CN108274114A - 激光烧蚀远心稳定机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光烧蚀远心稳定机构，属于激光烧蚀装备技术领域。激光烧蚀远心稳定机构，包括：两个相同结构的平行四边形运动单元、中心杆和驱动机构，两个平行四边形运动单元均通过转动副与中心杆连接，与其他连杆通过球铰连接，其他连杆之间一次通过转动副连接，驱动机构驱动连杆做绕底部连杆的旋转运动和左右摆动，两个平行四边形运动单元中底边的两个连杆保持位置不动，激光器安装在中心杆上，即可实现激光器O点的远心稳。本发明的结构相对简单，可根据运动任务设置运动单元数目，不需传感器及伺服机构即可实现远心稳定实现远心稳定，两个运动单元的引入可减小末端惯性。

Description

激光烧蚀远心稳定机构
技术领域
本发明涉及激光烧蚀装备技术领域，尤其涉及一种激光烧蚀远心稳定机构。
背景技术
激光烧蚀技术是一门综合固体物理、微束技术、激光化学等学科的交叉科学，其通过飞秒-纳秒量级的脉冲激光将材料表面烧蚀，已经广泛应用于微加工、外科手术、激光点焊、X射线激光、生物分子质谱以及艺术品修复/清洁等领域。其根据被烧蚀材料环境，可分为气相烧蚀和液相烧蚀。液相烧蚀技术与气相烧蚀技术在激光与物质的相互作用机理上是类似的，唯一不同的是激光与材料相互作用所处的反应环境。在气相烧蚀技术中，主要利用激光烧蚀技术来制备微纳米颗粒、微纳米线、薄膜、纳米管和纳米壁等，还可对相同或不同的多种材料进行激光加工或焊接，在液相烧蚀技术中，激光烧蚀主要用来对材料的表面进行改造，或进行微纳米颗粒的制备。
目前无论是液相烧蚀还是气相烧蚀中所使用的激光烧蚀装置尤其是三维激光烧蚀加工存在几个问题，其中关键一点即需要解决激光烧蚀过程中聚焦点的“不动点”问题。目前很多装置基于多传感器和伺服机构来解决该问题，但其结构极其复杂，造价高昂，且现有的引入一个运动单元的远心稳定机构存在末端惯性大的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激光烧蚀远心稳定机构，该机构结构简单，不需传感器及伺服机构即可实现远心稳定，且末端惯性较小。
为实现上述目的，提供以下技术方案，
本发明提供的激光烧蚀远心稳定机构，包括第一平行四边形运动单元、第二平行四边形运动单元、中心杆和驱动机构，
所述第一平行四边形运动单元和所述第二平行四边形运动单元在第一平面内且结构相同，所述第一平行四边形运动单元包括：第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆和第五连杆，所述第一连杆的一端与机架连接，另一端通过第三球铰与所述第二连杆连接，中部通过第二球铰与所述第五连杆连接，所述第一连杆、所述第二连杆、所述第四连杆和所述第五连杆依次通过转动副连接构成平行四边形，所述第二连杆、所述第三连杆、所述中心杆和所述第四连杆依次通过转动副连接构成平行四边形；所述中心杆的延长线线与所述第一连杆的延长线的交点为O点。
所述中心杆与所述第一平行四边形运动单元和所述第二平行四边形运动单元均通过转动副连接，激光器安装在所述中心杆上；
所述驱动机构能够使得所述第五连杆左右摆动以及以所述第一连杆为轴转动，使得所述中心杆上的任意点均能够以所述O点为球心转动。
进一步的，所述激光烧蚀远心稳定机构还包括第三平行四边形运动单元和/或第四平行四边形运动单元，所述第三平行四边形运动单元和所述第四平行四边形运动单元在第二平面内且结构均与所述第一平行四边形运动单元相同，所述第三平行四边形运动单元和所述第四平行四边形运动单元均通过转动副与所述中心杆连接，所述第二平面垂直于所述第一平面。
进一步的，所述第二球铰和所述第三球铰均与驱动机构传动连接，能够使所述第二连杆和所述第五连杆左右摆动；
进一步的，所述第一平行四边形运动单元和所述第二平行四边形运动单元与所述中心杆的连接位置均在所述第三平行四边形运动单元和所述第四平行四边形运动单元与所述中心杆的连接位置的内侧。
与现有技术相比，本发明提供的激光烧蚀远心稳定机构结构相对简单，并可实现远心稳固，根据运动任务可设置单元数目，可满足远心稳定的要求，该机构不需传感器及伺服机构即可实现远心稳定。该激光烧蚀远心稳定机构包括两个相同的平行四边形运动单元，两个平行四边形运动单元通过中心杆上的转动副相连且在同一平面内，两个平行四边形运动单元之间的连接能够实现最终激光器O点的远心稳定，且两个运动单元的引入可减小一个运动单元存在的末端惯性大的缺陷。本发明还可以引入四个相同结构的平行四边形运动单元，分别在两个交叉的平面内，通过中心杆上的转动副相连，此交叉构成的远心稳固运动机构，当受外力时，受力方向上的平行四边形运动单元实现顺向运动，受力法向上的平行四边形运动单元通过底部的球铰实现旋转运动，受力有角度时可按受力法则分解到各个运动单元，四个平行四边形运动单元的引入可保证末端的小惯性。
附图说明
图1为本发明实施一中的激光烧蚀远心稳定机构的结构示意图。
图2为图1中的第一平行四边形运动单元的结构示意图。
图3为图1中四个平行四边形运动单元之间彼此铰接的示意图。
附图标记：
1-第一平行四边形运动单元；2-第二平行四边形运动单元；3-第三平行四边形运动单元；4-第四平行四边形运动单元；5-中心杆；
11-第一球铰；12-第二球铰；13-第三球铰；14-第一转动副；15-第二转动副；16-第三转动副；17-第四转动副；18-第五转动副；51-第六转动副；52-第七转动副；19-第一连杆；110-第二连杆；111-第三连杆；112-第四连杆；113-第五连杆；211-第二三连杆；212-第二四连杆；311-第三三连杆；312-第三四连杆；411-第四三连杆；412-第四四连杆。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例一
如图1所示，本发明实施例提供的激光烧蚀远心稳定机构，包括第一平行四边形运动单元1、第二平行四边形运动单元2、第三平行四边形运动单元3、第四平行四边形运动单元4和中心杆5；其中，第一平行四边形运动单元1和第二平行四边形运动单元2在第一平面内，第三平行四边形运动单元3和第四平行四边形运动单元4在第二平面内。运动之前，第一平面与第二平面垂直，且中心杆5向下的延长线与第一平行四边形运动单元1和第二平行四边形运动单元2底边连线的交点为O点。
进一步的，如图2所示，第一平行四边形运动单元1包括：第一球铰11，第二球铰12，第三球铰13，第一转动副14，第二转动副15，第三转动副16，第四转动副17，第五转动副18，第一连杆19，第二连杆110，第三连杆111，第四连杆112和第五连杆113。其中，第一连杆19的一端通过第一球铰11铰接在机架上，另一端通过第三球铰13与第二连杆110铰接，第五连杆113通过第二球铰12铰接在第一连杆19的中部，其中，第二球铰12和第三球铰13均与第一驱动机构传动连接，具体地，第一驱动机构采用电机，电机安装在机架上，其转轴与第一连杆19平行，转轴分别通过球铰式联轴器与第二球铰和第三球铰连接，可实现第一平行四边形运动单元1及第二平行四边形运动单元2的绕第一连杆19的旋转运动。第五连杆113与第四连杆112通过第一转动副14铰接，第二连杆110和第四连杆112通过第二转动副15铰接，第二连杆110和第三连杆111通过第三转动副16铰接。如图1和3所示，第三连杆111和中心杆5通过第四转动副17铰接，第四连杆112和中心杆5通过第五转动副18铰接。上述所有连杆、球铰、转动副和中心杆5构成两个平行四边形模块，组成第一平行四边形运动单元1。其中，第一连杆19的延长线与中心杆5的延长线的交点为O点。
进一步的，如图3所示，中心杆5分别通过第四转动副17与第三连杆111及第二平行四边形运动单元2的第二三连杆211铰接，通过第五转动副18与第四连杆112及第二四连杆212铰接，通过第六转动副51与第三平行四边形运动单元3的第三三连杆311及第四平行四边形运动单元4的第四三连杆411铰接，通过第七转动副52与第三四连杆312及第四四连杆412铰接。第三平行四边形运动单元3中的第三一连杆与第三五连杆之间的球铰、及与第三二连杆之间的球铰均与第二驱动机构传动连接，与第一驱动结构相同，在此不再赘述，可实现第三平行四边形运动单元3及第四平行四边形运动单元4的绕第三一连杆的旋转运动。这样就实现了四个平行四边形运动单元的交叉分布，从而保证整个激光烧蚀远心稳定机构的全向运动。
进一步的，本实施例中，为了使整个激光烧蚀远心稳定机构运动更灵活、平稳和一致，第二平行四边形运动单元2中的第二一连杆与第二二连杆之间的球铰、及与第二五连杆之间的球铰均与第三驱动机构传动连接，第三驱动机构与第一驱动机构同步工作；第四平行四边形运动单元4中的第四一连杆与第四二连杆之间的球铰、及与第四五连杆之间的球铰均与第四驱动机构传动连接，第四驱动机构与第二驱动机构同步工作。
进一步的，如图3所示，第一平行四边形运动单元1和第二平行四边形运动单元2与中心杆5的连接位置在第三平行四边形运动单元3和第四平行四边形运动单元4与中心杆5的连接位置的内侧，这样可以预留出平行四边形运动单元的运动空间，不会影响运动效果。
本发明引入四个相同结构的平行四边形运动单元，分别在两个交叉的平面内，通过中心杆5上的转动副相连，此交叉构成的远心稳固运动机构，当受外力时，受力方向上的平行四边形运动单元实现顺向运动，受力法向上的平行四边形运动单元通过底部的球铰实现旋转运动，受力有角度时可按受力法则分解到各个运动单元，四个平行四边形运动单元的引入可保证末端的小惯量。
实施例二
与实施例一的不同之处在于，本实施例中的激光烧蚀远心稳定机构中的第一连杆19的一端与机架固定连接，第二平行四边形运动单元2中的第二一连杆也与机架固定连接，第三平行四边形运动单元3中的第三一连杆也与机架固定连接，第四平行四边形运动单元4中的第四一连杆也与机架固定连接，此时，各电机均可以安装在其相对应的水平连杆上，电机的轴与该水平连杆平行，且与其要控制的连杆通过球铰式联轴器连接，例如：第一电机安装在第一连杆19上，其轴与第一连杆平行，其轴分别通过球铰式联轴器与第五连杆113和第二连杆110连接实现第一连杆19上方的连杆绕其旋转，其他电机安装方式均参照上述安装方式，在此不做描述。
实施例三
与实施例一的不同之处在于，本实施例中的激光烧蚀远心稳定机构只有第一平行四边形运动单元1、第二平行四边形运动单元2和中心杆5，其他结构类同，不再赘述。
本实施例中，两个平行四边形运动单元通过中心杆5上的转动副相连且在同一平面内，两个平行四边形运动单元之间的连接能够实现最终激光器以O点为球心的转动，即远心稳定，且两个运动单元的引入可减小一个运动单元存在的末端惯性大的缺陷。
可见，本发明提供的激光烧蚀远心稳定机构结构相对简单，适用于激光烧蚀领域，并可实现远心稳固，根据运动任务可设置单元数目，可满足远心稳定的要求，该机构不需传感器及伺服机构即可实现远心稳定。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种激光烧蚀远心稳定机构，其特征在于，包括第一平行四边形运动单元(1)、第二平行四边形运动单元(2)、中心杆(5)和驱动机构；
所述第一平行四边形运动单元(1)和所述第二平行四边形运动单元(2)在第一平面内且结构相同，所述第一平行四边形运动单元(1)包括：第一连杆(19)、第二连杆(110)、第三连杆(111)、第四连杆(112)和第五连杆(113)，所述第一连杆(19)的一端与机架连接，另一端通过第三球铰(13)与所述第二连杆(110)连接，中部通过第二球铰(12)与所述第五连杆(113)连接，所述第一连杆(19)、所述第二连杆(110)、所述第四连杆(112)和所述第五连杆(113)依次通过转动副连接构成平行四边形，所述第二连杆(110)、所述第三连杆(111)、所述中心杆(5)和所述第四连杆(112)依次通过转动副连接构成平行四边形；所述中心杆(5)的延长线与所述第一连杆19的延长线的交点为O点；
所述中心杆(5)与所述第一平行四边形运动单元(1)和所述第二平行四边形运动单元(2)均通过转动副连接，激光器安装在所述中心杆(5)上；
所述驱动机构能够使得所述第五连杆(113)左右摆动以及以所述第一连杆(19)为轴转动，使得所述中心杆(5)上的任意点均能够以所述O点为球心转动。
2.根据权利要求1所述的激光烧蚀远心稳定机构，其特征在于，所述激光烧蚀远心稳定机构还包括第三平行四边形运动单元(3)和/或第四平行四边形运动单元(4)，所述第三平行四边形运动单元(3)和所述第四平行四边形运动单元(4)在第二平面内且结构均与所述第一平行四边形运动单元相同，所述第三平行四边形运动单元(3)和所述第四平行四边形运动单元(4)均通过转动副与所述中心杆(5)连接，所述第二平面垂直于所述第一平面。
3.根据权利要求2所述的激光烧蚀远心稳定机构，其特征在于，所述第二球铰(12)和所述第三球铰(13)均与驱动机构传动连接，能够使所述第二连杆(110)和所述第五连杆(113)左右摆动。
4.根据权利要求2或3所述的激光烧蚀远心稳定机构，其特征在于，所述第一平行四边形运动单元(1)和所述第二平行四边形运动单元(2)与所述中心杆(5)的连接位置均在所述第三平行四边形运动单元(3)和所述第四平行四边形运动单元(4)与所述中心杆(5)的连接位置的内侧。
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