CN104792289A - 用于激光切割的测高装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于激光切割的测高装置及方法，所述装置包括底板、设于所述底板上方的移动台机构、探高机构及控制系统，所述移动台机构及探高机构均连接于所述控制系统，所述移动台机构包括相对设于所述底板上的两支撑座、用于放置工件的工作台、零位传感器及驱动组件，所述工作台固定于所述两支撑座之间，所述零位传感器设于所述支撑座上，所述探高机构固定于底板，通过所述驱动组件带动所述工作台相对所述探高机构上下垂直运动。本发明有效解决了现有激光切割机因切割物体高度不同而人为进行重复工艺实验的问题，同时实现了检测信号稳定、结构简单及不损伤被测物体表面。

Description

用于激光切割的测高装置及方法

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，特别涉及一种用于激光切割的测高装置及方法。

背景技术

激光切割是利用高能量密度的激光束对目标作用，使目标表面产生足够的热量，使材料熔化，加之与光束同轴的高压气体直接除去熔化材料，从而达到切割的目的。在半导体工业生产中，对标记的深浅有一定的要求，有的半导体器件在切割过程中不允许穿透保护层，有的要求标记深度在几个微米范围内，这些要求的实现首先需要测定被切割物体的高度。而目前常用的测定方法有机械测量、红外检测、激光检测等这些方法在检测过程中存在信号不稳定、造价高、控制方式复杂等不足，影响最终切割的效果。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于激光切割的测高装置及方法，可解决现有激光切割机因切割物体高度不同而人为进行重复工艺实验的问题，以及现有检测方法信号不稳定、造价高、控制方式复杂等问题。

为达到上述目的，本发明提出了一种用于激光切割的测高装置，用于测量激光切割的工件的高度，所述装置包括底板、设于所述底板上方的移动台机构、探高机构及控制系统，所述移动台机构及探高机构均连接于所述控制系统，所述移动台机构包括相对设于所述底板上的两支撑座、用于放置工件的工作台、零位传感器及驱动组件，所述工作台固定于所述两支撑座之间，所述零位传感器设于所述支撑座上，所述探高机构固定于底板，通过所述驱动组件带动所述工作台相对所述探高机构上下垂直运动。

进一步，在上述的用于激光切割的测高装置中，所述驱动组件包括：连接于控制系统的步进电机、同步带、套设有螺母的丝杆、导轨及滑动连接于所述导轨的导轨座，所述步进电机的输出轴及丝杆的一端均套设有同步带轮，所述同步带套设于所述同步带轮上，所述导轨座固定连接于所述两支撑座，且所述导轨座一端固定连接于所述丝杆的螺母。

进一步，在上述的用于激光切割的测高装置中，所述探高机构包括一端固定于所述底板的探高支板、固定于所述探高支板上的探高支架、测高探头及限位开关，所述限位开关设于所述测高探头的一端，所述测高探头可相对探高支板垂直上下移动。

进一步，在上述的用于激光切割的测高装置中，所述测高探头与限位开关之间留有4~6mm间隙。

进一步，在上述的用于激光切割的测高装置中，所述测高探头中部镶嵌有一方形托盘，该方形托盘一端设有固定有弹簧的圆形凹槽。

进一步，在上述的用于激光切割的测高装置中，所述探高支板上开设于直径5.5mm的圆孔及8×1.5凹槽，所述测高探头放置在该圆孔内可垂直上下移动。

进一步，在上述的用于激光切割的测高装置中，所述探高机构还包括一限位支架，所述限位支架由第一连接件与第二连接件组成，所述第一连接件与第二连接件各开有一长孔，通过该长孔可将第一连接件与第二连接件连接成一体。

进一步，在上述的用于激光切割的测高装置中，所述探高支板为5mm厚L型板，其一端加工直径5.5mm圆孔及8×1.5凹槽，用于放置测高探头及弹簧，另一端加工两处长孔用螺钉与底板连接。

进一步，在上述的用于激光切割的测高装置中，所述控制系统由计算机、运动控制器、驱动器、IO接口组成，其中，所述计算机与运动控制器连接，运动控制器与驱动器连接，驱动器与步进电机连接，运动控制器的IO接口与限位开关、零位传感器连接。

另，本发明还提供一种上述用于激光切割的测高装置的测高方法，包括以下步骤：

步骤S1：装配所述移动台机构及探高机构；

步骤S2：设置所述移动台机构的移动速度及零位位置；

步骤S3：通过控制系统驱动所述移动台机构从零位位置上移至触发限位开关位置，通过控制系统读取移动台机构的移动距离L₀；

步骤S4：将被测工件放置于移动台机构上，通过控制系统驱动所述移动台机构，使得所述被测工件从零位移动至触发限位开关位置，通过控制系统读取移动台机构的移动距离S；

步骤S5：根据以下公式计算被测物体高度：

H=                                                （L0-S）/N；其中，N为检测次数。

本发明用于激光切割的测高装置及方法有效解决了现有激光切割机因切割物体高度不同而人为进行重复工艺实验的问题，同时实现了检测信号稳定、结构简单及不损伤被测物体表面。

附图说明

图1为本发明用于激光切割的测高装置较佳实施例的结构示意图；

图2为图1中移动台机构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

请参阅图1，本发明用于激光切割的测高装置，用于测量激光切割的工件100的表面高度，所述装置包括底板1、设于所述底板1上方的移动台机构2、用于检测工件100表面高度的探高机构3及控制系统4，所述移动台机构2及探高机构3均连接于所述控制系统4，所述移动台机构2包括相对设于所述底板1上的两支撑座21、用于放置工件100的工作台22、零位传感器24及驱动组件，所述工作台22固定于所述两支撑座21之间，所述零位传感器24设于所述支撑座21上，所述探高机构3固定于底板1，通过所述驱动组件带动所述工作台22相对所述探高机构3上下垂直运动。

请参阅图2，所述驱动组件包括：连接于控制系统4的步进电机23、同步带25、套设有螺母272的丝杆27、导轨28及滑动连接于所述导轨28的导轨座29，所述步进电机23的输出轴及丝杆27的一端均套设有同步带轮26，所述同步带25套设于所述同步带轮26上，所述导轨座29固定连接于所述两支撑座21，且所述导轨座29一端固定连接于所述丝杆27的螺母272。这样，通过控制系统4控制所述步进电机23启动输出旋转动力，通过同步带25及同步带轮26的传动，带动丝杆27转动使得所述导轨座29沿导轨28滑动，从而实现了带动所述支撑座21及工作台22相对所述探高机构3上下垂直运动。

所述探高机构3包括一端固定于所述底板的探高支板31、固定于所述探高支板31上的探高支架32、测高探头34及限位开关35，所述限位开关35设于所述测高探头34的一端，所述测高探头34可相对探高支板31垂直上下移动。

所述测高探头34为直径5mm的不锈钢圆棒，其一端头部加工成球状并抛光，另一端与限位开关35连接。

所述测高探头34与限位开关35之间留有4~6mm间隙，所述限位开关35与运动控制器的IO接口连接，通过限位开关35发出的闭合信号，计算机读取电机转速并转化为工作台移动距离。

所述测高探头34中部镶嵌有一方形托盘，该方形托盘一端设有固定有弹簧33的圆形凹槽。

所述探头支架32为3mm厚的U型钢板，其两端加工M5螺孔固定于探高支板31上，所述探高支板31上开设于直径5.5mm的圆孔及8×1.5凹槽。

所述测高探头34放置在该圆孔内可垂直上下移动，由放置在方形托盘及弹簧33使测高探头34在非测量状态下始终处于原位；所述圆孔两侧加工M5螺孔，放置两个M5螺柱36，调整螺柱36高度即可控制测高探头34上升最高位置。

所述探高机构3还包括一限位支架，所述限位支架由第一连接件37与第二连接件38组成，所述第一连接件37与第二连接件38各开有一长孔，通过该长孔可将第一连接件37与第二连接件38连接成一体，可通过调整两长孔孔距确定限位开关35与测高探头34顶部距离。

所述探高支板31为5mm厚L型板，其一端加工直径5.5mm圆孔及8×1.5凹槽（图未示），用于放置测高探头34及弹簧33，另一端加工两处长孔用螺钉39与底板1连接。

所述控制系统4由计算机、运动控制器、驱动器、IO接口组成，其中，所述计算机与运动控制器连接，运动控制器与驱动器连接，驱动器与步进电机23连接，运动控制器的IO接口与限位开关35、零位传感器24连接。

所述底板1为移动台机构2、探高机构3提供安装基准。

另，本发明还提供上述用于激光切割的测高装置的测高方法，包括以下步骤：

步骤S1：装配所述移动台机构2及探高机构3；

在具体实现是，根据移动台机构2移动范围选配导轨、丝杠，调整安装位置保证工作台移动顺畅，选用步进电机，配备运动控制器，该步进电机带动Z向移动工作台做上下垂直移动；设置零位传感器并将零位传感器固定在支撑座21上；

配置大小合适、灵敏度符合要求的限位开关，将测高探头34与限位开关35固定在探高支板31上，所述探高支板31固定在底板1上，其中测高探头34可上下垂直移动，所述限位开关35与运动控制器的IO接口连接；

步骤S2：设置所述移动台机构2的移动速度及零位位置；

在具体实现时，所述移动台机构2带动被检测工件垂直上下移动的速度为V₀；将所述移动台机构2触动零位传感器位置设为计算基准位置（即零位位置）。

步骤S3：通过控制系统4驱动所述移动台机构2从零位位置上移至触发限位开关位置，通过控制系统4读取移动台机构2的移动距离L₀；

步骤S4：将被测工件放置于移动台机构2上，通过控制系统4驱动所述移动台机构2，使得所述被测工件从零位移动至触发限位开关位置，通过控制系统4读取移动台机构2的移动距离S；

步骤S5：根据以下公式计算被测物体高度：

H=（L0-S）/N；其中，N为检测次数。

相比于现有技术，本发明用于激光切割的测高装置及方法有效解决了现有激光切割机因切割物体高度不同而人为进行重复工艺实验的问题，同时实现了检测信号稳定、结构简单及不损伤被测物体表面。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (10)

1.一种用于激光切割的测高装置，用于测量激光切割的工件的高度，其特征在于，所述装置包括底板、设于所述底板上方的移动台机构、探高机构及控制系统，所述移动台机构及探高机构均连接于所述控制系统，所述移动台机构包括相对设于所述底板上的两支撑座、用于放置工件的工作台、零位传感器及驱动组件，所述工作台固定于所述两支撑座之间，所述零位传感器设于所述支撑座上，所述探高机构固定于底板，通过所述驱动组件带动所述工作台相对所述探高机构上下垂直运动。

2.根据权利要求1所述的用于激光切割的测高装置，其特征在于，所述驱动组件包括：连接于控制系统的步进电机、同步带、套设有螺母的丝杆、导轨及滑动连接于所述导轨的导轨座，所述步进电机的输出轴及丝杆的一端均套设有同步带轮，所述同步带套设于所述同步带轮上，所述导轨座固定连接于所述两支撑座，且所述导轨座一端固定连接于所述丝杆的螺母。

3.根据权利要求2所述的用于激光切割的测高装置，其特征在于，所述探高机构包括一端固定于所述底板的探高支板、固定于所述探高支板上的探高支架、测高探头及限位开关，所述限位开关设于所述测高探头的一端，所述测高探头可相对探高支板垂直上下移动。

4.根据权利要求3所述的用于激光切割的测高装置，其特征在于，所述测高探头与限位开关之间留有4~6mm间隙。

5.根据权利要求3所述的用于激光切割的测高装置，其特征在于，所述测高探头中部镶嵌有一方形托盘，该方形托盘一端设有固定有弹簧的圆形凹槽。

6.根据权利要求5所述的用于激光切割的测高装置，其特征在于，所述探高支板上开设于直径5.5mm的圆孔及8×1.5凹槽，所述测高探头放置在该圆孔内可垂直上下移动。

7.根据权利要求3所述的用于激光切割的测高装置，其特征在于，所述探高机构还包括一限位支架，所述限位支架由第一连接件与第二连接件组成，所述第一连接件与第二连接件各开有一长孔，通过该长孔可将第一连接件与第二连接件连接成一体。

8.根据权利要求3所述的用于激光切割的测高装置，其特征在于，所述探高支板为5mm厚L型板，其一端加工直径5.5mm圆孔及8×1.5凹槽，用于放置测高探头及弹簧，另一端加工两处长孔用螺钉与底板连接。

9.根据权利要求1所述的用于激光切割的测高装置，其特征在于，所述控制系统由计算机、运动控制器、驱动器、IO接口组成，其中，所述计算机与运动控制器连接，运动控制器与驱动器连接，驱动器与步进电机连接，运动控制器的IO接口与限位开关、零位传感器连接。

10.一种如权利要求1~9任一项所述的用于激光切割的测高装置的测高方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤S1：装配所述移动台机构及探高机构；

步骤S2：设置所述移动台机构的移动速度及零位位置；

步骤S3：通过控制系统驱动所述移动台机构从零位位置上移至触发限位开关位置，通过控制系统读取移动台机构的移动距离L₀；

步骤S4：将被测工件放置于移动台机构上，通过控制系统驱动所述移动台机构，使得所述被测工件从零位移动至触发限位开关位置，通过控制系统读取移动台机构的移动距离S；

步骤S5：根据以下公式计算被测物体高度：

/N；其中，N为检测次数。