CN103072384A - 平面微调装置及安装有该装置的激光打标机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平面微调装置及安装有该装置的激光打标机，涉及精密机械的平面调整设备技术领域，平面微调装置包括调节板和固定板，固定板与调节板通过三组呈三角形分布的支撑组件上下连接在一起，三组支撑组件中，一组为固定支撑组件，另外两组为调节支撑组件。该平面微调装置以简单的结构和低廉的成本，利用“不共线三点确定一个平面”的原理，实现了在两个平面之间进行平行度或倾斜度的精密调节而且简便易行，将该平面微调装置应用于激光打标机，在成本略有增加的情况下，可大大提高打标精度和打标质量，从而进一步提升产品的性价比和市场竞争力。

Description

平面微调装置及安装有该装置的激光打标机

技术领域

本发明涉及精密机械的平面调整技术领域，特别涉及一种平面微调装置及安装有该装置的激光打标机。

背景技术

在机械设备中，机械零部件加工和装配精度是机械产品的一项重要指标，很大程度上影响着机械产品的质量。为了保证机械产品的质量，需要设定合适的精度要求。在精密机械设备中，对零部件间平面位置精度通常有较高的精度要求，包括平面平行度和倾斜度。

激光打标机属于高精密设备，其打标机头固定在工作平台上部，打标机头包括激光发生器，激光发生器连接振镜，振镜连接平面场镜，打标工件放置在工作平台上。对工件进行打标时，需要保证平面场镜与打标工件的打标基准面的平行度。平面场镜与基准面的平行度直接影响激光打标的打标精度和质量。如果平面场镜与基准面处于面平行，则打标质量好、精度高；反之，则打标质量差、精度低。

激光打标机的平面场镜和基准面的平行度由零件加工精度和零部件装配精度来保证。在零件加工精度保证经济性的前提下，平面场镜和基准面的平行度就只能通过零部件的装配精度来保证。目前，市售的激光打标机的打标机头装配完成后均很难再进行位置调节，对平面场镜与基准面的平行度的调整的操作可行性差，调节精度低，很难保证平面场镜与打标基准面的平行度在要求的精度范围内，进而难以保证激光打标机的打标精度和质量。

发明内容

基于以上不足，本发明所要解决的第一个技术问题是：提供一种平面微调装置，该平面微调装置以简单的结构和低廉的成本为在两个平面之间进行平行度或倾斜度的精密调节提供了更多的便利性。

基于一个总的发明构思，本发明所要解决的第二个技术问题是：提供一种激光打标机，此激光打标机可以在平面场镜与基准面之间进行平行度或倾斜度的精密调节，以提高打标精度和打标质量。

为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是：平面微调装置，它包括：调节板和固定板，所述调节板与所述固定板通过三组呈三角形分布的支撑组件上下连接在一起，所述三组支撑组件中，一组为固定支撑组件，另外两组为调节支撑组件；所述固定板上设有一个用于安装所述固定支撑组件的安装孔以及两个分别用于安装所述两组调节支撑组件的阶梯状沉孔，在所述的两个沉孔中，一个为第一沉孔，另一个为第二沉孔，在与所述安装孔或所述沉孔相垂直的平面上，所述第一沉孔与所述安装孔中心连线的延伸方向为X向，垂直于所述X向的方向为Y向；所述固定支撑组件包括一垂直于所述固定板安装的球头支柱，所述球头支柱的球头端与所述调节板球面铰接，另一端固定连接于所述固定板的安装孔上；所述调节支撑组件包括一个垂直于所述固定板安装的球头调节螺柱和一个配合安装于其上的阶梯柱状螺母套，所述球头调节螺柱的球头端与所述调节板球面铰接，所述螺母套约束安装于所述沉孔内，安装于所述第一沉孔内的螺母套具有沿X向移动的自由度，安装于所述第二沉孔内的螺母套具有沿Y向和平行于X向移动的自由度。

作为一种优选方式，所述螺母套为阶梯圆柱状，所述沉孔为阶梯圆孔状，所述螺母套的外周面与所述沉孔侧壁之间具有环形间隙，所述第一沉孔的侧壁上开设有一个径向延伸的第一限位槽，所述第二沉孔的侧壁上开设有一个径向延伸的第二限位槽，所述螺母套的大头端设有配合安装于所述第一限位槽或第二限位槽内的凸出部，所述第一限位槽沿X向延伸并与相应的螺母套的凸出部之间具有X向上的调整间隙，所述第二限位槽沿Y向延伸并与相应的螺母套的凸出部之间具有Y向上和平行于X向上的调整间隙。

作为另一种优选方式，所述螺母套为大头为方小头为圆的阶梯柱状，所述沉孔为大孔为方小孔为圆的阶梯孔形，所述螺母套的小头端与所述沉孔内壁之间具有环形间隙，所述第一沉孔的方孔部沿X向延伸并与相应的螺母套的大头端之间具有X向上的调整间隙，所述第二沉孔的方孔部沿Y向延伸并与相应的螺母套的大头端之间具有Y向上和平行于X向上的调整间隙。

为解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是：一种激光打标机，包括打标机头，所述打标机头包括激光发生器，所述激光发生器下部安装有上述平面微调装置。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：由于在固定支撑组件中，其球头支柱的球头端与调节板球面铰接，另一端与固定板固定连接，因此球头支柱所对应的调节板处的高度在整个调整过程中保持不变。调节位于第一沉孔内的第一球头调节螺柱，使其球头端的高度发生变化，进而调节与之对应的调节板处的高度，借助于水平尺等测量工具，使调节板在X向上达到规定的精度要求，完成“线调平”，在此过程中，调节板绕球头支柱的球头端转动，第一球头调节螺柱在X向上平动，位于第二沉孔内的第二球头调节螺柱产生相对于第一球头调节螺柱方向的平动，这个平动是X向和Y向位移的叠加。调节第二球头调节螺柱，其球头端的高度发生变化，进而调节与之对应的调节板处的高度，使调节板在整个面上达到规定的精度要求，完成“面调平”，在此过程中，调节板绕第一球头调节螺柱的球头端与球头支柱的球头端的中心连线转动，第二球头调节螺柱在Y向上平动。通过以上分析可以看出，本发明通过简单的结构和低廉的成本，利用“不共线三点确定一个平面”的原理，实现了在两个平面之间进行平行度或倾斜度的精密调节而且简便易行，将该平面微调装置应用于激光打标机，在成本略有增加的情况下，可大大提高打标精度和打标质量，从而进一步提升产品的性价比和市场竞争力。

附图说明

图1是本发明第一实施例的爆炸结构示意图；

图2是图1中固定板的俯视图；

图3是本发明第一实施例沿X向的剖视图；

图4是本发明第一实施例的机构运动简图；

图5是本发明第一实施例中第一螺母套与第一沉孔的安装结构示意图；

图6是本发明第一实施例中第二螺母套与第二沉孔的安装结构示意图；

图7是本发明第二实施例中第一螺母套与第一沉孔的安装结构示意图；

图8是本发明第二实施例中第二螺母套与第二沉孔的安装结构示意图；

图9本发明第三实施例的结构示意图。

图中：1、平面微调装置，101、锁紧块，102、盘头螺钉，103、紧定螺钉，11、固定板，111、安装孔，112a、第一沉孔，112b、第二沉孔，1121a、第一限位槽，1121b、第二限位槽，113、紧定螺钉孔，12、调节板，13、固定支撑组件，131、球头支柱，14a、第一调节支撑组件，14b、第二调节支撑组件，141a、第一球头调节螺柱，141b、第二球头调节螺柱，142a、第一螺母套，142b、第二螺母套，1421a、第一凸出部，1421b、第二凸出部，143、滚珠，144、螺母，2、打标机头，21、平面场镜，22、激光发生器，23、振镜，3、基准面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。

第一实施例：

图1～图6公开了一种平面微调装置，它包括用于与精密设备相连接的调节板12和用于与机架固定连接的固定板11，调节板12位于固定板11的上部，固定板11与调节板12通过三组呈三角形分布的支撑组件连接在一起，三组支撑组件中，一组为固定支撑组件13，另外两组为调节支撑组件，分别为第一调节支撑组件14a和第二调节支撑组件14b。

如图1所示，固定支撑组件13包括一球头支柱131，调节板12上设有与球头支柱131的球头端相适配的半球面凹坑，锁紧块101通过四个盘头螺钉102固定于调节板12的下方，从而使球头支柱131的球头端与调节板12球面铰接，实现了绕球心的万向转动，这种球面铰接结构也被应用到了第一调节支撑组件14a和第二调节支撑组件14b与调节板12的连接中，并起到了同样的作用。当然，为了达到同样的目的，也可采用本领域普通技术人员所熟知的其它球面铰接结构。

球头支柱131的另一端与固定板11上的安装孔111（如图2所示）螺纹连接，从而使球头支柱131垂直并固定安装于固定板11上。安装孔111也可以是光孔，然后通过螺母将球头支柱131固定于固定板11上。

第一调节支撑组件14a和第二调节支撑组件14b的结构相同，以下仅具体阐述第一调节支撑组件14a的结构，但为了描述方便，仍将第一调节支撑组件14a和第二调节支撑组件14b以及其组成部分分别命名并采用不同的附图标记（参见附图说明）。

如图1和图3共同所示，第一调节支撑组件14a包括第一球头调节螺柱141a和配合安装于其上的第一螺母套142a，第一球头调节螺柱141a的球头端与调节板12球面铰接，为了便于使用螺丝刀或专用调节手柄对第一球头调节螺柱141a进行旋转调节，第一球头调节螺柱141a最好伸出第一螺母套142a外。

第一螺母套142a为阶梯圆柱状，其外周面与第一沉孔112a（参见图2）的侧壁之间具有环形间隙，以允许第一螺母套142a可以在第一沉孔112a内做轻微的移动。第一螺母套142a大头端的台阶面与第一沉孔112a（参见图2）的台阶面相适配，大头端的台阶面与第一沉孔112a的台阶面之间设有若干滚珠143，滚珠143被嵌入大头端的半圆凹坑内或环形凹槽内，这样，第一螺母套142a就顶靠在第一沉孔112a的台阶面上，当受到侧向力时就可以做轻微的滑动。如果去掉滚珠143，将第一螺母套142a大头端的台阶面直接顶靠在第一沉孔112a的台阶面上，虽然也可以完成调节作业，但由于摩擦阻力的影响，调节会变得费力，也会增大相应接触面之间的磨损，降低使用寿命。

图2示出了固定板11的俯视结构。阶梯圆孔状的第一沉孔112a的侧壁上开设有一个沿径向延伸的第一限位槽1121a，同样，第二沉孔112b的侧壁上也开设有一个沿径向延伸的第二限位槽1121b，为了方便起见，定义：在与安装孔111或沉孔相垂直的平面上，第一沉孔112a与安装孔111中心连线的延伸方向为X向，垂直于所述X向的方向为Y向。

如图1和图5所示，第一螺母套142a的大头端设有配合安装于第一限位槽1121a内的第一凸出部1421a，第一限位槽1121a沿X向延伸并与第一凸出部1421a之间具有X向上的调整间隙。

如图1和图6所示，第二螺母套142b的大头端设有配合安装于第二限位槽1121b内的第二凸出部1421b，第二限位槽1121b沿Y向延伸并与第二凸出部1421b之间具有Y向上和平行于X向上的调整间隙。

参见图4并结合图3、图5和图6，进一步分析该平面微调装置的工作原理：

由于在固定支撑组件中，其球头支柱131的球头端与调节板12球面铰接，另一端与固定板11固定连接，因此球头支柱131所对应的调节板12处的高度在整个调节过程中保持不变。

转动第一球头调节螺柱141a，由于第一凸出部1421a设置于第一限位槽1121a内，限制了第一螺母套142a的转动，所以第一球头调节螺柱141a在转动的同时会沿轴向移动，使其球头端的高度发生变化，进而调节与之对应的调节板12处的高度，在此过程中，调节板12绕球头支柱131的球头端转动，由于第一凸出部1421a受到第一限位槽1121a的约束，在调节板12的带动下，第一调节支撑组件14a沿X向移动，此时，第二调节支撑组件14b也在调节板12的带动下，向第一调节支撑组件14a方向平动，这个运动较为复杂，可简化为X向和Y向位移的叠加，这也是第二限位槽1121b与第二凸出部1421b之间具有Y向上和平行于X向上调整间隙的原因。借助于水平尺等测量工具，反复调节，可使调节板12在X向上达到相对于水平面的平行度要求，如果借助于高度尺等测量工具，则可以使调节板12在X向上达到相对于基准面的平行度要求，完成“线调平”。

“线调平”后，进一步调整第二球头调节螺柱141b，进而完成“面调平”。具体步骤是，旋转第二球头调节螺柱141b，由于第二凸出部1421b设置于第二限位槽1121b内，当第二凸出部1421b卡到第二限位槽1121b的侧壁时，第二螺母套142b的转动受到限制，此时，第二球头调节螺柱141b在绕自身轴线转动的同时会沿轴向移动，使其球头端的高度发生变化，进而调节与之对应的调节板12处的高度，在此过程中，调节板12绕第一球头调节螺柱141a的球头端与球头支柱131的球头端的中心连线转动，第二调节支撑组件14b在调节板12的带动下，做近似沿Y向的平动。同样的，借助于水平尺等测量工具，反复调节，可使调节板12在整个平面上达到相对于水平面的平行度要求，如果借助于高度尺等测量工具，则可使调节板12在整个平面上达到相对于基准面的平行度要求，从而完成“面调平”。

由于平行度与倾斜度从原理上说是一致的，如果借助标准角度量规，则倾斜度问题便转变成了平行度问题，因此，本发明也适用于在两平面之间进行倾斜度微调。

为了保持调整后的稳定性，本发明还采用了一些实用结构。如图1和图2所示，固定板11上设有紧定螺钉孔113，其上设有紧定螺钉103，紧定螺钉103用于对第一凸出部1421a进行紧定锁紧。如图1和图3所示，第一螺母套142a和第二螺母套142b的小头端上均设有外螺纹，所述小头端伸出沉孔外并通过一螺母144锁紧，螺母144不应对固定板11施加锁紧力，只需贴靠固定板11的底面即可。

另外，包括螺母套上的内螺纹和外螺纹，都应优先考虑细牙螺纹，细牙螺纹螺距小，升角小，可以实现对调节板12的微调，同时，细牙螺纹自锁性好，可以保证球头调节螺柱与螺母套之间的自锁性，保证调节精度。

第二实施例：

一种平面微调装置，其结构与第一实施例基本相同相同，不同之处在于，螺母套与沉孔的形状。如图7和图8所示，第一螺母套142a和第二螺母套142b均为大头为方小头为圆的阶梯柱状，类似于一种T型螺母，第一沉孔112a和第二沉孔112b均为大孔为方小孔为圆的阶梯孔形，螺母套的小头端与相应的沉孔内壁之间具有环形间隙，所述第一沉孔112a的方孔部沿X向延伸并与第一螺母套142a的大头端之间具有X向上的调整间隙，第二沉孔112b的方孔部沿Y向延伸并与第二螺母套142b的大头端之间具有Y向上和平行于X向上的调整间隙。螺母套的大头端之所以设置成方形（该方形不仅包括正方，还应包括矩形、近似矩形等形状），主要是给螺母套的移动提供导向作用，与第一实施例中的凸出部作用一致。其工作原理与第一实施例相同，在此不做赘述。

通过上述两个实施例，可以进一步看出，不管螺母套和沉孔的形状如何变化，都必须将螺母套约束安装于沉孔内，而且，安装于第一沉孔内的螺母套具有沿X向移动的自由度，安装于第二沉孔内的螺母套具有沿Y向和平行于X向移动的自由度。

第三实施例：

一种激光打标机，是上述实施例中公开的平面微调装置的具体应用。如图7所示，它包括打标机头2，打标机头2包括激光发生器22，激光发生器22器连接有振镜23，振镜23连接有平面场镜21，激光发生器22下部安装有平面微调装置1。

使用时，将平面微调装置1的固定板11固定在需要安装打标机头2的机架上，然后将激光发生器22固定安装在平面微调装置1的调节板12上，通过平面微调装置可以对平面场镜21与基准面3之间的平行度进行微调，精度可达到0.05mm。对于激光打标机而言，通过设置平面微调装置，在成本略有增加的情况下，可大大提高打标精度和打标质量，从而进一步提升产品的性价比和市场竞争力。

本发明不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.平面微调装置，其特征在于，包括：

调节板和固定板，所述调节板与所述固定板通过三组呈三角形分布的支撑组件上下连接在一起，所述三组支撑组件中，一组为固定支撑组件，另外两组为调节支撑组件；

所述固定板上设有一个用于安装所述固定支撑组件的安装孔以及两个分别用于安装所述两组调节支撑组件的阶梯状沉孔，在所述的两个沉孔中，一个为第一沉孔，另一个为第二沉孔，在与所述安装孔或所述沉孔相垂直的平面上，所述第一沉孔与所述安装孔中心连线的延伸方向为X向，垂直于所述X向的方向为Y向；

所述固定支撑组件包括一垂直于所述固定板安装的球头支柱，所述球头支柱的球头端与所述调节板球面铰接，另一端固定连接于所述固定板的安装孔上；

所述调节支撑组件包括一个垂直于所述固定板安装的球头调节螺柱和一个配合安装于其上的阶梯柱状螺母套，所述球头调节螺柱的球头端与所述调节板球面铰接，所述螺母套约束安装于所述沉孔内，安装于所述第一沉孔内的螺母套具有沿X向移动的自由度，安装于所述第二沉孔内的螺母套具有沿Y向和平行于X向移动的自由度。

2.根据权利要求1所述的平面微调装置，其特征在于，所述螺母套为阶梯圆柱状，所述沉孔为阶梯圆孔状，所述螺母套的外周面与所述沉孔侧壁之间具有环形间隙，所述第一沉孔的侧壁上开设有一个径向延伸的第一限位槽，所述第二沉孔的侧壁上开设有一个径向延伸的第二限位槽，所述螺母套的大头端设有配合安装于所述第一限位槽或第二限位槽内的凸出部，所述第一限位槽沿X向延伸并与相应的螺母套的凸出部之间具有X向上的调整间隙，所述第二限位槽沿Y向延伸并与相应的螺母套的凸出部之间具有Y向上和平行于X向上的调整间隙。

3.根据权利要求1所述的平面微调装置，其特征在于，所述螺母套为大头为方小头为圆的阶梯柱状，所述沉孔为大孔为方小孔为圆的阶梯孔形，所述螺母套的小头端与所述沉孔内壁之间具有环形间隙，所述第一沉孔的方孔部沿X向延伸并与相应的螺母套的大头端之间具有X向上的调整间隙，所述第二沉孔的方孔部沿Y向延伸并与相应的螺母套的大头端之间具有Y向上和平行于X向上的调整间隙。

4.根据权利要求1至3任一权利要求所述的平面微调装置，其特征在于，所述螺母套与所述沉孔的台阶面之间设有若干滚珠。

5.根据权利要求1至3任一权利要求所述的平面微调装置，其特征在于，所述螺母套的小头端上设有外螺纹，所述小头端伸出所述沉孔并通过一螺母锁紧。

6.根据权利要求2所述的平面微调装置，其特征在于，所述固定板上设有用于锁定位于所述第一限位槽内螺母套的凸出部的紧定螺钉。

7.激光打标机，包括打标机头，所述打标机头包括激光发生器，其特征在于，所述激光发生器下部安装有权利要求1、2、3或6所述的平面微调装置。

8.激光打标机，包括打标机头，所述打标机头包括激光发生器，其特征在于，所述激光发生器下部安装有权利要求4所述的平面微调装置。

9.激光打标机，包括打标机头，所述打标机头包括激光发生器，其特征在于，所述激光发生器下部安装有权利要求5所述的平面微调装置。

Images