽度为4-5mm，所述第一本体为厚度为8-12mm的板状结构，所述第二固定部为厚度为8-12mm的板状结构。

4.根据权利要求1所述的单自由度微位移组件，其特征在于，所述垫圈下部设有导角。

5.根据权利要求1所述的单自由度微位移组件，其特征在于，所述位移微调部件包括螺杆、螺纹支撑套和螺纹筒，所述螺杆一端与所述第二移动部件连接，另一端设有外螺纹，所述螺纹筒为空心筒结构，设有外螺纹和内螺纹，所述螺杆穿设在所述螺纹筒内且与所述螺纹筒的内螺纹配合，所述螺纹支撑套为空心环套结构，且一端设有内螺纹，所述螺纹支撑套设有内螺纹的一端套设在所述螺纹筒外与所述螺纹筒的外螺纹配合，另一端套设在所述螺杆外部，所述螺纹支撑套固定在所述底座上，当拧动所述螺纹筒时所述螺杆推动或拉动所述第二移动部件移动。

6.根据权利要求5所述的单自由度微位移组件，其特征在于，所述螺纹筒的内螺纹螺距为0.3-0.8mm，所述螺纹筒的内螺纹螺距与所述螺纹筒的外螺纹螺距相差0.01-0.09mm。

7.根据权利要求1所述的单自由度微位移组件，其特征在于，所述位移测量部件包括电感测微仪，所述电感测微仪的探头与所述第二移动部件接触。

8.根据权利要求1或7所述的单自由度微位移组件，其特征在于，还包括零度调节部件，用于与所述位移测量部件连接，以调整所述位移测量部件的零度位置。