CN205342902U - 用于精密棒状物的夹持机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种超精密的棒状物夹持机构，尤其是用于夹持棒状镜等精密棒状物的夹持机构。用于精密棒状物的夹持机构，包括内部设有通孔的夹头本体，所述通孔内安装有精密棒,夹头本体的内壁设有膨胀壁，夹头本体和膨胀壁之间设有油腔，精密棒贴在膨胀壁上，精密棒与膨胀壁接触，膨胀壁通过油腔的液压提供挤压精密棒的夹持力。本实用新型结构简单，夹持精度大大提高，可以用于棒状镜等要求重复夹持1微米的精密器械。

Description

用于精密棒状物的夹持机构

技术领域

本实用新型提出一种超精密的棒状物夹持机构，尤其是用于夹持棒状镜等精密棒状物的夹持机构。

背景技术

在内窥镜系统中，有软镜，硬镜和电子镜。其中硬镜属于传统的内窥镜，在内窥镜市场中占据了大部分。硬镜系统由于口径比较细，为了得到大的视场角，透镜的焦距比较短，这样一来，为了把像从探头处传输到CCD像面上，就需要许多棒状镜进行接力传输。

通常这样的棒状镜都是细长的，直径一般在1.8mm到6之间，长度一般是直径的5倍以上。一般内窥镜系统内有5个以上这样的镜子，棒状镜的中心偏差对光学系统的成像清晰度影响很大，对于目前追求高清的内窥镜系统来讲，控制棒状镜的中心偏差到1-2微米的量级是需要的，特别是对于微小元件而言，因为半径小，更是需要保证这样的精度。

目前无论是光学定心和激光定心，如果基于PSD器件，都可以将棒状镜的中心偏差检测到1微米的精度，但是这样的精度往往需要配套的精密夹持系统来保证，否者保证不了重复夹持的精度。在检测和胶合阶段需要夹持系统，磨边阶段也需要夹持系统。

目前在加工棒状镜的工序中，普遍采用刀柄和芯轴的两种机械夹持方式来夹持棒状物。一种是弹性夹头(如图1所示)，如Schaublin的Collet夹头，最小夹持直径一般可以到0.5mm，其最高等级的UP系列，重复夹持精度为3-5微米。另外一种比较精密的液压膨胀夹头，如德国Schunk公司的液压膨胀夹头15(如图2所示)，重复夹持精度一般在2-3微米之间。液压膨胀夹头的夹持精度虽然比较高，但是由于技术限制，液压膨胀夹头最小的夹持直径一般要大于6mm以上。如果要直接夹持内窥镜系统的棒状镜，显然无法直接应用。所以能用于棒状镜的要求重复夹持1微米的系统，目前的夹持技术都不具备，需要研制新的精密夹持系统。

发明内容

为解决现有棒状镜的夹持精度，本实用新型提出来一种用于棒状镜等精密棒状物的超精密夹持机构，可实现棒状镜的精密夹持。

用于精密棒状物的夹持机构，包括内部设有通孔的夹头本体，所述通孔内安装有精密棒,夹头本体的内壁设有膨胀壁，夹头本体和膨胀壁之间设有油腔，精密棒贴在膨胀壁上，精密棒与膨胀壁接触，膨胀壁通过油腔的液压提供挤压精密棒的夹持力。

优选的，所述油腔对膨胀壁的液压膨胀力不均匀造成的误差用精密棒的直径差异补偿。

优选的，在夹头本体内壁与精密棒接触的地方设置有所述的膨胀壁，所述膨胀壁的外表面大小与精密棒和膨胀壁接触面的大小或相同，或大于或小于。与膨胀壁关联的所述油腔是整个连通的，不管膨胀壁是否连续。膨胀壁在无加压时，形状同其他不设置膨胀壁的夹头本体内壁一致。

优选的，所述精密棒通过保持架约束在膨胀壁内侧。保持架起固定精密棒在相应的工作位置的作用，这样精密棒可以在一定的允许范围内移动，但又不会太偏离理想工作点儿而影响精度。

优选的，还包括用于将精密棒接触在膨胀壁上的扩张环，所述精密棒两端内侧设有凹槽，扩张环可以嵌在凹槽内。

优选的，所述扩张环具有弹性，其弹性力远小于液压膨胀的夹持力。

优选的，所述精密棒为4个，呈90°角分布，精密棒也可以是其他的数量和分布(也可以用3根成120度角分布，或5根或更多，均匀的分布在棒状镜外周)。

优选的，所述精密棒为圆柱体、截面是月牙形的柱体、或圆球体。当精密棒为圆球体时，需要设置上下至少两组。

优选的，所述精密棒的直径为：精密棒直径d＝(夹头本体通孔直径d1-精密棒状物的直径d2)/2。每个棒的直径一致性小于0.1微米。

优选的，所述精密棒状物为棒状镜。

优选的，所述通孔底端设有限位顶针，优选顶针顶部有球形的凸起。

下面对本实用新型作进一步的说明：

本实用新型是纯机械夹持机构，非常适合于夹持细长棒状物。包括液压膨胀夹头(即夹头本体、膨胀壁以及油腔)，精密棒，保持架。

本实用新型选用的膨胀夹头的膨胀壁可以是连续的，也可以说是不连续的柱状体。一般的液压膨胀夹头，为了追求最大的夹持力，采用完整的一段圆柱面作为膨胀变形层。在膨胀加压螺栓加压时，膨胀壁均匀膨胀抱紧芯轴，图3所示。因为刀柄或芯轴是圆柱状的，采用完整的一段圆柱面作为膨胀壁的膨胀夹头设计可以保证芯轴的各个部位同膨胀壁很好的接触，这样膨胀壁才不会因为过度的膨胀而出现破裂失效的情况。而在本实用新型中，因为精密棒同夹头本体内壁的接触不是一个连续的圆柱面。为了最大保护液压膨胀夹头的使用寿命和提高夹持精度，在夹头本体内壁和精密棒不接触的地方，我们不设计膨胀壁。如果采用连续的膨胀壁，那么就必须要用额外的结构来保护膨胀壁不过度膨胀，否则膨胀夹头的使用寿命将大大降低。

精密棒选用不会生锈，耐磨损，光洁度好的材料。采用陶瓷轴承中的氮化钛陶瓷材料作为精密棒的材料是比较合适的。精密棒起到传递力的作用，它是把膨胀夹头的膨胀力传递到要夹持的棒状镜上。从而夹持住棒状镜。精密棒可以是圆柱体，也可以是非圆柱体，或者截面是月牙形的柱体，甚至也可以是圆球体。选择圆柱状一是比较好加工，二是可以对棒状物沿长度方向进行比较均匀的夹持；如果精密棒采用圆球体，那么就需要两组球体，类似于球轴承，两边支持。精密棒直径的选取，取决于要夹持棒状镜的外径。精密棒4直径d＝(膨胀夹头内孔直径d1-棒状镜的直径d2)/2。在目前的内窥镜系统中，要求棒状镜的直径和圆柱体度要求在微米以下。为了让棒状镜能比较容易取出和保障夹持精度，一般精密棒的直径采用-微米的公差。精密棒一般采用无心磨加工，直径的一致性一般可以保证在0.微米左右，满足本设计的使用要求。当膨胀夹头(夹头本体、膨胀壁和油腔)制作完成后，我们可以用测微计来检测膨胀壁的膨胀的不均匀性，这些不均匀的误差一般在2-3微米左右。当我们知道这些确定的误差后，我们可以选择精密棒4直径的微细直径差异用来补偿上述的液压膨胀力不均匀造成的误差。这样才有可能把2-3微米的液压膨胀重复夹持精度提高到<1微米的程度。

精密棒数量的选取，可以是多种形式，可以是三个，采用三点共心夹持；也可以是4个，采用十字交叉夹持。也可以是多个夹持，只要能保证平衡夹持就行。

由于棒状镜本身就是一种圆柱棒，原则上也可以当作精密棒用于本设计。所以精密棒选用圆柱形，有利于光学车间自己加工玻璃棒状镜作为精密棒。因为当要夹持的棒状镜直径发生变化时，就需要更换不同直径的精密棒，这样的设计可以让本实用新型产生更大的经济效益。

为了让精密棒精确定位，我们需要引入保持架。保持架可以采用滚针轴承常用的材料，本设计中我们采用了黄铜保持架。

为了保证精密棒接触液压膨胀夹头的膨胀壁，所以我们需要引入扩张环。扩张环分上下两个，分别放置再精密棒的两侧。精密棒上有槽，可以保证扩张环不会影响棒状镜的插入。当然扩张环是有弹性的，但是这个弹性力要远小于液压膨胀的夹持力，以至于能扩张，以保证棒状镜容易取出，但是又不会引起精密棒的夹持不均匀。扩张环可以是截取安装棒状镜的不锈钢镜筒的一段，也可以是其他弹性体。

限位顶针可以保证棒状镜在立式使用或装卸时不至于没有支撑而跌落。同时也可以保证同一批次和同一参数的棒状镜在夹持后的位置基本保持不变。顶针可以用硬质不锈钢或其他材料做成。采用硬质材料可以保证表面有非常好的光洁度，这样在支撑棒状镜的同时，不会因为表面的毛刺划伤棒状镜的表面。我们一般推荐顶针顶部有球形的凸起。

当要夹持的棒状镜直径发生变化时，又需要更换不同直径的精密棒和扩张环，这时可能也需要更换保持架。对于批量生产的生产线，不同的棒状镜，采用不同的精密棒，保持架和扩张环组合是非常重要的。也是比较方便的。这时膨胀夹头不需要更换。由于精密棒，保持架和扩张器都是比较容易取得，成本不高，所以本实用新型的意义尤其重大。

本实用新型结构简单，夹持精度大大提高，可以用于棒状镜等要求重复夹持1微米的精密器械。

附图说明

图1目前弹性夹头夹持棒状镜示意图

图2一个HD12的德国Schunk液压膨胀夹头1HD12的外观图

图3采用Schunk液压膨胀夹头夹持芯轴的示意图

图4本实用新型的夹持系统截面图

图5图4中间夹持机构的放大图

图6本实用新型的夹持系统剖面图

图7扩张环结构示意图

图中：1.夹头本体2.油腔3.保持架

4.精密棒5扩张环6.棒状镜

7.芯轴8.SchaublinCollet弹性夹头9.Nut弹性夹头的压紧帽

10.弹性夹头安装体11.膨胀壁12.限位顶针

具体实施方式

下面结合附图和设计夹持φ2.7mm的棒状镜实施例对本实用新型作进一步说明。

本实用新型是纯机械夹持机构，非常适合于夹持细长棒状物。如图5所示，用于夹持棒状镜6的夹持机构包括夹头本体1、膨胀壁11以及油腔2，精密棒4，保持架3和扩张环5。

其中，在夹头本体1内壁与精密棒接触的地方设置膨胀壁11，膨胀壁11也可以是连续的分布在夹头本体的整个内壁，也可以是不连续的柱状体。一般的液压膨胀夹头，为了追求最大的持力，采用连续的一段圆柱面作为膨胀变形层。在膨胀加压螺栓加压时，膨胀壁均匀膨胀抱紧芯轴，图3所示。因为刀柄或芯轴是圆柱状的，采用完整的一段圆柱面作为膨胀壁的膨胀夹头设计可以保证芯轴的各个部位同膨胀壁很好的接触，这样膨胀壁才不会因为过度的膨胀而出现破裂失效的情况。而在本实用新型中，因为精密棒4同膨胀壁11的接触不是一个连续的圆柱面。为了最大保护液压膨胀壁11的使用寿命和提高夹持精度，我们优选采用膨胀壁11和精密棒4不接触的地方，我们不设计膨胀壁。如果采用连续的膨胀壁，那么就必须要用额外的结构来保护膨胀壁不过度膨胀，否则膨胀夹头的使用寿命将大大降低。

本系统采用4根精密棒4成90°角分布(也可以用3根成120度角分布，或5根或更多，均匀分布在棒状镜外周)精密棒4选用不会生锈，耐磨损，光洁度好的材料。采用陶瓷轴承中的氮化钛陶瓷材料作为精密棒4的材料是比较合适的。精密棒4起到传递力的作用，它是把夹头本体1的膨胀力传递到要夹持的棒状镜6上。从而夹持住棒状镜6。

本系统精密棒4为圆柱体，也可以是非圆柱体，或者截面是月牙形的柱体(凹进侧和棒状镜接触)，甚至也可以是圆球体(需要至少两组圆球体，类似于球轴承，两边支持)。选择圆柱状一是比较好加工，二是可以对棒状物沿长度方向进行比较均匀的夹持。

精密棒4直径的选取，取决于要夹持棒状镜的外径。精密棒4直径d＝(膨胀夹头内孔直径d1-棒状镜的直径d2)/2。在目前的内窥镜系统中，要求棒状镜6的直径和圆柱体度要求在2微米以下。为了让棒状镜能比较容易取出和保障夹持精度，一般精密棒4的直径采用-10微米的公差。精密棒4一般采用无心磨加工，直径的一致性一般可以保证在0.1微米左右，满足本设计的使用要求。当膨胀夹头(夹头本体、膨胀壁和油腔)制作完成后，我们可以用测微计来检测膨胀壁的膨胀的不均匀性，这些不均匀的误差一般在2-3微米左右。当我们知道这些确定的误差后，我们可以选择精密棒4直径的微细直径差异用来补偿上述的液压膨胀力不均匀造成的误差。这样才有可能把2-3微米的液压膨胀重复夹持精度提高到<1微米的程度

由于棒状镜6本身就是一种圆柱棒，原则上也可以当作精密棒4用于本设计。所以精密棒4选用圆柱形，有利于光学车间自己加工玻璃棒状镜作为精密棒4。因为当要夹持的棒状镜6直径发生变化时，就需要更换不同直径的精密棒4，这样的设计可以让本实用新型产生更大的经济效益。

为了让精密棒4精确定位，我们需要引入保持架3(如图7)。保持架3为带有固定精密棒4的固定孔的圆环，保持架3可以采用滚针轴承常用的材料，本设计中我们采用了黄铜保持架。

为了保证精密棒4接触液压夹头本体1的膨胀壁11，所以我们需要引入扩张环5。扩张环5分上下两个，分别放置再精密棒4的两端。精密棒4上有槽，可以保证扩张环不会影响棒状镜6的插入。当然扩张环5是有弹性的，但是这个弹性力要远小于液压膨胀的夹持力，以至于能扩张，以保证棒状镜容易取出，但是又不会引起精密棒4的夹持不均匀。扩张环5可以是截取安装棒状镜的不锈钢镜筒的一段，也可以是其他弹性体。

限位顶针12可以保证棒状镜6在立式使用或装卸时不至于没有支撑而跌落。同时也可以保证同一批次和同一参数的棒状镜在夹持后的位置基本保持不变。顶针12可以用硬质不锈钢或其他材料做成。采用硬质材料可以保证表面有非常好的光洁度，这样在支撑棒状镜的同时，不会因为表面的毛刺划伤棒状镜的表面。我们一般推荐顶针顶部有球形的凸起。

当要夹持的棒状镜6直径发生变化时，又需要更换不同直径的精密棒4和扩张环5，这时可能也需要更换保持架3。对于批量生产的生产线，不同的棒状镜，采用不同的精密棒4，保持架3和扩张环5组合是非常重要的。也是比较方便的。这时夹头本体1不需要更换。由于精密棒4，保持架3和扩张器5都是比较容易取得，成本不高，所以本实用新型的意义尤其重大。

安装方式如下：

事先准备好HD12的夹头本体1，膨胀壁按照如图5所示为按照90度均匀分布。准备好直径为4.65mm的精密棒4(每个棒的直径一致性小于0.1微米)。

然后把精密棒4放入保持架3；安装好扩张环5，再把组装好的保持架3放入夹头本体1。放入时四根精密棒4要对准膨胀变形层(膨胀壁)的标示线。

这时放入要夹持的棒状镜6，同时旋转要夹头本体1上用于给油腔加压的加压螺栓，直到棒状镜6被夹持，至此棒状镜6的夹持完成。

拆卸和更换按照相反的步骤实施。

Claims (10)

1.用于精密棒状物的夹持机构，包括内部设有通孔的夹头本体，其特征在于：所述通孔内安装有精密棒,夹头本体的内壁设有膨胀壁，夹头本体和膨胀壁之间设有油腔，精密棒与膨胀壁接触。

2.根据权利要求1所述的用于精密棒状物的夹持机构，其特征在于：所述油腔对膨胀壁的液压产生的膨胀力不均匀造成的误差用精密棒的直径差异补偿。

3.根据权利要求1所述的用于精密棒状物的夹持机构，其特征在于：夹头本体内壁在与精密棒接触的地方设置有所述的膨胀壁。

4.根据权利要求1所述的用于精密棒状物的夹持机构，其特征在于：所述精密棒通过保持架安装在膨胀壁内侧。

5.根据权利要求4所述的用于精密棒状物的夹持机构，其特征在于：还包括用于将精密棒贴合在膨胀壁上的扩张环，所述精密棒两端内侧设有凹槽，扩张环可以嵌在凹槽内。

6.根据权利要求5所述的用于精密棒状物的夹持机构，其特征在于：所述扩张环具有弹性，扩张环的弹性力远小于液压膨胀的夹持力。

7.根据权利要求1-6任一所述的用于精密棒状物的夹持机构，其特征在于：所述精密棒为4个，呈90°角分布。

8.根据权利要求1-6任一所述的用于精密棒状物的夹持机构，其特征在于：所述精密棒为圆柱体、截面是月牙形的柱体、或圆球体。

9.根据权利要求8所述的用于精密棒状物的夹持机构，其特征在于：所述精密棒状物为棒状镜。

10.根据权利要求1所述的用于精密棒状物的夹持机构，其特征在于：所述通孔底端设有限位顶针。