CN109177532A - 一种喷头升降定位机构及打印装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种喷头升降定位机构及打印装置，包括升降导向架(1)、滚珠丝杆(2)和伺服电机(6)；喷头安装在安装框架上；升降导向架和滚珠丝杆均为2个，2个滚珠丝杆分别安装在2个升降导向架上；安装有喷头的安装框架的两端套装在2个滚珠丝杆上；滚珠丝杆由伺服电机(6)驱动；伺服电机旋转时，能通过滚珠丝杆的传动带动安装框架及喷头升降；安装框架上设有用于检测安装框架倾角的倾角传感器；2个滚珠丝杆分别由2个独立的伺服电机驱动；倾角传感器与MCU相连；伺服电机受控于MCU。该喷头升降定位机构及打印装置结构紧凑，定位精度高，易于实施。
Description
技术领域
本发明特别涉及一种喷头升降定位机构及打印装置。
背景技术
现有的喷头升降定位，其最大的问题是定位精度不高，另外，若要实现高精度的定位， 连升降全程都要打印时的定位精度，这样大的行程的结构和普通机床的定位精度一样，用普 通机床加工是很难实现的，加工难度，装配难度，工装夹具的成本都是普通机床的几何倍数， 因此，有必要设计一种全新的成本低且定位精度高的定位方案。
因此，有必要设计一种喷头升降定位机构及打印装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种喷头升降定位机构及打印装置，该喷头升降定位 机构及打印装置结构紧凑，易于实施。
发明的技术解决方案如下：
一种喷头升降定位机构，包括升降导向架(1)、滚珠丝杆(2)和伺服电机(6)；
喷头安装在安装框架上；
升降导向架和滚珠丝杆均为2个，2个滚珠丝杆分别安装在2个升降导向架上；安装有 喷头的安装框架的两端套装在2个滚珠丝杆上；滚珠丝杆由伺服电机(6)驱动；伺服电机旋 转时，能通过滚珠丝杆的传动带动安装框架及喷头升降；
安装框架上设有用于检测安装框架倾角的倾角传感器；
2个滚珠丝杆分别由2个独立的伺服电机驱动；
倾角传感器与MCU相连；伺服电机受控于MCU。
安装框架通过弹性联接件(5)与升降导向架连接。弹性联接件作为安装框架与升降导 向架之间的缓冲。
安装框架或弹性联接件上设有多个上下位置定位件(3)，上下位置定位件为安装框架的 下降提供下端的限位。通过上下位置定位件实现安装框架的定位，上下位置定位件的精度决 定了喷头的整体定位精度。
上下位置定位件为4个，弹性联接件为2个，每一个弹性联接件上各设有2个上下位置 定位件，在升降导向架的底部固定有与所述的上下位置定位件对应的台基(具体的台基为圆 饼型，或圆台型，上下位置定位件为圆柱型部件)。
升降导向架上设有防坠落装置。
防坠落装置为弹簧；弹簧的上端设置在升降导向架的上端，弹簧的下端连接安装框架。
倾角传感器为陀螺仪。
安装框架上设有多个喷头。优选64个喷头。
一种打印装置，包括安装框架和用于驱动安装框架的喷头升降定位机构；安装框架中设 有多个喷头；
所述的喷头升降定位机构为前述的喷头升降定位机构。
所述的喷头为64个。
角度定位件(4)的作用是为安装框架限位，安装框架可以旋转，角度定位件可以手动 调节其位置和角度，角度定位件的精度决定了安装框架转动角度的精度。
有益效果：
本发明的喷头升降定位机构及打印装置，具有以下特点：
(1)通过角度传感器检测倾斜度，保障安装框架的倾角在预设的精度范围内。
(2)通过弹性联接件实现安装框架与升降导向架的柔性连接，避免对喷头安装框架造成 损坏。
(3)本发明的最大的特点之一在于通过上下位置定位件实现安装框架的定位，即工作状 态时的定位。
(4)具有防坠落机构
通过弹簧机构防止安装框架坠落，安全性高。
(5)具有高精度的位移检测模块
采用定滑轮和编码盘配合，编码盘本身精度高，因此能高精度地检测位移量，而放大器 的放大倍数可调，灵活性好。
(6)具有显示屏，且显示屏配备有智能调光电路，便于状态显示(包括位移量显示和报 警信息显示等)。
综上所述，本发明的喷头升降定位机构及打印装置易于实施，精度高，且成本低，结构 紧凑。
附图说明
图1为喷头升降定位机构及打印装置的立体图；
图2为喷头升降定位机构及打印装置的主视图；
图3为喷头升降定位机构及打印装置的侧视图。
标号说明：1-升降导向架，2-滚珠丝杆，3-上下位置定位件，4-角度定位件，5-弹性联接 件，6-伺服电机，7-陀螺仪，8-安装框架，9-喷头。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文发明做更全面、细 致地描述，但本发明的保护范围并不限于一下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本 文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
实施例1：
图1-3，一种喷头升降定位机构，包括升降导向架1、滚珠丝杆2和伺服电机6；
喷头安装在安装框架上；
升降导向架和滚珠丝杆均为2个，2个滚珠丝杆分别安装在2个升降导向架上；安装有 喷头的安装框架的两端套装在2个滚珠丝杆上；滚珠丝杆由伺服电机6驱动；伺服电机旋转 时，能通过滚珠丝杆的传动带动安装框架及喷头升降；
安装框架上设有用于检测安装框架倾角的倾角传感器；
2个滚珠丝杆分别由2个独立的伺服电机驱动；
倾角传感器与MCU相连；伺服电机受控于MCU。
安装框架通过弹性联接件5与升降导向架连接。弹性联接件作为安装框架与升降导向架 之间的缓冲。
安装框架或弹性联接件上设有多个上下位置定位件3，上下位置定位件为安装框架的下 降提供下端的限位。通过上下位置定位件实现安装框架的定位，上下位置定位件的精度决定 了喷头的整体定位精度。
上下位置定位件为4个，弹性联接件为2个，每一个弹性联接件上各设有2个上下位置 定位件，在升降导向架的底部固定有与所述的上下位置定位件对应的台基(具体的台基为圆 饼型，或圆台型，上下位置定位件为圆柱型部件)。
升降导向架上设有防坠落装置。
防坠落装置为弹簧；弹簧的上端设置在升降导向架的上端，弹簧的下端连接安装框架。
倾角传感器为陀螺仪。
安装框架上设有多个喷头。优选64个喷头。
一种打印装置，包括安装框架和用于驱动安装框架的喷头升降定位机构；安装框架中设 有多个喷头；
所述的喷头升降定位机构为前述的喷头升降定位机构。
所述的喷头为64个。
本方案中，采用两边各一台伺服电机联接两滚珠丝杠同步控制喷头安装框架升降，滚 珠丝杠和喷头框架之间有弹性联接件、喷头安装框架4个角和升降导向架之间有弹性联接件， 喷头安装框架降到最低是打印工作位置，喷头靠升降导向架4个角的定位件保证定位精度， 打印结束后，喷头再上升密封，靠弹性联接件容许升降结构的公差，
采用这种方案的优势在于：打印只需要喷头安装框架定位时的精度就可以了，不需要 升降过程的定位精度，如果升降全程都要打印时的定位精度，这样大的行程的结构和普通机 床的定位精度一样。用普通机床加工是很难实现的.加工难度，装配难度，工装夹具的成本都 是几何倍数，所以，本方案能显著节约成本，且又保证了定位精度。另外弹性结构有很好的 容错性，这样跨度的结构，如果是刚性结构，如果出错升降受力不平衡，会变形或结构破坏， 威胁喷头的安全，弹性联接结构，靠弹性变形容许了倾斜的存在，保证结构安全，经破坏实 验，可以倾斜20度保证结构安全，实际运行时靠喷头安装框架中心位置安装的陀螺仪实时监 测喷头安装框架的两个方向的倾斜度，任意方向倾斜超过1度自动报错停机，伺服电机同步 控制升降，一台出错，自动报错停机，保证不会出现单边受力不平衡的现象产生，伺服电机 力矩限制，如果喷头安装框架倾斜会造成单边伺服电机力矩增大，系统检测到后，报错停机。 两台伺服电机根据陀螺仪反馈的倾斜角度信息，通过两台的差速实时控制升降时喷头安装框 架的位置，保证不会倾斜超过1度。陀螺仪断电或老化损坏，系统报错升降不工作。
升降导向架上有防坠落装置，靠弹簧和导杆在升降行程内拉着喷头安装框架，实现升 降时重力补偿，减小滚转丝杠的受力磨损，机械结构失效时防止喷头安装框架坠落，因此， 安全性高。
定位机构的控制装置，包括MCU、位移检测装置和显示屏；位移检测装置与显示屏均 与MCU相连；
所述的位移检测装置为2套，分设在喷头升降机构的两侧；
喷头升降机构包括升降导向架1、滚珠丝杆2和伺服电机6；伺服电机旋转时，能通过 滚珠丝杆的传动带动安装架及喷头升降；喷头安装在安装架上；
位移检测装置包括拉线11、定滑轮12和编码盘13；
定滑轮安装在升降导向架的顶部，
拉线的下端固定在安装架上；拉线的上端缠绕在定滑轮上；保持定滑轮与安装架之间的 拉线竖直方向；
定滑轮的转轴上设有编码盘，编码盘的脉冲输出端与MCU的输入信号端相连。
显示屏上设有用于调节背光的调光电路；升降导向架上设有光强传感器Rx；光强传感器 通过放大器与MCU相连；
LED灯串包括多个串接的LED灯；LED灯串的正极接电源正极Vcc；LED灯串的负极接三 极管的C极，三极管的E极经第二电阻R2接地；三极管的B极的接MCU的输出端。电源正极Vcc为5V，A/D转换器为8位串行输出型转换器。
放大器为基于多路开关和运算放大器件的放大倍数可调放大电路。
MCU通过电机驱动电路驱动伺服电机。
显示屏与MCU相连，调光电路包括LED灯串、三极管、光强传感器Rx和内置于MCU中的A/D转换器；三极管为NPN型三极管；
光强传感器Rx和第一电阻R1串接形成分压支路，分压支路一端接电源正极Vcc，分压 支路的另一端接地；光强传感器Rx和第一电阻R1的连接点接放大器的输入端；放大器的输 出端接MCU的A/D转换器的输入端口；
LED灯串包括多个串接的LED灯；LED灯串的正极接电源正极Vcc；LED灯串的负极接三 极管的C极，三极管的E极经第二电阻R2接地；三极管的B极的接MCU的输出端。电源正极Vcc为5V，A/D转换器为8位串行输出型转换器。
光强传感器通过可调放大倍数放大器与MCU的ADC端相连；
可调放大倍数的放大器包括运算放大器U1和多路开关U2；多路开关U2为四选一选择器；
光强传感器的输出端Vin经电阻R0接运算放大器U1的反相输入端；运算放大器U1的 同相输入端经电阻R06接地，运算放大器U1的同向输入端还分别经4个电阻R01-R04接四选 一选择器的4个输入通道，四选一选择器的输出通道接运算放大器U1的输出端Vout，Vout 接MCU的ADC端；
MCU的2个输出端口分别接四选一选择器的通道选端A和B；
运算放大器U1采用LM393器件。
Vout与Vin的计算公式：
Vout＝Vin*(Rx+R0)/R0；其中，Rx＝R01，R02，R03或R04；基于选通端AB来确定选择哪 一个电阻；且R01，R02，R03和R04各不相同；优选的R04＝5*R03＝25*R02＝100*R01；R01＝5*R0. 可以方便地实现量程和精度切换。
Claims (10)
1.一种喷头升降定位机构，其特征在于，包括升降导向架(1)、滚珠丝杆(2)和伺服电机(6)；
喷头安装在安装框架上；
升降导向架和滚珠丝杆均为2个，2个滚珠丝杆分别安装在2个升降导向架上；安装有喷头的安装框架的两端套装在2个滚珠丝杆上；滚珠丝杆由伺服电机(6)驱动；伺服电机旋转时，能通过滚珠丝杆的传动带动安装框架及喷头升降；
安装框架上设有用于检测安装框架倾角的倾角传感器；
2个滚珠丝杆分别由2个独立的伺服电机驱动；
倾角传感器与MCU相连；伺服电机受控于MCU。
2.根据权利要求1所述的喷头升降定位机构，其特征在于，安装框架通过弹性联接件(5)与升降导向架连接。
3.根据权利要求1所述的喷头升降定位机构，其特征在于，安装框架或弹性联接件上设有多个上下位置定位件(3)，上下位置定位件为安装框架的下降提供下端的限位。
4.根据权利要求2所述的喷头升降定位机构，其特征在于，上下位置定位件为4个，弹性联接件为2个，每一个弹性联接件上各设有2个上下位置定位件。
5.根据权利要求1所述的喷头升降定位机构，其特征在于，升降导向架上设有防坠落装置。
6.根据权利要求5所述的喷头升降定位机构，其特征在于，防坠落装置为弹簧；弹簧的上端设置在升降导向架的上端，弹簧的下端连接安装框架。
7.根据权利要求1所述的喷头升降定位机构，其特征在于，倾角传感器为陀螺仪。
8.根据权利要求1-7任一项所述的喷头升降定位机构，其特征在于，安装框架上设有多个喷头。
9.一种打印装置，其特征在于，包括安装框架和用于驱动安装框架的喷头升降定位机构；安装框架中设有多个喷头；
所述的喷头升降定位机构为权利要求1-8任一项所述的喷头升降定位机构。
10.根据权利要求9所述的打印装置，其特征在于，所述的喷头为64个。
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