CN102509600A - 直滑式导塑电位器激光修刻机及修刻方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直滑式导塑电位器激光修刻机及修刻方法，利用激光加工技术对电位器的导电塑料薄膜表面进行加工处理，从而提高电位器的线性度以满足工业应用要求。本修刻机主要由夹具、运动执行机构和激光器部分组成。夹具能够对待加工的电位器进行准确可靠的定位与固定；运动执行机构分为相互独立的两部分，一部分能够带动电位器电刷运动，另一部分带动激光器在一个平面上的运动，实现闭环控制连续操作，并使得修刻与测量更加灵活及方便。该机构能够可靠的完成直滑式导塑电位器激光修刻工作，并避免了离散修刻时间过长的缺点，修刻后的电位器线性度满足精度要求。

Description

直滑式导塑电位器激光修刻机及修刻方法

技术领域

本发明涉及一种直滑式导塑电位器，具体是一种对直滑式导塑电位器线性度的修整技术，即一种直滑式导塑电位器连续式激光修刻机及修刻方法。

背景技术

直滑式导塑电位器作为传感器在航空航天、工业机器人、汽车电子等领域有广泛应用。其线性精度对设备的工作有直接影响，因而十分重要。电位器导电塑料基体一般是由浆料喷涂或膜压的方法加工而成。由于生产工艺水平的局限，电位器的线性精度通常难以满足工业应用要求，因此必须对电位器作进一步的修刻工序，用以将线性度较差的电位器精度提高到要求的标准。目前完成该工序的方法主要有两种：一是人工修刻，生产效率低下且强度大，浪费人力，加工合格率不高；二是采用高速铣刀自动修刻。

经对现有技术的文献检索发现，哈尔滨工业大学的王广林教授等在2001年5月的《组合机床与自动化加工技术》中发表的《精密碳膜电位计自动修刻技术和系统的研究》中，即采用了高速铣刀加工的方法，另外，国内2008年的专利《一种电位器修刻机》(200820141010.7)所涉及的修刻装置也是如此。这类方法的不足在于只能采用开环控制，因此线性度误差通常在千分之一以上，修刻精度有待提高。

激光加工技术作为一种新型加工技术，具有加工质量好、精度高、非接触加工、易实现自动化的优点，因此已被广泛应用在许多领域。若采用激光离散修刻方法，虽然系统简单，但需要的时间较长，难以满足电位器生产的效率要求。因此本设备采用激光技术及连续修刻方法，提高了自动化水平，缩短了修刻时间，加工精度和效率较高，有利于降低生产成本，满足当前市场需求。

发明内容

本发明要解决的问题是克服现有技术中存在的效率低及质量不高的缺点，设计一种自动化程度高的直滑式导塑电位器激光修刻机及修刻方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述的直滑式导塑电位器激光修刻机，包括三个部分：用于夹持工件的夹具、运动执行机构及激光器部分。

所述运动执行机构包含三条直线导轨运动机构，两条相同且平行，但高低位置不同，第三条为短程导轨，与另外两条正交；在平行的两条直线导轨中，第一条导轨处于高位，第二条导轨处于低位且其滑块与电位器的拉杆连接，可以控制电位器电刷的沿着电位器的纵向方向来回移动。激光器安装在第三条直线导轨机构上，可以沿该导轨移动；激光器发出红外激光，在导轨上运动的过程中对电位器的导电塑料薄膜上的特定区域扫描，可以改变该区域的电阻曲线。在整个纵向行程上，可对任意区域的阻值进行修改，最终达到整体线性度提高的目的。

本发明中，所述运动执行机构实现三个运动，其一是沿着电刷移动方向的纵向直线运动，用于控制电刷的移动；其二是与电刷移动方向垂直的横向运动，用于控制激光器的光点位置的横向移动；第三是与电刷移动方向平行的纵向直线运动，用于控制激光器的光点位置的纵向移动。第一个运动实现了电阻值的实时检测，后两个运动实现了直滑式导塑电位器的连续修刻，避免了离散修刻时间过长的缺点。

本发明中，运动执行机构的纵向直线运动部分采用直线导轨，由交流伺服电机驱动。直线导轨将电机的旋转运动转变为滑块的直线运动，其行程可以保证能够测试多种规格的直线电位器。横向运动部分同样采用直线导轨，行程较短但可以保证修刻宽度需要。处于低位的直线导轨的滑块上有连接块与电位器的拉杆连接，能够带动电刷沿直线运动。

本发明中，所述夹具部分能够将电位器准确可靠的装夹在加工平台的相应位置处。工件的夹紧仅靠侧面方向上的力实现，推拉式快速夹钳能够将水平夹紧块沿着两条导轨的方向向内推动。

本发明中，所述电位器的拉杆呈螺纹状，可以利用两个螺母夹紧一片拉杆连接板，再通过连接板与运动执行机构相连，这样就可以实现电刷的运动；电位器导线与设备的信号采样部分连接是通过快速电线夹实现的。

本发明中，控制电刷纵向移动的运动和控制激光器光点位置纵向移动的运动是相互独立的，分别由两条平行的直线导轨完成，因此在修刻过程中也随时可以测量电位器任意位置的电阻值。

本发明中，短程直线导轨机构通过安装板与第一条直线导轨机构的滑块连接，因此激光器可以随其在电位器纵向上移动，同时也可作横向移动，合成为平面运动。

本发明中，激光器安装板与短程直线导轨机构的滑块连接，使得激光器部分可以随该滑块作平动，保证了修刻过程中激光器焦点水平高度不变。

本发明利用激光加工技术和直线导轨将待修刻的不合格电位器的线性度提高到要求的精度，其工作方式是：首先将电位器装夹在平台的夹具处，用快速夹钳将电位器从侧向夹紧，电位器的导线夹在相应接口处，拉杆末端与处于低位的运动执行部分固连；该部分在电机驱动下，带动电位器电刷作纵向移动；激光器光点与电刷水平位置一致，激光器随短程直线导轨机构一起，在处于高位的直线导轨上作纵向移动，同时也可以在此机构上作横向移动，激光沿着电阻表面进行横向及纵向合成移动修刻。

采用上述结构，本发明提供一种直滑式导塑电位器激光修刻方法，包括如下步骤：

第一步，将待修刻的电位器放在工位处，利用快速夹钳将电位器固定；

第二步，然后启动运动执行机构，低位直线导轨带动电刷移动，将该电位器的实际电阻线性度测试出来，系统会根据实际电阻情况计算出一条理论的电阻曲线；

第三步，低位直线导轨带动电刷复位后重新开始移动，高位直线导轨带动激光器随其后进入修刻区域，采用实时闭环控制的方法，保证已修刻区域的电阻曲线与理论曲线吻合，直至完成整个行程。在修刻的过程中，也可以根据需要测量电位器任意位置的电阻值。然后再将全行程的电阻值测试一遍，得出修刻后的线性度值；

第四步，最后松开快速夹钳，将电位器从工位处取下，从而完成了该电位器的修刻工作。

综上所述，本发明的有益效果是：本发明由于使用了正交的两条直线导轨，激光器的运动能够包络一个平面。激光器的光斑打在电位器的导电塑料薄膜上，在激光器的平面运动下，光斑可以在导电塑料薄膜上形成连续的轨迹，避免了离散修刻时间过长的缺点。本发明通过实现直滑式导塑电位器线性度修刻这一环节的自动化和连续化，并且在修刻中保证激光器焦点高度始终与电位器电刷水平位置一致，提高了生产效率和加工精度，降低了生产成本，满足日益扩大的市场需求。

附图说明

图1为本发明实施例中修刻机俯视图；

图2为本发明实施例中修刻机主视图；

附图中的标记如下：

1.第一伺服电机，2.第二伺服电机，3.激光器，4.导轨安装板，5.第三伺服电机，6.第一直线导轨，7.第二直线导轨，8.第三直线导轨，9.简易滑轨，10.夹紧块，11.电位器螺杆连接件，12.快速夹钳，13.电位器，14.快速电线夹，15.设备安装板。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1、图2所示，本实施例提供一种直滑式导塑电位器连续式激光修刻机，主要由三部分组成：夹具、运动执行机构和激光器部分，三个部分都固定在修刻机安装板15上。

本实施例中，所述运动执行机构包括第一伺服电机1、第二伺服电机2、导轨安装板4、第三伺服电机5、第一直线导轨6(短程直线导轨)、第二直线导轨7和第三直线导轨8；

本实施例中，所述夹具包括简易滑轨9、夹紧块10、电位器螺杆连接件11、快速夹钳12及快速电线夹14；

本实施例中，所述激光器部分包括激光器3及激光器安装板。

本实施例中，所述运动执行机构产生三个运动：一个是第二直线导轨7由第一伺服电机1驱动带动导轨安装板4、第三伺服电机5、短程直线导轨6及激光器部分作纵向直线运动，第二个是第三直线导轨8由第二伺服电机2驱动带动电位器电刷作纵向直线运动，第三个是激光器3在直线导轨6上受第三伺服电机5驱动进行的横向运动。

本实施例中，所述第一伺服电机1位于第二直线导轨7的左端，能够驱动第二直线导轨7的滑块沿着直线移动；同样地，第二伺服电机2位于第三直线导轨8的左端，能够驱动第三直线导轨8的滑块沿着直线移动；短程直线导轨6及其第三伺服电机5通过导轨安装板4连接在第二直线导轨7的滑块上，激光器部分连接在直线导轨6的滑块上，随其运动；红外激光照射在电位器13的导电塑料薄膜上，激光器3在直线导轨6上横向移动同时也在第二直线导轨7上纵向移动，光斑会在薄膜上作平面运动，修刻某一区域；快速夹钳12能够将夹紧块10向内推动将电位器13固定好，夹紧块10固定在两条平行的简易滑轨8上，能够提高夹紧块10移动的平行度，并方便操作；快速电线夹14放置在电位器13的端部，可以方便快捷的将电位器13的电线与系统相连。

本实施例中，利用简易滑轨9与手拧螺钉配合，该设备可以固定多种规格的电位器螺杆，因此能够加工多种规格的电位器。

利用上述结构实现直滑式导塑电位器激光修刻方法，具体为：

在进行电位器修刻时，首先将电位器13放在夹具部分的相应位置处，利用快速夹钳12推动夹紧块10将电位器13从侧面夹紧，将电位器螺杆连接件11与电位器13固定，然后将电位器13的三个导线分别夹在快速电线夹14的相应孔内，完成装夹工作；

然后在第二伺服电机2的驱动下，第三直线导轨8带动电刷从起始位置开始测量，计算出电位器13的实际阻值情况及线性度，系统会相应的找到一条理论曲线，能够将电位器13的线性度提高到要求的精度；

电刷回复到起始位置重新开始运动，随后激光器3也会在导轨6上经电机5驱动而作横向移动，同时也随导轨7的滑块进行纵向移动，激光器光斑会在电位器导电塑料薄膜上作合成运动，烧刻出轨迹，采用闭环控制的方法直至整体电阻曲线与理论曲线吻合；然后再测试一遍电位器13修刻后的线性度；

最后松开快速夹钳12，夹紧块10弹出，并松开电位器螺杆连接件11，将电位器13取出，从而完成整个电位器13的线性度修刻工作。

本实施例利用红外激光器对电位器导电塑料表面进行加工处理，在一定区域内将电阻曲线修正至与理论阻值曲线吻合，从而提高电位器整体的线性度。

从上述实施例可以看出，本发明由于使用了正交的两条直线导轨，激光器的运动能够包络一个平面。激光器的光斑打在电位器的导电塑料薄膜上，在激光器的平面运动下，光斑可以在导电塑料薄膜上形成连续的轨迹，避免了离散修刻时间过长的缺点。本发明通过实现直滑式导塑电位器线性度修刻这一环节的自动化和连续化，并且在修刻中保证激光器焦点高度始终与电位器电刷水平位置一致，提高了生产效率和加工精度。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种直滑式导塑电位器激光修刻机，由用于夹持工件的夹具、运动执行机构及激光器部分组成，其特征在于：所述运动执行机构包含三条直线导轨运动机构，两条相同且平行，但高低位置不同，第三条为短程导轨，与另外两条正交；在平行的两条直线导轨中，第一条导轨处于高位，第二条导轨处于低位且其滑块与电位器的拉杆连接，控制电位器电刷的沿着电位器的纵向方向来回移动；所述激光器安装在第三条直线导轨机构上，沿该导轨移动；激光器发出红外激光，在导轨上运动的过程中对电位器的导电塑料薄膜上的区域扫描，改变该区域的电阻曲线。

2.根据权利要求1所述的直滑式导塑电位器激光修刻机，其特征是：所述运动执行机构实现三个运动，其一是沿着电刷移动方向的纵向直线运动，用于控制电刷的移动；其二是与电刷移动方向垂直的横向运动，用于控制激光器的光点位置的横向移动；第三是与电刷移动方向平行的纵向直线运动，用于控制激光器的光点位置的纵向移动。

3.根据权利要求2所述的直滑式导塑电位器激光修刻机，其特征是：所述控制电刷纵向移动的运动和控制激光器光点位置纵向移动的运动是相互独立的，分别由两条平行的直线导轨完成，在修刻过程中随时可测量电位器任意位置的电阻值。

4.根据权利要求1所述的直滑式导塑电位器激光修刻机，其特征是：所述短程直线导轨机构通过安装板与第一条直线导轨机构的滑块连接，激光器随其在电位器纵向上移动，同时也可作横向移动，合成为平面运动。

5.根据权利要求1所述的直滑式导塑电位器激光修刻机，其特征是：所述夹具从侧向上将电位器固定，所述夹具设有快速夹钳，夹紧力通过推动快速夹钳实现的。

6.根据权利要求1所述的直滑式导塑电位器激光修刻机，其特征是：所述电位器拉杆的固定是靠两个螺母夹紧一片连接板，连接板与低位直线导轨的滑块固定实现的。

7.根据权利要求1或6所述的直滑式导塑电位器激光修刻机，其特征是：所述电位器的导线端附近有快速电线夹，将电位器的三根导线与设备的信号采样部分相连。

8.根据权利要求1所述的直滑式导塑电位器激光修刻机，其特征是：所述激光器安装板与短程直线导轨机构的滑块连接，激光器可随该滑块作平动。

9.一种采用权利要求1-8任一项所述激光修刻机的直滑式导塑电位器激光修刻方法，包括如下步骤：

第一步，将待修刻的电位器放在工位处，利用快速夹钳将电位器固定；

第二步，然后启动运动执行机构，低位直线导轨带动电刷移动，将该电位器的实际电阻线性度测试出来，系统会根据实际电阻情况计算出一条理论的电阻曲线；

第三步，低位直线导轨带动电刷复位后重新开始移动，高位直线导轨带动激光器随其后进入修刻区域，采用实时闭环控制的方法，保证已修刻区域的电阻曲线与理论曲线吻合，直至完成整个行程；然后再将全行程的电阻值测试一遍，得出修刻后的线性度值；

第四步，最后松开快速夹钳，将电位器从工位处取下，从而完成了该电位器的修刻工作。

10.根据权利要求9所述的直滑式导塑电位器激光修刻方法，其特征是：在修刻的过程中，根据需要测量电位器任意位置的电阻值。

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