针对电容纳米位移传感器的探头空间位姿精密调节装置

摘要

本发明涉及精密调节技术领域，具体公开针对电容纳米位移传感器的探头空间位姿精密调节装置，包括基板、传感器探头座、阻尼环、探头本体、杠杆、反力弹簧、微调螺钉、铰链和调节连杆。所述传感器探头座位于基板的上方，所述阻尼环竖向固定在传感器探头座上的通孔中，所述探头本体连接在阻尼环中。杠杆通过铰链连接在基板的上表面上，反力弹簧两端分别与杠杆内侧端、基板上表面连接，微调螺钉竖向螺纹连接在基板的上表面上，该微调螺钉与所述杠杆的外侧端连接。调节连杆斜向上设置，该调节连杆的两端均通过铰链分别与杠杆的内侧端、传感器探头座连接。本发明的调节装置能够有效克服电容纳米位移传感器在电场效应下对空间倾角位姿较为敏感的问题。

权利要求

1.针对电容纳米位移传感器的探头空间位姿精密调节装置，其特征在于，包括：基板、传感器探头座、阻尼环、探头本体、杠杆、反力弹簧、微调螺钉、铰链和调节连杆；其中：所述传感器探头座位于基板的上方，所述阻尼环竖向固定在传感器探头座上的通孔中，所述探头本体连接在阻尼环中；所述杠杆通过铰链连接在基板的上表面上，所述反力弹簧的上、下两端分别与杠杆的内侧端、基板的上表面连接，所述微调螺钉竖向螺纹连接在基板的上表面上，且该微调螺钉与所述杠杆的外侧端连接；所述调节连杆斜向上设置，且该调节连杆的两端均通过铰链分别与杠杆的内侧端、传感器探头座连接。

2.根据权利要求1所述的针对电容纳米位移传感器的探头空间位姿精密调节装置，其特征在于，沿着所述传感器探头座的周向均匀分布有四组由所述杠杆、反力弹簧、微调螺钉、铰链和调节连杆组成的杠杆机构。

3.根据权利要求2所述的针对电容纳米位移传感器的探头空间位姿精密调节装置，其特征在于，各所述杠杆的内侧端均指向基板的上表面中央处。

4.根据权利要求1所述的针对电容纳米位移传感器的探头空间位姿精密调节装置，其特征在于，所述杠杆的外侧端下方的基板上具有螺孔，所述微调螺钉螺纹连接在该螺孔中，且所述微调螺钉的顶端抵接在杠杆的外侧端下表面上。

5.根据权利要求4所述的针对电容纳米位移传感器的探头空间位姿精密调节装置，其特征在于，所述螺孔为细牙结构。

6.根据权利要求1所述的针对电容纳米位移传感器的探头空间位姿精密调节装置，其特征在于，所述杠杆的内侧端下表面上具有第一盲孔，该第一盲孔的下方的基板的上表面上具有第二盲孔，所述反力弹簧的上、下两端分别卡紧在第一盲孔、第二盲孔中。

7.根据权利要求1‑6任一项所述的针对电容纳米位移传感器的探头空间位姿精密调节装置，其特征在于，所述传感器探头座下方的探头本体外壁上套有环形导向机构，所述环形导向机构是由若干个相同的弧形导向机构组成，每个所述弧形导向机构的侧壁上均开设有若干层弧形分布的通道，相邻的通道之间通过连接柱连接，且所述弧形导向机构的上表面上具有与连接柱同轴设置的凸起柱；每个所述弧形导向机构的底面通过探头轴向微调螺钉与传感器探头座的下表面连接，每个所述弧形导向机构的侧壁通过探头径向预紧螺钉与探头本体连接，且所述凸起柱与传感器探头座的下表面抵接，从而在弧形导向机构的上表面与传感器探头座的下表面之间形成间隙。

8.根据权利要求7所述的针对电容纳米位移传感器的探头空间位姿精密调节装置，其特征在于，每个所述弧形导向机构的底面上具有贯穿的轴向螺纹孔，所述探头轴向微调螺钉穿过该轴向螺纹孔后与传感器探头座下表面螺纹连接，且所述探头轴向微调螺钉与轴向螺纹孔螺纹连接。

9.根据权利要求8所述的针对电容纳米位移传感器的探头空间位姿精密调节装置，其特征在于，所述轴向螺纹孔为细牙结构。

10.根据权利要求7所述的针对电容纳米位移传感器的探头空间位姿精密调节装置，其特征在于，每个所述弧形导向机构的侧壁具有径向螺纹孔，所述探头径向预紧螺钉穿过该径向螺纹孔螺纹后与探头本体的外壁螺纹连接。

说明书

针对电容纳米位移传感器的探头空间位姿精密调节装置

技术领域

[0001] 本发明涉及精密调节技术领域，具体涉及针对电容纳米位移传感器的探头空间位姿精密调节装置。

背景技术

[0002] 本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

[0003] 超精密科学仪器与制造装备的高速发展，如集成电路芯片加工与检测、分子生物/DNA操作与检测、微机电与微传感系统，促使超精密工程发展进入了纳米甚至亚纳米级尺度。上述微纳制造装备与科学仪器均依赖于超精密运动控制技术的发展，其核心部件之一是纳米微位移传感器系统。电容型纳米位移传感器测量系统由于其优越的纳米分辨率和工作带宽的特性，以及简单的结构和相对较低的价格优势，正日益成为国际上应用最广泛的纳米位移传感器系统之一。

[0004] 专利文献CN213685885U提出了一种传感器位置调整机构，该机构可以实现对光学传感器的位置进行粗调和微调，提高光学传感器的精度。专利文献CN216206425U提出了一种电容式位移传感器的轴向运动微调及保护装置，解决了电容式位移传感器在使用过程中易与被测物体发生硬性碰撞挤压，造成电容式位移传感器损坏的问题。上述的结构主要针对的是传感器轴向的调整，而电容纳米位移传感器的电场效应导致该类传感器（如德国米铱生产的CS02、CS05，天津三英精控生产的NS‑DCS10L等传感器）对于空间倾角位姿较为敏感，即在极限精度的检测要求下，现有结构很难满足。

发明内容

[0005] 针对上述的问题，本发明提供针对电容纳米位移传感器的探头空间位姿精密调节装置，其能够实现对探头的空间位姿的细化调整，满足对该类结构精密调节的需要，有效克服电容纳米位移传感器在电场效应下对空间倾角位姿较为敏感的问题。为实现上述目的，本发明公开如下所示技术方案。

[0006] 针对电容纳米位移传感器的探头空间位姿精密调节装置，包括：基板、传感器探头座、阻尼环、探头本体、杠杆、反力弹簧、微调螺钉、铰链和调节连杆。其中：所述传感器探头座位于基板的上方，所述阻尼环竖向固定在传感器探头座上的通孔中，所述探头本体连接在阻尼环中，以减小外界振动向探头本体的传递。所述杠杆通过铰链连接在基板的上表面上，使杠杆能够相对于基板的上表面上、下摆动，所述反力弹簧的上、下两端分别与杠杆的内侧端、基板的上表面连接，所述微调螺钉竖向螺纹连接在基板的上表面上，且该微调螺钉与所述杠杆的外侧端连接，以便于通过调节所述微调螺钉的高度调节杠杆相对于基板的上表面的角度。所述调节连杆斜向上设置，且该调节连杆的两端均通过铰链分别与杠杆的内侧端、传感器探头座连接，从而将所述传感器探头座、阻尼环、探头本体支撑在空中。

[0007] 进一步地，沿着所述传感器探头座的周向均匀分布有四组由所述杠杆、反力弹簧、微调螺钉、铰链和调节连杆组成的杠杆机构，以便于实现探头本体的空间全角度的精细化调整。

[0008] 进一步地，所述杠杆的外侧端下方的基板上具有螺孔，所述微调螺钉螺纹连接在该螺孔中，且所述微调螺钉的顶端抵接在杠杆的外侧端下表面上，从而通过调节微调螺钉的高度调节杠杆。优选地，所述螺孔为细牙结构。

[0009] 进一步地，所述杠杆的内侧端下表面上具有第一盲孔，该第一盲孔的下方的基板的上表面上具有第二盲孔，所述反力弹簧的上、下两端分别卡紧在第一盲孔、第二盲孔中。

[0010] 进一步地，各所述杠杆的内侧端均指向基板的上表面中央处。

[0011] 进一步地，所述传感器探头座下方的探头本体外壁上套有环形导向机构，所述环形导向机构是由若干个相同的弧形导向机构组成，每个所述弧形导向机构的侧壁上均开设有若干层弧形分布的通道，相邻的通道之间通过连接柱连接，且所述弧形导向机构的上表面上具有与连接柱同轴设置的凸起柱。每个所述弧形导向机构的底面通过探头轴向微调螺钉与传感器探头座的下表面连接，每个所述弧形导向机构的侧壁通过探头径向预紧螺钉与探头本体连接，且所述凸起柱与传感器探头座的下表面抵接，从而在弧形导向机构的上表面与传感器探头座的下表面之间形成间隙。

[0012] 进一步地，每个所述弧形导向机构的底面上具有贯穿的轴向螺纹孔，所述探头轴向微调螺钉穿过该轴向螺纹孔后与传感器探头座下表面螺纹连接，且所述探头轴向微调螺钉与轴向螺纹孔螺纹连接，从而将所述弧形导向机构可调地连接在传感器探头座上。可选地，所述轴向螺纹孔为细牙结构，以便于进行精密调节。

[0013] 进一步地，每个所述弧形导向机构的侧壁具有径向螺纹孔，所述探头径向预紧螺钉穿过该径向螺纹孔螺纹后与探头本体的外壁螺纹连接。可选地，所述径向螺纹孔为细牙结构，以便于进行精密调节。

[0014] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明根据杠杆原理，即借助支路微调螺钉与杠杆可以实现探头本体在空间上的精细化调整，而四组所述杠杆机构的引入可以实现探头本体的空间全角度的精细化调整，从而满足对该类结构精密调节的需要，有效克服电容纳米位移传感器在电场效应下对空间倾角位姿较为敏感的问题。另外，本发明借助阻尼环以及探头轴向微调螺钉的配合可以实现探头本体的空间直线方向上的精细化调整，进而实现探头本体部分空间位姿的细化调整，满足对纳米微位移传感器类结构精密调节的需要。

附图说明

[0015] 构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

[0016] 图1是本发明实施例中针对电容纳米位移传感器的探头空间位姿精密调节装置的结构示意图（局部剖切）。

[0017] 图2是本发明实施例中针对电容纳米位移传感器的探头空间位姿精密调节装置的主视图。

[0018] 图3是本发明实施例中传感器探头座的结构示意图。

[0019] 图4是本发明实施例中导向机构的结构示意图（局部剖切）。

[0020] 其中，数字标记分别代表：1‑基板；2‑传感器探头座；3‑阻尼环；4‑探头本体；5‑杠杆；6‑反力弹簧；7‑微调螺钉；8‑铰链；9‑调节连杆；10‑导向机构；1001‑通道、1002‑连接柱、1003‑凸起柱、1004‑间隙；11‑探头轴向微调螺钉；12‑探头径向预紧螺钉、13‑第一盲孔、14‑第二盲孔。

具体实施方式

[0021] 应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

[0022] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件需要具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。现结合说明书附图和具体实施例对本发明提出的探头空间位姿精密调节装置进一步说明。

[0023] 参考图1和图2，示例针对电容纳米位移传感器的探头空间位姿精密调节装置，包括：基板1、传感器探头座2、阻尼环3、探头本体4、杠杆5、反力弹簧6、微调螺钉7、铰链8和调节连杆9。其中：

[0024] 所述基板1水平设置，其正上方设置有所述传感器探头座2，该传感器探头座2的中心具有一个通孔，所述阻尼环3竖向固定在该通孔中，所述探头本体4连接在阻尼环3中，所述阻尼环3为空心圆环结构，且阻尼环3内侧面内径小于探头本体4外侧面直径，从而两者形成过盈配合，所述阻尼环3的主要作用是减小外界振动向探头本体4的传递导致的探头本体4空间位姿的改变。

[0025] 所述杠杆5长条状结构，其下表面通过铰链8连接在基板1的上表面上，从而使杠杆5能够相对于基板1的上表面上、下摆动一定幅度。所述杠杆5的内侧端下表面上具有第一盲孔，该第一盲孔下方的基板1的上表面上具有第二盲孔，所述反力弹簧6的上、下两端分别卡紧在所述第一盲孔、第二盲孔中，从而使反力弹簧6与杠杆5、基板1连接在一起。

[0026] 所述杠杆5的外侧端下方的基板1上具有螺孔，所述微调螺钉7从基板1的下方竖向穿过该螺孔后抵接在杠杆5的外侧端下表面上，所述螺孔为细牙结构，其和所述微调螺钉7之前螺纹连接，以便于通过调节所述微调螺钉7的高度调节杠杆5相对于基板1的上表面的角度。

[0027] 所述调节连杆9斜向上设置，且该基板1的上表面的角度的两端均通过铰链8分别与杠杆5的内侧端、传感器探头座2 连接。沿着所述传感器探头座2的周向均匀分布有四组由所述杠杆5、反力弹簧6、微调螺钉7、铰链8和调节连杆9组成的杠杆机构，且各个所述杠杆5的内侧端均指向基板1的中央处，所述探头本体4在基板1的中央处上方，从而将所述传感器探头座2、阻尼环3、探头本体4支撑在空中，以便于实现探头本体4的空间全角度的精细化调整。

[0028] 本实施例的探头空间位姿精密调节装置根据杠杆原理，即借助微调螺钉7与杠杆5可有效实现探头本体4在空间上的精细化调整。在需要微调所述探头本体4的空间位姿时，通过旋转所述微调螺钉7调节杠杆5相对于基板1的上表面的角度，进而带动调节连杆9、传感器探头座2的空间位姿变化，进而带动所述探头本体4的空间位姿变化，而四组所述杠杆机构的变化可以实现探头本体4的空间全角度的精细化调整，从而满足对该类结构精密调节的需要，有效克服电容纳米位移传感器在电场效应下对空间倾角位姿较为敏感的问题。

[0029] 参考3和图4，上述的针对电容纳米位移传感器的探头空间位姿精密调节装置中，所述传感器探头座2下方的探头本体4外壁上套有环形导向机构10，所述环形导向机构10是由三个相同的弧形导向机构组成，每个所述弧形导向机构的侧壁上均开设有若干层弧形分布的通道1001，相邻的通道1001之间通过连接柱1002连接，且所述弧形导向机构的上表面上具有与连接柱1002同轴设置的凸起柱1003。

[0030] 每个所述弧形导向机构的底面上具有贯穿的轴向螺纹孔，该轴向螺纹孔为细牙结构，以便于进行精密调节。探头轴向微调螺钉11穿过该轴向螺纹孔后与传感器探头座2的下表面上的螺孔螺纹连接，且所述探头轴向微调螺钉11与轴向螺纹孔螺纹连接，从而将所述弧形导向机构可调地连接在传感器探头座2的下表面上，且所述凸起柱1003与传感器探头座2的下表面抵接，从而在弧形导向机构的上表面与传感器探头座2的下表面之间形成间隙1004。

[0031] 所述弧形导向机构的侧壁具有径向螺纹孔，所述径向螺纹孔为细牙结构，以便于进行精密调节探头径向预紧螺钉12穿过该径向螺纹孔后与探头本体4的外壁螺纹连接，且所述探头径向预紧螺钉12与该径向螺纹孔螺纹连接，从而将探头本体4与所述环形导向机构10连接为一体。

[0032] 当旋转微调所述探头轴向微调螺钉11时，即可改变所述间隙1004的宽度，进而带动探头本体4在其轴向方向上直线运动实现微调。此过程中，所述凸起柱1003受到传感器探头座2下表面的挤压，进而将挤压力传递到连接柱1002上，然后使所述通道1001所在处的弧形导向机构层层挤压变形。每个所述弧形导向机构均可以单独调节操作，可很好地实现探头本体4在其轴向方向上位姿的精细化调整。

[0033] 最后，需要说明的是，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。