專利名稱：具有高精度的高力壓痕裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于高壓力和高精度地致動(dòng)工具的裝置、和一種 降低或消除這種裝置的工具位置偏差的方法。
背景技術(shù)：
各種工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合需要髙的用于致動(dòng)工具的力。例如，壓痕工具 用于塑性變形，以制造模具。尤其是光學(xué)透鏡和透鏡陣列在大規(guī)模制 造業(yè)中可以通過(guò)壓痕產(chǎn)生。對(duì)于這種應(yīng)用有著高的精度要求。對(duì)于小 的光學(xué)透鏡來(lái)說(shuō)，例如對(duì)于移動(dòng)電話所用的數(shù)碼相機(jī)來(lái)說(shuō)，精度必須
好于10ttm。需要非常大的力實(shí)現(xiàn)壓痕，例如在一些情況下要高于 1500N。這些巨大的力使得整個(gè)壓痕裝置發(fā)生變形。這些變形難以補(bǔ) 償。不一致的扭轉(zhuǎn)和扭曲限制了壓痕定位的精度。
例如JP2002 - 248628 (Susumo等)公開了這樣一種用于形成微
型透鏡陣列的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提高高力壓痕裝置的精度。 本發(fā)明的另一目的是提供一種高精度地控制壓痕裝置的有效方 法。壓痕裝置的變形得到降低。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于沿至少一個(gè)方向高精度地致動(dòng)至少
一個(gè)工具的裝置。裝置包括用于支撐至少一個(gè)工件的基部、與所述工 具連接以沿至少一個(gè)方向給予平衡力的力框架、以及具有用于精確定 位工具的測(cè)量系統(tǒng)的定位裝置，所述定位裝置至少部分地與所述力框 架物理上脫開，以避免受所述力框架中的力所引起的偏差的影響。
力框架可沿至少一個(gè)方向高精度地移動(dòng)工具；從而，力框架給予 力，以沿軸向擠壓例如作為壓痕工具的工具。
定位裝置至少部分地與所述力框架和所述基部物理上脫開，以避 免受力致動(dòng)器給予的力所引起的偏差的影響。
根據(jù)本發(fā)明，在壓痕過(guò)程中工具位置偏差可通過(guò)使壓痕力與施加 的反作用力相平衡降低或消除。為了實(shí)現(xiàn)這種補(bǔ)償，安裝在所述力框 架中的致動(dòng)器與工具保持固定結(jié)構(gòu)連接。致動(dòng)器框架、工具保持固定 結(jié)構(gòu)和定位框架可一起沿水平方向相對(duì)于基部移動(dòng)。
可選地，沿水平方向移動(dòng)帶有工件的基部。
優(yōu)選地，定位裝置在水平方向上與致動(dòng)器物理上脫開。這通過(guò)桿 實(shí)現(xiàn)，所述桿將力框架致動(dòng)器與工具保持固定結(jié)構(gòu)連接起來(lái)，且在兩 端使用柔性或旋轉(zhuǎn)接頭連接。因此，力框架和基部徑向脫開。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，定位裝置包括用于所述工具的精 確定位和所述力致動(dòng)器的定位的定位框架。定位框架可至少臨時(shí)性地 與所述基部和所述力框架物理上脫開，且使用柔性接頭和力傳感器與 所述工具保持固定結(jié)構(gòu)連接。所述柔性接頭和力傳感器相應(yīng)地設(shè)置成 可測(cè)量工具保持固定結(jié)構(gòu)與定位框架之間的垂直力。
優(yōu)選地，基部或工具保持固定結(jié)構(gòu)和致動(dòng)器也可沿x和y方向移
動(dòng)。
為了補(bǔ)償軸向偏差，工具通過(guò)跟隨定位框架的運(yùn)動(dòng)的力致動(dòng)器移動(dòng)。
本發(fā)明還涉及用于以高定位精度致動(dòng)具有基部和力框架的裝置 中的至少一個(gè)工具的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括用于消除工具位置偏差的裝置。 為了消除工具的精確位置的偏差，通過(guò)力測(cè)量裝置控制對(duì)齊。力測(cè)量 裝置產(chǎn)生工具位置偏差的信號(hào)。通過(guò)使工具定位裝置與力框架物理上 脫開而實(shí)現(xiàn)高的精度。
在優(yōu)選實(shí)施例中，可測(cè)量所述工具和定位框架之間的軸向力的特 征，所述定位框架可至少臨時(shí)性地與所述基部和所述力框架脫開。這 種力可與力框架的所述致動(dòng)器的受控力相平衡，以避免所述工具位置 偏差。
所述系統(tǒng)還可安裝在現(xiàn)有的傳統(tǒng)壓痕裝置中。根據(jù)本發(fā)明，所述 力框架致動(dòng)器和作為壓痕工具的一部分的壓痕工具頭始終被引導(dǎo)成共 線。
本發(fā)明還涉及一種用于控制壓痕裝置的方法，所述壓痕裝置包括 壓痕工具頭、，力框架和基部，其特征在于，工具頭相對(duì)于基部高精度 定位。
當(dāng)工件被壓痕工具擠壓以形成模具時(shí)，壓痕工件頭和力致動(dòng)器的 軸向?qū)R得到保證。工具和工具保持固定結(jié)構(gòu)大致沿壓痕方向被致動(dòng)， 以消除壓痕工具頭位置的徑向偏差。
優(yōu)選地，桿柔性地安裝在可物理上脫開的定位框架與力框架之
間。
應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明特別涉及一種壓痕裝置。但本發(fā)明的概念也可 用于沿軸向高力致動(dòng)工具的其他工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合，例如結(jié)合裝置、磨削 裝置、深拉延工具等。


下面，參看附圖僅通過(guò)示例更為詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施 例，附圖包括
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的壓痕裝置的示意圖； 圖2示出了沿圖1的線A-A的示意性截面；
圖3示出了高精度地控制壓痕裝置的方法的示意性流程圖；以及 圖4示出了壓痕裝置的可選實(shí)施例的示意性截面。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的壓痕裝置1的示意圖。壓 痕裝置1包括力框架13和定位框架14。壓痕工具4可被沿z方向(箭 頭所示)的高的力致動(dòng)。壓痕工具頭4包括壓痕工具5，其被擠壓到 工件7中，以形成模具。工件7由基部6支撐。致動(dòng)器2安裝在力框 架13中。致動(dòng)器2和壓痕工具頭4通過(guò)桿3連接起來(lái)。桿3使用柔性 (旋轉(zhuǎn))接頭15固定到所述壓痕工具4和所述致動(dòng)器2，以使所述力 框架3和所述定位框架14與至少沿x、 y方向的力物理上脫開。
為了精確地定位壓痕工具，壓痕裝置的定位框架14包括引導(dǎo)部
件8。定位框架14可至少臨時(shí)性地與基部6和力框架13物理上脫開。 所述壓痕工具4通過(guò)柔性接頭15連接到定位框架14的所述引導(dǎo)部件 8。
因此，定位框架14在壓痕過(guò)程中保持空載。此外，力傳感器9 安裝在壓痕工具頭4和引導(dǎo)部件8之間。
為了使定位框架保持空載，由所述力框架致動(dòng)器2給予的平衡力 應(yīng)大約等于壓痕力。因此，由力傳感器9測(cè)量的力處于大約零水平。
力傳感器9的信號(hào)通過(guò)控制電子裝置10處理。致動(dòng)器控制裝置 11通過(guò)控制電子裝置10控制?？刂齐娮友b置確定使力傳感器9處測(cè) 量的力大約處于零水平的致動(dòng)器2的力。
致動(dòng)器2、桿3和壓痕工具4始終共線。為了使致動(dòng)器2、桿3 和壓痕工具4軸向?qū)R，致動(dòng)器2跟隨壓痕工具頭5的運(yùn)動(dòng)沿x、 y 方向移動(dòng)。
z方向的力引起徑向錯(cuò)位，這通過(guò)施加的平衡力消除。由于僅在z 方向具有高的力，因此，在本實(shí)施例中不必補(bǔ)償扭轉(zhuǎn)偏差。
在使用所述實(shí)施例的情況下，可提供具有l(wèi)um或更好的精度的 高力壓痕裝置1。
圖2示出了沿圖1的線A-A的示意性截面。 一個(gè)力傳感器9和兩 個(gè)柔性接頭15環(huán)繞著圖1的桿的z軸線12以彼此成120°角的方式 圓形設(shè)置。壓痕力和平衡力之間的差異將使得力傳感器9中產(chǎn)生可測(cè) 量的反作用力。因此，控制電子裝置可補(bǔ)償壓痕力與平衡力之間的差升。 圖3示出了致動(dòng)器控制裝置的流程圖20。工具沿著z方向移動(dòng)(步 驟21)，以形成模具。測(cè)量力傳感器處的垂直力(步驟22)。如果力 為零，則該平衡力的值是正確的(步驟23)，且控制返回到步驟22。 如果測(cè)量出力與零水平之間存在偏差(步驟24)，則控制電子裝置改 變到致動(dòng)器控制裝置的信號(hào)的值(歩驟25)，結(jié)果使得平衡力變化。 然后，控制環(huán)返回到步驟22。作為這種控制方法的結(jié)果，致動(dòng)器、桿 和壓痕工具始終保持共線。
圖4示出了壓痕裝置1的可選實(shí)施例的示意性截面。與圖1的實(shí) 施例相比，具有引導(dǎo)部件(未示出)的定位框架14位于力框架13的 上方。因此，具有柔性接頭15的桿3未延伸通過(guò)引導(dǎo)部件。
力框架13在x-y方向上被再定位，使得所述壓痕工具5、桿3和 致動(dòng)器2始終保持共線。在壓痕過(guò)程中，定位銷16使力框架13與定 位框架14脫開。力框架13在空氣軸承上滑動(dòng)?？諝廨S承在壓痕過(guò)程 中變?yōu)檎婵諍A盤，且保持力框架橋固定。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明并不限于已特別示出的 和已在上面描述的內(nèi)容。本發(fā)明的范圍包括在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 閱讀前面的說(shuō)明書時(shí)可以想到的且不屬于現(xiàn)有技術(shù)的上面描述的各個(gè) 特征的組合和子組合、及其修改和變化。
附圖標(biāo)記列表.-
1 壓痕裝置
2 致動(dòng)器
3 桿
4 壓痕工具頭
5 壓痕工具
6 基部
7 工件
8 引導(dǎo)部件
9 力傳感器
10 控制電子裝置 H 致動(dòng)器控制裝置
12 z軸線
13 力框架
14 定位框架
15 柔性接頭
16 定位銷
20 流程圖
21 沿z方向移動(dòng)工具
22 測(cè)量力傳感器處的力
23 正確力水平F＝0 (近似)
24 與F＝0的力偏差
25 控制電子裝置產(chǎn)生力變化信號(hào)
權(quán)利要求
1.一種用于沿至少一個(gè)方向高精度地致動(dòng)至少一個(gè)工具的裝置，包括-用于支撐至少一個(gè)工件(7)的基部(6)；-力框架(13)，其與所述工具(4)連接，用于沿至少一個(gè)方向傳遞平衡力；-具有用于工具(4)的精確定位的測(cè)量系統(tǒng)的定位裝置；其特征在于，所述定位裝置與所述力框架(13)至少部分地物理上脫開，從而避免由所述力框架中的力引起的偏差的影響。
2. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，所述定位裝置使用至少 一個(gè)柔性或旋轉(zhuǎn)接頭被物理上脫開。
3. 如前面權(quán)利要求中任一所述的裝置，其特征在于，還包括將所述 力框架和所述工具連起來(lái)的桿。
4. 如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述桿使用柔性或旋轉(zhuǎn) 接頭連接到所述力框架和所述工具。
5. 如前面權(quán)利要求中任一所述的裝置，其特征在于，所述定位裝置 包括具有用于所述工具的精確定位和所述力致動(dòng)器的定位的測(cè)量系統(tǒng)的 定位框架(14)。
6. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述定位框架(14)可 與所述力框架(13)和/或所述基部(6)物理上脫開。
7. 如權(quán)利要求5或6所述的裝置，其特征在于，所述定位框架使用 柔性或旋轉(zhuǎn)接頭連接到所述工具。
8. 如權(quán)利要求5至7中任一所述的裝置，其特征在于，至少一個(gè)力 傳感器設(shè)置在所述工具頭和所述定位框架之間，從而測(cè)量工具與所述定 位框架之間的軸向力。
9. 如前面權(quán)利要求中任一所述的裝置，其特征在于，所述力框架、 所述工具和/或所述基部可沿至少一個(gè)方向移動(dòng)。
10. 如前面權(quán)利要求中任一所述的裝置，其特征在于，所述裝置是 壓痕裝置。
11. 一種用于控制用于高精度地致動(dòng)至少一個(gè)工具的裝置的系統(tǒng)， 所述裝置包括基部(6)和力框架(13)，所述系統(tǒng)包括-用于消除工具(4)的偏差的裝置；-用于所述基部(6)和/或所述工具(4)的垂直和/或水平移動(dòng)的裝置；-用于控制所述基部(6)、所述工具和/或所述致動(dòng)器(2)的移動(dòng)的控 制電子裝置；其特征在于，用于消除工具(4)的偏差的所述裝置與所述定位框架(14) 物理上脫開。
12. 如前一權(quán)利要求所述的用于控制壓痕裝置的系統(tǒng)，其特征在于， 用于消除工具(4)的偏差的所述裝置包括定位框架(14)和力框架(13)。
13. 如前一權(quán)利要求所述的用于控制壓痕裝置的系統(tǒng)，其特征在于， 至少一個(gè)力傳感器設(shè)置在定位框架(13)與所述工具(4)之間，所述傳 感器與所述控制電子裝置連接。
14. 一種用于高精度地控制壓痕裝置(1)的方法，所述壓痕裝置包 括壓痕工具頭(5)、致動(dòng)器(2)和基部(6)，所述方法包括-使用壓痕工具(4)擠壓工件(7)，以形成模具；-確保壓痕工具頭(5)和致動(dòng)器(2)軸向?qū)R；以及-大致沿著壓痕方向致動(dòng)致動(dòng)器(2)，以消除壓痕工具頭(5)位置的軸向偏差。
15. 如前一權(quán)利要求所述的用于控制壓痕裝置的方法，其特征在于， 軸向?qū)R使用定位框架(14)實(shí)現(xiàn)，所述定位框架(14)與所述壓痕裝 置(1)的所述力框架物理上脫開。
16.如前一權(quán)利要求所述的用于控制壓痕裝置的方法，其特征在于， 所述軸向力通過(guò)設(shè)置在所述壓痕工具和所述定位框架之間的至少一個(gè)力 傳感器測(cè)量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包括力框架(13)和定位框架(14)的壓痕裝置(1)。壓痕工具(5)擠壓在工件(7)中，以形成模具。工件(7)由基部(6)支撐。致動(dòng)器(2)安裝在力框架(13)中。致動(dòng)器(2)和壓痕工具頭(4)通過(guò)桿(3)連接起來(lái)。桿(3)使用柔性(旋轉(zhuǎn))接頭(15)固定到所述壓痕工具(4)和所述致動(dòng)器(2)，以使所述力框架(13)和所述定位框架(14)與力物理上脫開。此外，力傳感器(9)安裝在壓痕工具(4)與定位框架(14)之間。為了使定位框架保持空載，由所述力框架致動(dòng)器(2)給予的平衡力應(yīng)大約等于壓痕力。力傳感器(9)的信號(hào)由控制電子裝置(10)處理?？刂齐娮友b置確定致動(dòng)器(2)的力，使得在力傳感器(9)處測(cè)量的力大約處于零水平。為了使致動(dòng)器(2)、桿(3)和壓痕工具(4)軸向?qū)R，致動(dòng)器(2)跟隨壓痕工具頭(5)的運(yùn)動(dòng)移動(dòng)。
文檔編號(hào)B29C33/38GK101171112SQ200680015125
公開日2008年4月30日 申請(qǐng)日期2006年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月4日
發(fā)明者J·C·范登溫, J·M·M·斯溫克斯, K·T·克勒斯特夫, M·J·J·多納, P·戴克, R·J·W·科納佩恩 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司