CN104959737A - 应用于激光微加工的样品恒压夹持装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种应用于激光微加工的样品恒压夹持装置，其包括：一对横向导轨和左、右固定板；可滑动地支撑在横向导轨上的左、右主杆，其中心处分别设有左、右样品夹持块；可滑动地支撑在横向导轨上的左、右副杆；左施压组件，包括与所述左主杆和左副杆连接的左主弹簧、左副弹簧和左滑轮组；右施压组件，包括与所述右主杆和右副杆连接的右主弹簧、右副弹簧和右滑轮组。通过调节所述左右主弹簧、所述左右副弹簧、以及所述左右滑轮组中的牵引绳的长度，可以将所述左、右样品夹持块的夹持力设定为预定大小，且该力的大小与样品的大小无关。本发明的装置能对不同尺寸的待加工样品施加恒定夹持力，特别适合于激光微加工领域。

Description

应用于激光微加工的样品恒压夹持装置

技术领域

本发明涉及激光微加工技术领域，具体地说，涉及一种应用于激光微加工的样品恒压夹持装置。

背景技术

随着小型电子产品和微电子元器件需求量的日益增长，对材料的精密加工日渐成为激光技术的主要应用之一。激光微加工是指使用激光对材料进行微纳米精细加工。与常规的机械加工相比，激光微加工更准确、更精密、更迅速。目前，针对非金属材料(尤其是聚合物材料以及高熔点材料)的激光微加工大多还处于实验阶段。实验过程中，首先需要对不同尺寸的样品进行固定。然而，现有的样品固定装置施加在样品上的力大多会因样品尺寸的变大而变大，并不能针对不同尺寸的样品施加恒定的夹持力。为了避免这种情况的发生，目前在实验过程中更多的是使用一些磁铁或胶带来对样品进行固定。但采用这些样品固定方式时，会对样品产生一定程度的破坏，而且在加工过程中容易出现诸如样品松动、偏移之类的问题，另外，在实验过程中频繁更换不同尺寸的样品也非常麻烦。因此，需要一种能对不同尺寸的待加工样品施加恒定夹持力的简单而有效的样品恒压夹持装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于激光微加工的样品恒压夹持装置，使用该装置对激光微加工样品进行固定时可以保证对不同尺寸的样品施加恒定的夹持力。

为了实现上述目的，本发明提供一种应用于激光微加工的样品恒压夹持装置，其包括：底座框架，该底座框架包括一对横向导轨和设置在该对横向导轨之间的左固定板和右固定板；可滑动地支撑在所述一对横向导轨上并沿纵向延伸的左主杆和右主杆，该左主杆和右主杆位于所述左固定板和右固定板之间，其中心处分别设有相向而置的左样品夹持块和右样品夹持块；可滑动地支撑在所述一对横向导轨上并沿纵向延伸的左副杆和右副杆，该左副杆位于所述左主杆和左固定板之间，该右副杆位于所述右主杆和右固定板之间；至少一组左施压组件，每组左施压组件包括左主弹簧、左副弹簧和左滑轮组，其中，该左主弹簧的一端通过线绳连接所述左主杆，另一端连接左主弹簧牵引绳；该左副弹簧的一端连接所述左副杆，另一端连接所述左固定板；该左滑轮组中的定滑轮连接所述左副杆，该左滑轮组中的动滑轮连接所述左主杆；至少一组右施压组件，每组右施压组件包括右主弹簧、右副弹簧和右滑轮组，其中，该右主弹簧的一端通过线绳连接所述右主杆，另一端连接右主弹簧牵引绳；该右副弹簧的一端连接所述右副杆，另一端连接所述右固定板；该右滑轮组中的定滑轮连接所述右副杆，该右滑轮组中的动滑轮连接所述右主杆。当所述样品恒压夹持装置工作时，将样品夹在所述左样品夹持块和右样品夹持块之间，并通过牵引左主弹簧牵引绳和左滑轮组中的牵引绳使所述左样品夹持块产生向右的恒压，通过牵引右主弹簧牵引绳和右滑轮组中的牵引绳使所述右样品夹持块产生向左的恒压，从而将样品夹紧。

另外，所述样品恒压夹持装置还可以包括电机牵引系统，用于将所述左主弹簧牵引绳、所述右主弹簧牵引绳、所述左滑轮组中的牵引绳和所述右滑轮组中的牵引绳分别卷起或放出各自预定的长度。优选地，所述电机牵引系统可以包括：第一电机牵引子系统，用于将所述左主弹簧牵引绳和右主弹簧牵引绳卷起或放出预定的长度；第二电机牵引子系统，用于将所述左滑轮组中的牵引绳和所述右滑轮组中的牵引绳卷起或放出预定的长度。

另外，优选地，所述左主弹簧的轴心线、所述左副弹簧的轴心线和所述左滑轮组中的定滑轮和动滑轮的轴心连线可以在同一横向延伸的直线上；所述右主弹簧的轴心线、所述右副弹簧的轴心线和所述右滑轮组中的定滑轮和动滑轮的轴心连线可以在另一横向延伸的直线上。

所述左滑轮组中的牵引绳可以穿过所述左主杆、右主杆、右副杆和右固定板上的通孔延伸。所述右滑轮组中的牵引绳可以穿过所述右主杆、左主杆、左副杆和左固定板上的通孔延伸。所述左主弹簧牵引绳可以穿过所述右固定板上的通孔延伸。所述右主弹簧牵引绳可以穿过所述左固定板上的通孔延伸。连接所述左主弹簧与所述左主杆的线绳可以穿过所述右主杆和右副杆上的通孔延伸。连接所述右主弹簧与所述右主杆的线绳可以穿过所述左主杆和所述左副杆上的通孔延伸。

优选地，所述左副弹簧的倔强系数可以为所述左主弹簧的倔强系数的1.5倍；所述右副弹簧的倔强系数可以为所述右主弹簧的倔强系数的1.5倍。

另外，所述至少一组左施压组件可以包括两组左施压组件；所述至少一组右施压组件可以包括两组右施压组件。优选地，所述两组左施压组件相对于所述左主杆和左副杆的中心点连线可以对称设置；所述两组右施压组件相对于所述右主杆和右副杆的中心点连线可以对称设置。

从上面的描述和实践可知，采用本发明提供的样品恒压夹持装置时，通过使左主弹簧牵引绳45a和右主弹簧牵引绳45b卷起预定的长度以及使左滑轮组43a中的牵引绳3a和右滑轮组43b中的牵引绳3b卷起预定的长度，就可以将左样品夹持块21a和右样品夹持块21b的夹持力设定为预定的大小，且该力的大小与样品的大小无关。这样，就可以将力的设定转化为长度的设定，从而简化了步骤，提高了精确度。本发明的样品恒压夹持装置能对不同尺寸的待加工样品施加恒定夹持力，其结构简单、使用方便、功能实用，特别适合于激光微加工领域。

附图说明

图1等轴测图，示出了本发明的一个实施例所述的应用于激光微加工的样品恒压夹持装置；

图2俯视图，从另一角度示出了图1中的样品恒压夹持装置；

图3是俯视图，示出了图1中的样品恒压夹持装置中的右施压组件与右主杆和右副杆的连接关系；

图4a-4c是俯视图，示出了图1中的样品恒压夹持装置的工作原理和使用方法。在附图中：

100-样品恒压夹持装置；200样品；

10-底座框架；11a和11b-一对横向导轨；12a-左固定板；12b-右固定板；

20a-左主杆；20b-右主杆；30a-左副杆；30b-右副杆；

21a-左样品夹持块；21b-右样品夹持块；

40a-左施压组件；41a-左主弹簧；42a-左副弹簧；43a-左滑轮组；1a-定滑轮；2a-动滑轮；3a-左滑轮组中的牵引绳；44a-线绳；45a-左主弹簧牵引绳；

40b右施压组件；41b-右主弹簧；42b-右副弹簧；43b-右滑轮组；1b-定滑轮；2b-动滑轮；3b-右滑轮组中的牵引绳；44b-线绳；45b-右主弹簧牵引绳。

具体实施方式

下面将参考附图来描述本发明所述的应用于激光微加工的样品恒压夹持装置的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，不用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。

图1等轴测图，示出了本发明的一个实施例所述的应用于激光微加工的样品恒压夹持装置；图2俯视图，从另一角度示出了图1中的样品恒压夹持装置。图3是俯视图，示出了图1中的样品恒压夹持装置中的右施压组件与右主杆和右副杆的连接关系。如图1和图2所示，本发明的一个实施例所述的应用于激光微加工的样品恒压夹持装置100包括：底座框架10、左主杆20a、右主杆20b、左副杆30a、右副杆30b、至少一组左施压组件40a、至少一组右施压组件40b。

底座框架10包括一对横向导轨11a和11b、以及设置在该对横向导轨11a和11b之间的左固定板12a和右固定板12b。另外，底座框架10可以通过例如螺丝固定在加工台(未示出)上。

左主杆20a和右主杆20b可滑动地支撑在横向导轨11a和11b上并沿纵向延伸。在一个实施例中，左主杆20a和右主杆20b的两端设有轴承滚轮，该轴承滚轮分别嵌在横向导轨11a和11b内侧的凹槽(未标出)中，使得左主杆20a和右主杆20b可以而且只能沿横向自由移动。另外，左主杆20a和右主杆20b位于左固定板12a和右固定板12b之间，其中心处分别设有相向而置的左样品夹持块21a和右样品夹持块21b，用于对样品200进行夹持。在一个实施例中，左样品夹持块21a和右样品夹持块21b分别可拆卸地固定在左主杆20a和右主杆20b上。

左副杆30a和右副杆30b可滑动地支撑在横向导轨11a和11b上并沿纵向延伸。在一个实施例中，左副杆30a和右副杆30b的两端设有轴承滚轮，该轴承滚轮分别嵌在横向导轨11a和11b内侧的凹槽(未标出)中，使得左副杆30a和右副杆30b可以而且只能沿横向自由移动。左副杆30a位于左主杆20a和左固定板12a之间，右副杆30b位于右主杆20b和右固定板12b之间。

至少一组左施压组件40a中的每组左施压组件40a包括左主弹簧41a、左副弹簧42a和左滑轮组43a。左主弹簧41a的一端通过线绳44a连接左主杆20a，其另一端连接左主弹簧牵引绳45a。左副弹簧42a的一端连接左副杆30a，其另一端连接左固定板12a。左滑轮组43a包括定滑轮1a、动滑轮2a和牵引绳3a，其中，定滑轮1a连接左副杆30a，动滑轮2a连接左主杆20a，牵引绳3a在左滑轮组43a中的连接方式是公知的，即从定滑轮1a的面对动滑轮2a的一端起绕过动滑轮2a、然后再绕过定滑轮1a延伸。

优选地，左主弹簧41a的轴心线、左副弹簧42a的轴心线和左滑轮组43a中的定滑轮1a和动滑轮2a的轴心连线在同一横向延伸的直线上。但本发明不限于此。

另外，左滑轮组43a中的牵引绳3a可以穿过左主杆20a、右主杆20b、右副杆30b和右固定板12b上的通孔延伸。左主弹簧牵引绳45a可以穿过右固定板12b上的通孔延伸。连接左主弹簧41a与左主杆20a的线绳44a可以穿过右主杆20b和右副杆30b上的通孔延伸。应该注意，为了保持图1和图2的简洁，上述各通孔在图1和图2中虽然示出，但并未标出。

在图1和图2的实施例中，所述至少一组左施压组件40a包括两组左施压组件40a。进一步，该两组左施压组件40a相对于左主杆20a和左副杆30a的中心点连线对称设置。然而，本发明不限于此。

类似地，至少一组右施压组件40b中的每组右施压组件40b包括右主弹簧41b、右副弹簧42b和右滑轮组43b。右主弹簧41b的一端通过线绳44b连接右主杆20b，其另一端连接右主弹簧牵引绳45b。右副弹簧42b的一端连接右副杆30b，其另一端连接右固定板12b。右滑轮组中43b包括定滑轮1b、动滑轮2b和牵引绳3b，其中，定滑轮1b连接右副杆30b，动滑轮2b连接右主杆20b，牵引绳3b在右滑轮组43b中的连接方式是公知的，即从定滑轮1b的面对动滑轮2b的一端起绕过动滑轮2b、然后再绕过定滑轮1b延伸，如图3所示。

优选地，右主弹簧41b的轴心线、右副弹簧42b的轴心线和右滑轮组43b中的定滑轮1b和动滑轮2b的轴心连线在同一横向延伸的直线上。但本发明不限于此。

另外，右滑轮组43b中的牵引绳3b可以穿过右主杆20b、左主杆20a、左副杆30a和左固定板12a上的通孔延伸。右主弹簧牵引绳45b可以穿过左固定板12a上的通孔延伸。连接右主弹簧41b与右主杆20b的线绳44b可以穿过左主杆20a和左副杆30a上的通孔延伸。应该注意，为了保持图1和图2的简洁，上述各通孔在图1和图2中虽然示出，但并未标出。

在图1和图2的实施例中，所述至少一组右施压组件40b包括两组右施压组件40b。进一步，该两组右施压组件40b相对于右主杆20b和右副杆30b的中心点连线对称设置。然而，本发明不限于此。

尽管在图1和图2中未示出，但本发明所述的应用于激光微加工的样品恒压夹持装置还可以包括电机牵引系统，用于将左主弹簧牵引绳45a、右主弹簧牵引绳45b、左滑轮组43a中的牵引绳3a和右滑轮组43b中的牵引绳3b分别卷起或放出各自预定的长度。

在一个实施例中，所述电机牵引系统可以包括：第一电机牵引子系统，用于将左主弹簧牵引绳45a和右主弹簧牵引绳45b卷起或放出预定的长度；第二电机牵引子系统，用于将左滑轮组43a中的牵引绳3a和右滑轮组43b中的牵引绳3b卷起或放出预定的长度。在本发明所述的样品恒压夹持装置中的各组件为对称设置的情况下，左主弹簧牵引绳45a和右主弹簧牵引绳45b卷起或放出的长度是相同的，而左滑轮组43a中的牵引绳3a和右滑轮组43b中的牵引绳3b卷起或放出的长度是相同的，如后面所述。

当样品恒压夹持装置100工作时，将样品200夹在左样品夹持块21a和右样品夹持块21b之间，并通过牵引左主弹簧牵引绳45a和左滑轮组43a中的牵引绳3a使左样品夹持块21a产生向右的恒压，通过牵引右主弹簧牵引绳45b和右滑轮组43b中的牵引绳3b使右样品夹持块21b产生向左的恒压，从而将样品200夹紧。

下面将结合图4a-4c详细描述本发明所述的样品恒压夹持装置100的工作原理和使用方法。图4a-4c所示的样品恒压夹持装置包含一组左施压组件40a和一组右施压组件40b。假设所要夹持的样品200的横向尺寸为2Δx₁，需要施加到样品200上的夹持力为f₀，其中，f₀为与2Δx₁无关的恒定力。另外，假设左主弹簧41a和右主弹簧41b的倔强系数为k₁，左副弹簧42a和右副弹簧42b的倔强系数为k₂。

图4a示出了本发明所述的样品恒压夹持装置在夹持样品前所处的初始状态。其中，左主杆20a上的左样品夹持块21a和右主杆20b上的右样品夹持块21b贴在一起，左主弹簧41a、左副弹簧42a、右主弹簧41b、右副弹簧42b处于原长状态，左滑轮组43a中的牵引绳3a和右滑轮组43b中的牵引绳3b处于自然绷直的状态。

图4b示出了本发明所述的样品恒压夹持装置在夹持样品前所处的中间状态。在该中间状态下，用外力使左主杆20a向左移动了Δx₁的距离、使右主杆20b向右移动了Δx₁的距离，从而使左样品夹持块21a与右样品夹持块21b之间可以容纳样品200。与此同时，使左主弹簧牵引绳45a向右卷起了Δx₀＝f₀/k₁的长度，使右主弹簧牵引绳45b向左卷起了Δx₀＝f₀/k₁的长度。也就是说，此时，左主弹簧41a和右主弹簧41b的伸长量均为Δx₀+Δx₁，左主弹簧41a对左主杆20a施加的向右的力的大小为f₁＝k₁(Δx₀+Δx₁)＝f₀+k₁Δx₁，右主弹簧41b对右主杆20b施加的向左的力的大小为f₁＝k₁(Δx₀+Δx₁)＝f₀+k₁Δx₁。也与此同时，使左滑轮组43a中的牵引绳3a向右卷起了2Δx₁的长度，使右滑轮组43b中的牵引绳3b向左卷起了2Δx₁的长度。从图4b中很容易看出，由于左主杆20a与左副杆30a的间距、右主杆20b与右副杆30b之间的间距均缩短了Δx₁，因此，此时，牵引绳3a和牵引绳3b在卷起2Δx₁的长度后还会处于自然绷直的状态，并且左副弹簧42a和右副弹簧42b仍处于原长状态。

图4c示出了本发明所述的样品恒压夹持装置在夹持样品前所处的最终状态。在该最终状态下，左滑轮组43a中的牵引绳3a相对于上述中间状态又向右卷起了3Δx₂的长度，右滑轮组43b中的牵引绳3b相对于上述中间状态又向左卷起了3Δx₂的长度。这导致左副杆30a向右移动了Δx₂的距离，右副杆30b向左移动了Δx₂的距离，也即是说，左副弹簧42a和右副弹簧42b均伸长了Δx₂。根据左副杆30a和右副杆30b上的力平衡很容易算出牵引绳3a和牵引绳3b上的张力的大小为k₂Δx₂/3，于是，左滑轮组43a中的动滑轮2a施加到左主杆20a上的向左的力的大小为2k₂Δx₂/3，右滑轮组43b中的动滑轮2b施加到右主杆20b上的向右的力的大小为2k₂Δx₂/3。因此，左样品夹持块21a和右样品夹持块21b所产生的夹持力为f₀+k₁Δx₁-2k₂Δx₂/3。

为了使左样品夹持块21a和右样品夹持块21b所产生的夹持力与样品的尺寸无关，需要满足k₁Δx₁-2k₂Δx₂/3＝0。换言之，如果满足k₁Δx₁-2k₂Δx₂/3＝0，则左样品夹持块21a和右样品夹持块21b所产生的夹持力为预先设定的f₀。

在本发明的一个实施例中，左副弹簧42a的倔强系数k₂可以为左主弹簧41a的倔强系数k₁的1.5倍，右副弹簧42b的倔强系数k₂可以为右主弹簧41b的倔强系数k₁的1.5倍。这样，当使左副杆30a向右移动的距离以及右副杆30b向左移动的距离均为Δx₂＝Δx₁时，左样品夹持块21a和右样品夹持块21b所产生的夹持力即为预先设定的f₀。

当本发明所述的样品恒压夹持装置达到上述最终状态时，将样品200放在左样品夹持块21a和右样品夹持块21b之间，则样品200将受到f₀大小的夹持力，该夹持力与样品200的尺寸无关。

从上面的描述以及实践可知，采用本发明提供的样品恒压夹持装置时，通过使左主弹簧牵引绳45a和右主弹簧牵引绳45b卷起预定的长度以及使左滑轮组43a中的牵引绳3a和右滑轮组43b中的牵引绳3b卷起预定的长度，就可以将左样品夹持块21a和右样品夹持块21b的夹持力设定为预定的大小，且该力的大小与样品的大小无关。这样，就可以将力的设定转化为长度的设定，从而简化了步骤，提高了精确度。本发明的样品恒压夹持装置能对不同尺寸的待加工样品施加恒定夹持力，其结构简单、使用方便、功能实用，特别适合于激光微加工领域。

本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的应用于激光微加工的样品恒压夹持装置，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进和组合。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (8)

1.一种应用于激光微加工的样品恒压夹持装置，包括：

底座框架，该底座框架包括一对横向导轨和设置在该对横向导轨之间的左固定板和右固定板；

可滑动地支撑在所述一对横向导轨上并沿纵向延伸的左主杆和右主杆，该左主杆和右主杆位于所述左固定板和右固定板之间，其中心处分别设有相向而置的左样品夹持块和右样品夹持块；

可滑动地支撑在所述一对横向导轨上并沿纵向延伸的左副杆和右副杆，该左副杆位于所述左主杆和左固定板之间，该右副杆位于所述右主杆和右固定板之间；

至少一组左施压组件，每组左施压组件包括左主弹簧、左副弹簧和左滑轮组，其中，该左主弹簧的一端通过线绳连接所述左主杆，另一端连接左主弹簧牵引绳；该左副弹簧的一端连接所述左副杆，另一端连接所述左固定板；该左滑轮组中的定滑轮连接所述左副杆，该左滑轮组中的动滑轮连接所述左主杆；

至少一组右施压组件，每组右施压组件包括右主弹簧、右副弹簧和右滑轮组，其中，该右主弹簧的一端通过线绳连接所述右主杆，另一端连接右主弹簧牵引绳；该右副弹簧的一端连接所述右副杆，另一端连接所述右固定板；该右滑轮组中的定滑轮连接所述右副杆，该右滑轮组中的动滑轮连接所述右主杆，

其中，当所述样品恒压夹持装置工作时，将样品夹在所述左样品夹持块和右样品夹持块之间，并通过牵引左主弹簧牵引绳和左滑轮组中的牵引绳使所述左样品夹持块产生向右的恒压，通过牵引右主弹簧牵引绳和右滑轮组中的牵引绳使所述右样品夹持块产生向左的恒压，从而将样品夹紧。

2.如权利要求1所述的应用于激光微加工的样品恒压夹持装置，还包括电机牵引系统，用于将所述左主弹簧牵引绳、所述右主弹簧牵引绳、所述左滑轮组中的牵引绳和所述右滑轮组中的牵引绳分别卷起或放出各自预定的长度。

3.如权利要求2所述的应用于激光微加工的样品恒压夹持装置，其中，所述电机牵引系统包括：

第一电机牵引子系统，用于将所述左主弹簧牵引绳和右主弹簧牵引绳卷起或放出预定的长度；

第二电机牵引子系统，用于将所述左滑轮组中的牵引绳和所述右滑轮组中的牵引绳卷起或放出预定的长度。

4.如权利要求1所述的应用于激光微加工的样品恒压夹持装置，其中，

所述左主弹簧的轴心线、所述左副弹簧的轴心线和所述左滑轮组中的定滑轮和动滑轮的轴心连线在同一横向延伸的直线上；

所述右主弹簧的轴心线、所述右副弹簧的轴心线和所述右滑轮组中的定滑轮和动滑轮的轴心连线在另一横向延伸的直线上。

5.如权利要求1所述的应用于激光微加工的样品恒压夹持装置，其中，

所述左滑轮组中的牵引绳穿过所述左主杆、右主杆、右副杆和右固定板上的通孔延伸；

所述右滑轮组中的牵引绳穿过所述右主杆、左主杆、左副杆和左固定板上的通孔延伸；

所述左主弹簧牵引绳穿过所述右固定板上的通孔延伸；所述右主弹簧牵引绳穿过所述左固定板上的通孔延伸；

连接所述左主弹簧与所述左主杆的线绳穿过所述右主杆和右副杆上的通孔延伸；

连接所述右主弹簧与所述右主杆的线绳穿过所述左主杆和所述左副杆上的通孔延伸。

6.如权利要求1所述的应用于激光微加工的样品恒压夹持装置，其中，

所述左副弹簧的倔强系数为所述左主弹簧的倔强系数的1.5倍；

所述右副弹簧的倔强系数为所述右主弹簧的倔强系数的1.5倍。

7.如权利要求1所述的应用于激光微加工的样品恒压夹持装置，其中，

所述至少一组左施压组件包括两组左施压组件；

所述至少一组右施压组件包括两组右施压组件。

8.如权利要求7所述的应用于激光微加工的样品恒压夹持装置，其中，

所述两组左施压组件相对于所述左主杆和左副杆的中心点连线对称设置；所述两组右施压组件相对于所述右主杆和右副杆的中心点连线对称设置。