专利名称：一种精密调平装置的制作方法
技术领域：
本发明一种精密调平装置，属于机械装置领域，涉及热压成形设备中调平装置的机构设计，用于重载工况下热压成形中的机构调平。
背景技术：
热压法是聚合物微结构加工的重要方法之一，因此热压成形设备成了聚合物微结构加工的关键设备。利用传统的热压成形设备热压时，将聚合物材料的基板放置在下热压头的上表面，模具安装在上热压头的下表面上，加热到一定的温度下加压，在该温度、压力下保持一定的时间成形模具上的微结构，该方法需要保证大平面上不同位置的微结构复制精度相同。但如果存在下面这种情况，复制会产生很大的偏差当聚合物基板的两个面不平行时，一个面固定在下热压头的上表面，则待热压表面和下热压头的上表面存在一个角度，由于两个热压头之间的热压面是平行的，因此聚合物基板的待热压表面和带有模具的热压面之间存在一个角度，在这种情况下热压，聚合物上得到的微结构不能满足大平面复制精度的要求。在下热压头下安装一个调平装置来调节聚合物基板的热压面之间的平行是必要的。
热压成形设备中施加的成形压力通常达到数吨以上，以实现微结构的复制精度和效率，因此调平装置需要能够承受重载，为了提高调平效率要求调节简单，同时为了使热压成形设备结构紧凑，调平装置要求尽量小巧。目前各科研单位对调平装置的研究比较多。柔性铰链形式的调平机构是利用当柔性铰链受压力时产生弹性变形的原理实现调平的。一种柔性铰链采用铍青铜为材料，两测进刀开0.9mm槽6个，然后旋转90°，开0.9mm槽5个。这样在轴向力的作用下，会产生轴向的变形，几个这样的铰链在受力不均时产生的弹性变形便起到调平的作用。(王继红，钱进，用于X射线曝光的微调平机构，电子工业专用设备，1998，27，6-7)这种调平机构适合微小位移的调平，当聚合物基板两面之间角度很大时，显然通过柔性铰链的弹性变形量来补偿是不够的；其承重能力也达不到要求。一种半球形自动调平机构的调平原理是半球形的受力零件位于一个直径和半球直径相同的半圆形槽里，半圆槽的底座是水平的，当半球零件受力时，由于半球和半圆槽之间的滑动使得半球的上表面始终保持水平，如图7所示。(李忠于，某雷达自动调平机构的设计分析，火控雷达技术，2002，31，43-47)这种半球自动调平机构要求半球所受的载荷必须是关于半球轴心对称的，如果受到不对称载荷的作用，必然导致半球的偏转，起不到调平的作用。在热压时难以保证载荷的中心在半球体的轴心上。此调平装置则不存在此种情况，可用于各种载荷情况下。一种楔铁式调平机构(杜俊峰，楔铁式调平机构的设计，光学精密工程，2003.6，11(3)301-304)，楔铁式调平机构由上滑块、下滑块、底座、调整螺钉等组成，通过两个楔形滑块之间的相对移动实现调平。此种调平机构在调节时可能产生线接触，因此不能承受重载。
迄今为止，一些存在的调平机构不具备同时适合重载工况、大角度调平、载荷不对称等的调平，因此都不能应用于聚合物微结构热压成形设备中。
发明内容
本发明的目的是提供一个用于聚合物微结构的热压成形设备中调节聚合物基板的待热压表面和模具表面之间平行的精密调平装置。能适合重载工况的大角度调平，尤其适合载荷不对称情况下的调平。该装置结构简单、小巧、调整灵活、方便、准确，有利于热压出的聚合物微结构满足大平面的复制精度，生产出符合要求的聚合物微结构器件。
本发明的技术方案是一种精密调平装置由调平底板、安装板、斜板和若干联接螺栓组成，其特征是，调平底板由上调平底板1和下调平底板7组成；安装板由上安装板2和下安装板6组成；斜板由上斜板3和下斜板4组成；如附图1、2、3、4、5所示；其中，上调平底板1为圆环形薄板，板中间有一个圆形通孔Y，在上调平底板1上均布有三个螺纹孔C；上安装板2安装在上调平底板1的下面，上安装2上均布有三个沿圆周方向的弧形槽E，上安装板2通过圆柱形凸台G与上调平底板1的圆形通孔Y相配合，螺栓9穿过上安装板2的弧形槽E拧在上调平底板1的螺纹孔C中，使上调平底板1和上安装板2可相对转动，上安装板2上均布有六个沉头孔F；螺栓11穿过沉头孔F拧在上斜板3的楔形体的螺纹孔K中，使两块板固定在一起；上斜板3由三个圆柱体构成，中间圆柱体的下表面与下斜板4的上表面相接触，接触面为一斜面M，下圆柱体的下表面为一斜面N，上斜板3的中间圆柱体上均布有三个沿圆周方向的弧形槽J；上斜板3下装有下斜板4，该板由一个圆柱体和一个楔形体组成，该板中间有一个通孔Q，上斜板3的下圆柱体插入到通孔Q中与通孔Q相配合，螺栓8穿过上斜板3的弧形槽J拧在下斜板4的螺纹孔S中，将上、下两块斜板联接在一起，并实现上斜板3和下斜板4之间的相对转动，下斜板4的楔形体上均布有六个螺纹孔T；下安装板6安装在下斜板4下面，该板与上安装板2结构相同，螺栓10穿过下安装板6的沉头孔F’拧在下斜板4的螺纹孔T中，将下斜板4和下安装板6两块板固定在一起；下安装板6上也均布有三个沿圆周方向的弧形槽E’，下安装板6通过圆柱形凸台与下调平底板7的圆形通孔相配合；下调平底板7安装在下安装板6下面，下调平底板7与上调平底板1结构相同，螺栓5穿过下安装板6的弧形槽E’拧在下调平底板7的螺纹孔C’中，使下调平底板7和下安装板6可相对转动；上调平底板1和上安装板2间的转轴中心线与下调平底板7和下安装板6间的转轴中心线有一个偏心e。
上、下两调平底板1、7上还均布有六个沉头孔X、X’用于和外界螺栓联接，两板圆周上刻有一段刻线D、D’；上、下两斜板安装板2、6的圆周上也刻有一条刻线H、H’；上斜板3圆周上刻有一条刻线L，下斜板4圆周上刻有一段刻线；每个板的圆周上都均布有三个矩形槽，每个板刻线的中心到相邻矩形槽的夹角都是60°，装配时相互配合的两板的矩形槽对准，使上、下斜板安装板2、6的一条刻线H、H’位于上、下调平底板1、7上一段刻线D、D’的中间，上斜板3的一条刻线L位于下斜板4上一段刻线的中间。
本发明的效果是一种精密调平装置能够应用于聚合物微结构的重载热压中，使聚合物基板待热压表面和模具表面平行，从而在聚合物上热压出质量合格的微结构，提高了聚合物微结构的加工质量和效率。可广泛应用于微流控芯片、微透镜阵列、导光板等的热压成形设备中。
图1是精密调平装置B-B剖视图。其中1-上调平底板；2-上安装板；3-上斜板；4-下斜板；5-联接螺栓；6-下安装板；7-下调平底板；8-联接螺栓；9-联接螺栓；Q-下斜板圆形通孔；S-下斜板上螺纹孔；M-上、下斜板的接触斜面；N-上斜板的下斜面；G-上安装板的柱形凸台。
图2是精密调平装置A-A左剖视图。其中10-联接螺栓；11-联接螺栓；F-上安装板上的沉头孔；F’-下安装板上的沉头孔；K-上斜板上的螺纹孔；T-下斜板上的螺纹孔；X-上调平底板的沉头孔；X’-下调平底板的沉头孔。
图3是精密调平装置俯视图。其中Y-上调平底板的圆形通孔；C-螺纹孔；D-上调平底板上的刻度线。
图4是上安装板零件图。其中E-弧形槽；F-沉头孔；G-柱形凸台；H-刻线。
图5是上斜板零件图。其中J-弧形槽；K-螺纹孔；L-刻线。
图6是精密调平装置的简化示意图。其中θ3-上调平底板和上安装板之间绕Z3轴的转角；θ2-上斜板和下斜板之间绕Z2轴的转角；θ1-下安装板和下调平底板之间绕Z1轴的转角；α-接触斜面M与水平线的夹角；d1-Z1轴与Z2轴的交点到Z1坐标原点的距离，d2-Z1轴与Z2轴的交点到Z2轴与Z3轴交点的距离，d3-Z2轴与Z3轴的交点到Z3坐标原点距离。
图7半球形调平装置小角度调平示意图。
具体实施例方式
以下结合附图具体说明实施方式。
装配时首先用螺栓通过上调平底板1的沉头孔X，将上调平底板和热压系统的热压头联接固定在一起；其次，将上安装板2和上斜板3通过上安装板2上的六个沉头孔F和上斜板3上相应的螺纹孔K用六个螺栓11固定在一起；再次用螺栓9将上安装板2和上调平底板1装配在一起。接着，用螺栓先固定下调平底板7，再用螺栓8将下斜板4和下安装板6装配在一起，用螺栓5将下安装板6和下调平底板7固定在一起。最后是上斜板3和下斜板4之间的安装，装配后的第一姿态要求两个调平底板是平行的。当上斜板3和下斜板4相对转动时，由于斜面M的存在，将引起两斜板轴线之间夹角的变化。因为上斜板3和下斜板4分别与上、下安装板2、6固定在一起，从而引起两安装板姿态的调整；斜面M的存在使得三个转动轴都不在同一直线上。再通过上、下安装板和上、下调平底板间的相对转动实现调平底板姿态的调整。
调整时，首先要计算出各零件间坐标的关系式，建立三个坐标体系，如附图6所示。第一个坐标体系建立在下调平底板7和下安装板6的接触面上，下安装板6的中心为Z3轴；第二个坐标体系建立在上斜板3和下斜板4之间的接触面上，上斜板3的轴心为Z2轴；第三个坐标体系建立在上调平底板1上，上调平底板1的轴心为Z1轴。可以用矩阵An表示第n个零件的坐标体系相对第n-1个零件的坐标体系的关系。设下调平底板7为世界坐标系A0，通过三个坐标体系，最后可求出的三个4×4矩阵为A1、A2、A3，其中三个矩阵中的自变量是绕相应的Z轴旋转的角度θ1、θ2、θ3，已知量是d1、d2、d3和斜面M的倾角α。则需要调平的面上坐标体系为T3＝A1A2A3。本装置是先测定需要调平表面的坐标体系，然后通过三个角度的调整，把需要调平的表面调平。也就是给定了T3求A1、A2、A3的过程，可以通过求解三种板之间的运动学逆问题得到。
使用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的热压微沟道为例说明。首先将清洗好的PMMA基片放置在下热压头上的台面面板上，将感应纸放在其上，然后将上热压头压下，感应纸发出信号显示PMMA基片上受到压力的不同，压力不同标志着PMMA基片待热压面和热压头的热压面不平行，根据感应纸发出的信号，建立待热压表面的坐标体系T3，然后通过求解三种板之间的运动学逆问题，相应求出A1、A2、A3中的三个未知量θ1、θ2、θ3，那么θ1、θ2、θ3就是达到调平状态时相应零件需要转的角度。
权利要求
1.一种精密调平装置由调平底板、安装板、斜板和若干联接螺栓组成，其特征是，调平底板由上调平底板[1]和下调平底板[7]组成；安装板由上安装板[2]和下安装板[6]组成；斜板由上斜板[3]和下斜板[4]组成；其中，上调平底板[1]为圆环形薄板，板中间有一个圆形通孔[Y]，在上调平底板[1]上均布有三个螺纹孔[C]；上安装板[2]安装在上调平底板[1]的下面，上安装板[2]上均布有三个沿圆周方向的弧形槽[E]，上安装板[2]通过圆柱形凸台[G]与上调平底板[1]的圆形通孔[Y]相配合，螺栓[9]穿过上安装板[2]的弧形槽[E]拧在上调平底板[1]的螺纹孔[C]中，使上调平底板[1]和上安装板[2]可相对转动，上安装板[2]上均布有六个沉头孔[F]；螺栓[11]穿过沉头孔[F]拧在上斜板[3]的楔形体的螺纹孔[K]中，使两块板固定在一起；上斜板[3]由三个圆柱体构成，中间圆柱体的下表面与下斜板[4]的上表面相接触，接触面为一斜面[M]，下圆柱体的下表面为一斜面[N]，上斜板[3]的中间圆柱体上均布有三个沿圆周方向的弧形槽[J]；上斜板[3]下装有下斜板[4]，该板由一个圆柱体和一个楔形体组成，该板中间有一个通孔[Q]，上斜板[3]的下圆柱体插入到通孔[Q]中与通孔[Q]相配合，螺栓[8]穿过上斜板[3]的弧形槽[J]拧在下斜板[4]的螺纹孔[S]中，将上、下两块斜板联接在一起，并实现上斜板[3]和下斜板[4]之间的相对转动，下斜板[4]的楔形体上均布有六个螺纹孔[T]；下安装板[6]安装在下斜板[4]下面，该板与上安装板[2]结构相同，螺栓[10]穿过下安装板[6]的沉头孔[F’]拧在下斜板[4]的螺纹孔[T]中，将下斜板[4]和下安装板[6]两块板固定在一起；下安装板[6]上也均布有三个沿圆周方向的弧形槽[E’]，下安装板[6]通过圆柱形凸台与下调平底板[7]的圆形通孔相配合；下调平底板[7]安装在下安装板[6]下面，下调平底板[7]与上调平底板[1]结构相同，螺栓[5]穿过下安装板[6]的弧形槽[E’]拧在下调平底板[7]的螺纹孔[C’]中，使下调平底板[7]和下安装板[6]可相对转动；上调平底板[1]和上安装板[2]间的转轴中心线与下调平底板[7]和下安装板[6]间的转轴中心线有一个偏心e。
2.如权利要求1所述的一种精密调平装置，其特征是上、下两调平底板[1]、[7]上还均布有六个沉头孔[X]、[X’]用于和外界螺栓联接，两板圆周上刻有一段刻线[D]、[D’]；上、下两斜板安装板[2]、[6]的圆周上也刻有一条刻线[H]、[H’]；上斜板[3]圆周上刻有一条刻线[L]，下斜板[4]圆周上刻有一段刻线；每个板的圆周上都均布有三个矩形槽，每个板刻线的中心到相邻矩形槽的夹角都是60°，装配时相互配合的两板的矩形槽对准，使上、下斜板安装板[2]、[6]的一条刻线[H]、[H’]位于上、下调平底板[1]、[7]上一段刻线[D]、[D’]的中间，上斜板[3]的一条刻线[L]位于下斜板[4]上一段刻线的中间。
全文摘要
一种精密调平装置，属于机械装置领域，涉及热压成形设备中调平装置的机构设计，用于重载工况下热压成形中的机构调平。精密调平装置由调平底板、安装板、斜板和若干联接螺栓组成。其中，调平底板由上调平底板和下调平底板组成，安装板由上安装板和下安装板组成，斜板由上斜板和下斜板组成。上调平底板和上安装板可相对转动，下调平底板和下安装板可相对转动，上调平底板和上安装板间的转轴中心线与下调平底板和下安装板间的转轴中心线有一个偏心e。调平装置结构紧凑，适用于重载工况下的机构调平，可广泛应用于微流控芯片、微透镜阵列、导光板等的热压成形设备中。
文档编号B29C43/58GK1840309SQ200510046168
公开日2006年10月4日 申请日期2005年3月31日 优先权日2005年3月31日
发明者王晓东, 罗怡, 刘冲, 王立鼎, 韦鹤, 刘军山, 佘东生 申请人:大连理工大学