專利名稱：一種自定心裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種機械定位裝置，具體涉及一種自定心裝置。
背景技術：
在機械設備行業中，重要的機械零部件之間的安裝精度達到微米級別時， 多采用定位裝置來定位，例如，集成電路制造設備中的光刻機安裝過程中， 物鏡法蘭盤的安裝需要采用裝置定位來控制安裝精度。當前，多數精密機械 安裝都采用通用定位裝置或者專用定位裝置來實現定位。通用定位裝置或者
專用定位裝置可以比較容易實現小直徑和小尺寸的零部件定位；定位裝置的 安裝基準和定位基準之間的距離較短時或者裝置的定位尺寸較小時，定位裝 置的精度也較易保證，加工也能保證；并且，用通用定位裝置或者專用定位 裝置來定位一定形狀和一定尺寸的固定工件也較易保證定位精度。
但是，對于以下情況通用定位裝置或者專用定位裝置就很難以實現(1) 當定位精度很高時；(2)當定位裝置的安裝基準和定位基準之間的距離較大 時(一般大于300mm); (3)當要求定位裝置和定位的零部件之間隙較小或沒 有間隙時，或者定位裝置自身間隙很小或沒有間隙時；(4)當要求定位裝置 和定位的零部件或裝置自身沒有過約束時；(5)當要求定位裝置的精度要求 不降低但同時要求定位裝置的加工難度降低。
同時，有些通用定位裝置和專用定位裝置對工件進行微米級的定位時， 要求定位裝置上的零件的尺寸精確程度的等級很高，高的尺寸精確等級要求導致定位裝置的加工成本增加，甚至，有些較高的尺寸鲼度無法通過機械加 工來實現。
發明內容
為解決上述問題，本發明提供一種自定心裝置，通過所述自定心裝置可 以實現對工件較高精度級別的位置定位。
本發明所提供的自定心裝置，主要包括手輪、螺母I、頂蓋、凸輪I、 滾柱、柔性膨脹環、圓盤、、螺紋定位銷I、彈性套筒、盤體、軸承、螺紋定 位銷II、傳力盤、螺母II、凸輪II、導桿和下端蓋，還包括若干個螺母、定
位銷、內六角圓柱頭螺釘、內六角圓柱頭螺釘；其中，彈性套筒穿過導桿安 裝在盤體的中心孔中，彈性套筒帶有錐面，其錐面與盤體的錐面捏合；軸承 穿過導桿安裝在盤體的中心孔中，軸承的端面與彈性套筒的端面接觸；兩個 螺母通過螺紋安裝到導桿上；螺紋定位銷通過螺紋安裝到盤體的下端面上； 凸輪II穿過導桿安裝在圓盤的下端面上，用螺母將凸輪II固定；傳力盤穿過 螺紋定位銷II安裝在盤體的下端面上；下端蓋穿過導桿安裝在盤體的下端面 上，用內六角圓柱頭螺釘將下端蓋固定；圓盤穿過導桿安裝在盤體的上端面 上；螺紋定位銷I通過螺紋安裝在圓盤上，柔性膨脹環穿過導桿和螺紋定位 銷I安裝在盤體的上端面上，凸輪I穿過導桿安裝在圓盤的上端面上；若干 個滾柱安裝在凸輪I和柔性膨脹環的間隙中間；頂蓋利用內六角圓柱頭螺釘 安裝在盤體上，螺母I穿過導桿安裝在頂蓋上，通過定位銷實現螺母I和頂 蓋之間固定；手輪通過螺母固定安裝在導桿上。為了實現所述柔性膨脹環的 內環的擠壓力向其外環傳遞，所述柔性膨脹環的內環和外環之間通過若干個 分布均勻的加強筋連接，每一個加強筋中間有一個用于與螺紋定位銷I結合 使用實現定位的U型孔。
6本發明所提供的自定心裝置，在實現對工件的定&^程中，所述導桿會
跟隨所述手輪旋轉，所述凸輪I和所述凸輪II會同步跟隨所述導桿旋轉；所
述凸輪I的旋轉會帶動和擠壓所述滾柱，所述滾珠會擠壓所述柔性膨脹環的 內環，所述柔性膨脹環受擠壓力后通過其加強筋傳遞到其外環上，所述柔性
膨脹環的外環受力后向外擴張，從而能夠與所需定位的工件實現面接觸；所 述凸輪II的旋轉會帶動和擠壓所述傳力盤，傳力盤徑向向外移動，從而能夠
與定位的基準面實現面接觸。所述導桿旋轉同時，所述螺母n會跟隨所述導 桿旋轉，所述螺母n帶動所述軸承旋轉，通過所述軸承轉接，所述彈性套筒 將相對于軸承保持靜止。
具體地，為保證凸輪i和所述凸輪n旋轉的同步性，所述凸輪i和所述 凸輪n具有相同尺寸及形狀，二者可以同時為三面凸4侖，其三面凸豐侖可以由 圓盤被均勻削去三部分圓弧制造形成。 所述彈性套筒的靠近錐面端開了六個分布均勻的凹槽。
所述螺母i的一端是六角形狀、另一端是圓柱狀，六角形狀一端的每一 邊的中間開半圓孔，用于與所述頂蓋中的半圓孔結合形成一個整圓孔，定位 銷可以插入這個整圓孔當中，實現螺母i和頂蓋之間的固定。
本發明所提供的自定心裝置的具有結構緊湊、體積小的特點，通過本發 明所提供的自定心裝置結構，擰緊上下兩個螺母n使彈性套筒膨脹后可以使 盤體和導桿之間無間隙接觸。旋轉手輪后，凸輪i和凸輪n會同步跟隨導桿 旋轉；凸輪i的旋轉會帶動和擠壓滾柱，滾珠會擠壓柔性膨脹環的內環，柔 性膨脹環受擠壓力后通過其加強筋傳遞到其外環上，柔性膨脹環的外環受力 后向外擴張，從而能夠與所需定位的工件實現面接觸；從而實現裝置與工件 之間無間隙。所述凸輪n的旋轉會帶動和擠壓所述傳力盤，傳力盤徑向向外 移動，從而能夠與定位的基準面實現面接觸。從而實現裝置與定位基準面之間無間隙。因此可以實現整個定位'ii程的無間隙式定位，，凸I侖II外圓面和柔 性膨脹環的外圓面不在同一個平面上，所以該自定心裝置可以實現定位基準 面和所需要定位的工件不在同一個零部件上時的定位，并可以對安裝基準和 定位基準之間距離比較大的部件進行精確定位；通過柔性膨脹環，自定心裝 置和所需定位的工件的接觸面的間隙可以自由調整，這樣可以使調整精度大
大提高；同時，可以通螺母n、凸輪n、凸輪i等零件的自我精度調整，提 高自定心裝置的定位精度，而且調整方便，快速，并可以使自定心裝置上的 零件的加工精度要求降低，從而實現降低加工成本和使用成本。
圖1為本發明提供的一種自定心裝置軸側示意圖； 圖2為本發明提供的一種自定心裝置正視截面示意圖； 圖3為本發明提供的一種自定心裝置的圖2中C-C截面示意圖； 圖4為本發明提供的一種自定心裝置的圖2中B-B截面示意圖； 圖5為本發明才是供的一種自定心裝置的圖2中D-D截面示意圖； 圖6為本發明提供的一種自定心裝置的檢測和調整正視截面意圖； 圖7為本發明提供的一種自定心裝置的零件柔性膨脹環主視示意圖； 圖8為本發明提供的一種自定心裝置的零件頂蓋主^L示意圖； 圖9為本發明提供的一種自定心裝置的零件頂蓋左^L示意圖； 圖10為本發明 |是供的一種自定心裝置的零件頂蓋俯 J示意圖。 符號說明
1.螺母III 2.手輪 3.螺母I 4.定位銷
5.內六角圓柱頭螺釘6.頂蓋 7.凸輪I 8.滾柱9.柔性膨脹10.螺紋定位銷I 11. JJ盤12.彈性套筒
13.盤體14.軸承 15.螺紋定位銷II16.傳力盤
17.螺母II18.凸輪II 19導桿20.下端蓋
21.內六角圓柱頭螺釘22.螺母IV031.螺母I的半圓孔
061.頂蓋的內孔面062.頂蓋的半圓孔071.凸輪I削邊面
072.凸輪I的圓柱面081.滾柱的外圓面091.柔性膨脹環的外圓面
131.盤體法蘭面132.盤體法蘭削邊面161.傳力盤的外圓面
162.傳力盤的削邊面181.凸4侖n削邊面182.凸輪II外圓面
IOOI.標準V型塊1002.大理石平板1003.基礎框架1004.主基板1005物4竟法蘭盤 10051.物鏡法蘭盤的內孔面
1006 螺栓
具體實施例方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合附圖對本發明 作進一步的詳細描述。
本實施例提供一個用于安裝光刻機裝備中的物鏡法蘭盤精密部件的自定 心裝置，在安裝過程中定位基準面和所需要定位的部件的距離比較遠，定位 基準面和所需要定位的部件不在同一個零部件上，同時提供給安裝自定心裝 置的空間有限，被定位的部件的物鏡法蘭盤精度要求高。
圖1所示為本發明實施例4是供的自定心裝置的軸側示意圖。整個自定心
裝置包括零件螺母IIIl，手輪2，螺母13,定位銷4，內六角圓柱頭螺釘5， 頂蓋6，凸輪I 7，滾柱8，柔性膨脹環9，螺紋定位銷I 10，圓盤11,彈性 套筒12,盤體13，軸承14，螺紋定位銷I115,傳力盤16，螺母1117,凸輪 1118，導桿19，下端蓋20,內六角圓柱頭螺4丁21,以及螺母IV22;本實施例中，凸輪I 7和凸輪I118均為三裔iS輪，塔母IS1、塌母-I 3、螺母II17和螺 母IV22均為六角螺母，凸輪I 7和凸輪I118的面數并不限于本發明實施例中。 結合圖1所示，本實施例自定心裝置中各零件的安裝定位方法是導桿 19放入到盤體13的中心孔中，將兩個彈性套筒12各穿過導桿19安裝到盤體 13的中心孔中，兩個帶錐面彈性套筒12的錐面都分別與盤體13錐面捏合， 從而實現盤體13與導桿19的無間隙嚙合；將兩個軸承14各穿過導桿19安 裝到盤體13的中心孔中，軸承的端面與彈性套筒12的端面接觸；將兩個螺 母II 17通過螺紋安裝到導桿19上；三個螺紋定位銷II15通過螺紋安裝到盤 體13的下端面上；凸輪II 18為通過對圓盤均勻削去三部分圓環形成的三面 凸輪，穿過導桿19安裝到圓盤11的下端面上，用螺母IVI12將凸輪H18固 定；三個傳力盤16各穿過三個螺紋定位銷I115安裝到盤體13的下端面上； 下端蓋20穿過導桿19安裝到盤體13的下端面上，用內六角圓柱頭螺釘21 將下端蓋20固定；圓盤11穿過導桿19安裝到盤體13的上端面上；三個螺 紋定位銷I 10通過螺紋安裝到盤體13的上端面上，柔性膨脹環9穿過導桿 19和三個螺紋定位銷I 10安裝到盤體13的上端面上；凸輪I 7為通過對圓盤 均勻削去三部分圓弧形成的三面凸輪，穿過導桿19安裝到圓盤11的上端面 上；三個滾柱8分別安裝到凸輪I 7和柔性膨脹環9的每個間隙中間；頂蓋6 利用內六角圓柱頭螺釘5安裝到柔性膨脹環9上；螺母I 3穿過導桿19安裝 到頂蓋6上，用定位銷4將螺母I 3和頂蓋6固定；手輪2利用螺母III1安裝 到導桿19上。
圖2所示為本發明實施例定心裝置對物鏡法蘭盤進行定位時的正視截面 示意圖，其中1^5出框架1003是一個圓形的定位基準，物鏡法蘭盤1005穿過 自定心裝置放置到主基板1004上，通過自定心裝置和物鏡法蘭盤1005的結 合調整，實現物鏡法蘭盤1005的精確定位。作為定位基準的彭A框架1003和所需要定位的部件物鏡法蘭盤1糾5不在同一個零部《平上，并且距離較遠。
圖3為本發明提供的一種自定心裝置的圖2中C-C截面示意圖。通過導 桿19的旋轉，可以帶凸輪I118同步旋轉，傳力盤的外圓面161與凸輪II的削 邊面181直接線接觸，由于凸輪I118的旋轉擠壓傳力盤的外圓面161，傳力 盤16通過螺紋定位銷II15導向，傳力盤16會在螺紋定位銷II15約束下沿著 傳力盤的外圓面161和盤體法蘭削邊面132作徑向滑動，并最終可以實現三 個傳力盤的外圓面161與基礎框架1003的內環面接觸。
圖4為本發明4是供的一種自定心裝置的圖2中B-B截面示意圖。柔性膨 脹環通9通過三個螺紋定位銷I 10定位于圓盤上端面，凸輪II的削邊面071 與滾柱的外圓面081直接接觸，通過導桿19的旋轉，可以帶動凸輪I17同步 旋轉，凸輪II的削邊面071擠壓滾柱的外圓面081，然后滾柱傳遞擠壓力，通 過滾柱的外圓面081對柔性膨脹環9的內環面擠壓，進一步通過其加強筋向 柔性膨脹環9的外環傳遞壓力，從而導致柔性膨脹環的外圓面091向外徑向 膨脹。
圖5為本發明提供的一種自定心裝置的圖2中D-D截面示意圖。螺母I 3 上有六個半圓孔031,頂蓋6中有五個半圓孔062,螺母的半圓孔031與頂蓋 的半圓孔G62有相同的半徑，通過旋轉螺母I3，可使其上面的任何一個半圓 孑L 031與任何一個頂蓋的半光孔G62的中心重合，定位銷4用來放入半圓孔 031與頂蓋的半光孔062所組成的圓柱孔中，可以實現螺母I 3和頂蓋6的定 位固定。
圖6為本實施例自定心裝置的檢測和調整的正視示意圖。結合圖1、圖3、 圖4以及圖6所示，本實施例的自定心裝置的調整和檢測過程如下
(1)把已經安裝好的自定心裝置放置到標準的大理石平板1002上，并 用標準V型塊1001支撐；(2) 拆除自定心裝置中的凸輪1N《、下端藍20、島輪17、頂蓋6、手輪2。
(3) 用專用扳手旋轉螺母I117，當彈性套筒12與盤體13沒有間隙時， 停止旋轉螺母1117。
(4) 用百分表測量導桿19的同軸度是否達到規定的數值，若同軸度不 滿足要求繼續調整螺母II 17,直到滿足要求為止。
(5) 安裝凸輪II18和凸輪I 7,用三座標或百分表測量凸輪II削邊面181 與凸輪I削邊面071之間的平行度和平面度，如果其平行度和平面度不滿足 要求，修磨凸輪II削邊面181與凸輪I削邊面071,直到達到規定的要求。
(6) 用三座標或百分表測量凸輪II削邊面181與凸輪I削邊面071的同 軸度，如果其同軸度不滿足要求，修磨凸輪II削邊面181與凸輪I削邊面071，
直到達到規定的要求。
(7) 調整傳力盤的外圓面161與凸輪II削邊面181接觸。
(8) 調整滾柱的外圓面081，使之與頂蓋的內孔面061以及凸輪I削邊 面071接觸。
(9) 用三座標或百分表測量柔性膨脹環的外圓面G91的同軸度，如果其 同軸度不滿足要求繼續調整柔性膨脹環9，直到滿足規定的要求為止。
(10) 滿足要求后安裝上其他已經拆卸的零件。
至此，自定心裝置的調整和檢測工作完畢，自定心裝置的本身的精度將 滿足定位時的精度要求。
圖7為本發明提供的一種自定心裝置的零件柔性膨脹環主視示意圖； 圖8為本發明提供的一種自定心裝置的零件頂蓋主視示意圖； 圖9為本發明提供的一種自定心裝置的零件頂蓋左視示意圖； 圖10為本發明提供的 一種自定心裝置的零件頂蓋俯^L示意圖。
12本實施例中進一步通過自定'。裝置對物鏡法蘭盤？D&5進行定位說明。結
合圖2、圖3、圖4、圖5所示，本實施例的自定心裝置對物鏡法蘭盤的定位 步驟如下
(1) 把調整和檢測好的自定心裝置放入基礎框架1003的中心孔中，調 整自定心裝置使盤體法蘭面131與基礎框架1003的中心孔的同軸度達到規定 的要求。
(2) 物鏡法蘭盤1005穿過自定心裝置放置到主基板1004上，調整物 鏡法蘭盤1005使其上面的螺孔與主基板1004上螺孔對齊。
(3 )將螺栓1006穿過物鏡法蘭盤1005的螺孔旋入到主基板1004的螺 孔上，同時保證螺^全1006不完全獰緊。
(4) 順時針旋轉手輪2，并且旋轉角不要大于30度，在此過程中，自 定心裝置中的手輪2帶動導桿19旋轉，導桿19帶動凸輪I 7和凸輪II 18轉 動，凸輪I 7迫4吏柔性膨脹環9徑向向外膨脹，凸輪II 18擠壓傳力盤16，迫 使傳力盤徑向向外移動。
(5) 當傳力盤16與基礎框架1003中心孔的內孔面接觸，停止旋轉手 輪2,此時，自定心裝置自動找正圓心并與基礎框架1003內孔保持同心且無 間隙，柔性膨脹環的外圓面091也與物鏡法蘭盤的內孔面10051相接觸。
(6) 旋轉螺母I 3-使其上面的半圓孔031與頂蓋6的半圓孔062的中心 重合，將定位銷4放入其中。
(7 )緩慢微調物鏡法蘭盤1005，當柔性膨脹環的外圓面091與物鏡法 蘭盤盤的內孔面10051接觸面積最大時，擰緊物鏡法蘭盤1005上的螺栓1006， 從而實現了對物鏡法蘭盤的1005的定位。
在不偏離本發明的精神和范圍的情況下還可以構成許多有很大差別的 實施例。應當理解，除了如所附的權利要求所限定的，本發明不限于在說明書中所述的具體實施例。
權利要求
1.一種自定心裝置，包括手輪(2)、螺母I(3)、頂蓋(6)、凸輪I(7)、滾柱(8)、柔性膨脹環(9)、圓盤(11)、螺紋定位銷I(10)、彈性套筒(12)、盤體(13)、軸承(14)、螺紋定位銷II(15)、傳力盤(16)、螺母II(17)、凸輪II(18)、導桿(19)和下端蓋(20)，其特征在于，彈性套筒(12)穿過導桿(19)安裝在盤體(13)的中心孔中，彈性套筒(12)帶有錐面，其錐面與盤體(13)的錐面捏合；軸承(14)穿過導桿(19)安裝在盤體(13)的中心孔中，軸承(14)的端面與彈性套筒(12)的端面接觸；螺母II(17)通過螺紋安裝到導桿(19)上；螺紋定位銷II(15)通過螺紋安裝到盤體(13)的下端面上；凸輪II(18)穿過導桿(19)安裝在盤體(13)的下端面上，用螺母將凸輪II(18)固定；傳力盤(16)穿過螺紋定位銷II(15)安裝在盤體(13)的下端面上；下端蓋(20)穿過導桿(19)安裝在盤體(13)的下端面上，用內六角圓柱頭螺釘(21)將下端蓋(20)固定；圓盤(11)穿過導桿(19)安裝在盤體(13)的上端面上；螺紋定位銷I(10)通過螺紋安裝在盤體(13)的上端面上，柔性膨脹環(9)穿過導桿(19)和螺紋定位銷I(10)安裝在盤體(13)的上端面上，凸輪I(7)穿過導桿(19)安裝在圓盤(11)上；滾柱(8)安裝在凸輪I(7)和柔性膨脹環(9)的間隙中間；頂蓋(6)利用內六角圓柱頭螺釘(5)安裝在盤體(13)上，螺母I(3)穿過導桿(19)安裝在頂蓋(6)上，通過定位銷(4)實現螺母I(3)和頂蓋(6)之間固定；手輪(2)通過螺母固定安裝在導桿(19)上。
2. 根據權利要求1所述自定心裝置，其特征在于，所述柔性膨脹環(9)的 內環和外環通過若干個分布均勻的加強筋連接而構成，每一個加強筋中間 有一個用于實現定位的U型孔。
3. 根據權利要求1所述自定心裝置，其特征在于，所述導桿(19)會跟隨所 述手輪(7 )旋轉，所述凸輪1(7)和所述凸輪II ( 18 )會同步跟隨所述 導桿(19 )旋轉；所述凸輪1(7)的旋轉會帶動和擠壓所述滾柱(8 ), 所述滾珠(8 )會擠壓所述柔性膨脹環(9 )的內環，所述柔性膨脹環(9 ) 的內環受擠壓力后通過其加強筋傳遞到所述柔性膨脹環(9)外環上，所 述柔性膨脹環(9)的外環受力后向外擴張；所述凸輪II (18)的旋轉會帶 動和擠壓所述傳力盤(16)。
4. 根據權利要求1或3所述自定心裝置，其特征在于，所述凸輪I (7)和所 述凸輪II (18)具有相同尺寸及形狀。
5. 根據權利要求1或3所述自定心裝置，其特征在于，所述凸輪I (7)和所 述凸輪II (18)同時為三面凸輪或者面數大于三面的凸輪。
6. 根據權利要求5所述自定心裝置，其特征在于，所述三面凸輪是由圓盤被 均勻削去三部分圓弧形成。
7. 根據權利要求l所述自定心裝置，其特征在于，所述導桿(19)會跟隨所 述手輪(7 )旋轉，所述螺母II ( 17 )會跟隨所述導桿(19 )旋轉，所述 螺母II ( 17 )帶動所述軸承(14 )旋轉，通過所述軸承(14 )轉接，所述 彈性套筒(12)保持靜止。
8. 根據權利要求1或7所述自定心裝置，其特征在于，所述彈性套筒(12) 的靠近錐面端開了六個分布均勻的凹槽。
9. 根據權利要求l所述自定心裝置，其特征在于，所述螺母I (3)的一端是六角形狀、另一端是圓柱狀，六角'形^i一端的爭i邊的中間開半圓孔， 用于與所述頂蓋(6)中的半圓孔結合。
全文摘要
本發明提供一種自定心裝置，包括手輪、螺母I、頂蓋、凸輪I、滾柱、柔性膨脹環、圓盤、螺紋定位銷I、彈性套筒、盤體、軸承、螺紋定位銷II、傳力盤、螺母II、凸輪II、導桿和下端蓋；凸輪I和凸輪II可以導桿實現同步旋轉，凸輪I帶動傳力盤向外徑向運動，實現和定位基準面的接觸，凸輪II通過滾柱使柔性膨脹環向外膨脹，實現和所需定位工件的接觸；自定心裝置自身無間隙，并且也實現定位過程中的無間隙接觸，自定心裝置自身精度可以根據要求調整，因此可以實現對工件較高精度級別的位置定位。
文檔編號G03F7/20GK101320217SQ200810040330
公開日2008年12月10日 申請日期2008年7月8日 優先權日2008年7月8日
發明者吳榮基, 朱岳彬, 慧 陳 申請人:上海微電子裝備有限公司