CN117123933A - 一种基于滑轨驱动的新型飞秒激光导光臂结构 - Google Patents

一种基于滑轨驱动的新型飞秒激光导光臂结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于滑轨驱动的新型飞秒激光导光臂结构，包括工作台、导光臂以及用于驱动所述导光臂的关节在所述工作台上运动的滑轨驱动装置；其中，所述滑轨驱动装置包括设置在所述工作台上的竖向滑轨驱动机构以及横向滑轨驱动机构；所述竖向滑轨驱动机构用于驱动所述导光臂的关节沿着竖直方向运动；所述横向滑轨驱动机构用于驱动所述导光臂的关节沿着横向方向运动。该导光臂结构在变速的过程中，可以降低导光臂的振动对激光加工的影响，提高了导光臂的位置精度以及加工精度。

Description

一种基于滑轨驱动的新型飞秒激光导光臂结构
技术领域
本发明涉及导光臂技术领域，具体涉及一种基于滑轨驱动的新型飞秒激光导光臂结构。
背景技术
飞秒激光技术是20世纪发展起来的新型加工技术，具有以下优点：
(1)加工时间短，瞬时功率高。1个单位飞秒等于10-15秒，飞秒激光脉冲持续时间在几个飞秒左右，其瞬时功率可以达到1014W。
(2)加工精度高，靶向聚焦定位十分精确。飞秒激光能够聚焦到臂头发直径还要小得多的细微区域，可精确到±5μm。
(3)对加工材料的破坏小，可加工的材料种类多。飞秒激光在聚焦后光照强度高达1026W/m2，加工材料表面被照射的原子可迅速被解离，能量还来不及传递到晶格上，加工就已经完成。对样品而言，几乎没有热效应与冲击振动带来的影响。
相比传统切割技术，飞秒激光技术具备切割精度高、效率高、可切割材料多等优点，现如今广泛应用于制造业、生命医疗等领域。飞秒激光加工十分迅速，因而其光路的控制、聚焦需要能够在短时间内做到十分精确。在激光切割技术中，一般采用导光臂来传导激光，使激光沿着预设路径切割样品。因此，导光臂在切割样品时的运动精度直接影响着样品切割的精度。
现有技术中的导光臂主要采用连杆机构，连杆机构结构简单，制造精度较高，运动自由度高，使光源有较大切割范围。然而，导光臂的运动精度主要取决于连接副处的机构控制，现在市面上广泛采用电机直接驱动，通过电机直接驱动导光臂运动，使得导光臂在减速过程中，导光臂会产生不小的振动，该振动直接降低导光臂的位置精度以及加工精度。
发明内容
本发明的目的在于克服上述存在的问题，提供一种基于滑轨驱动的新型飞秒激光导光臂结构，该导光臂结构在变速的过程中，可以降低导光臂的振动对激光加工的影响，提高了导光臂的位置精度以及加工精度。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种基于滑轨驱动的新型飞秒激光导光臂结构，包括工作台、导光臂以及用于驱动所述导光臂的关节在所述工作台上运动的滑轨驱动装置；其中，所述滑轨驱动装置包括设置在所述工作台上的竖向滑轨驱动机构以及横向滑轨驱动机构；所述竖向滑轨驱动机构用于驱动所述导光臂的关节沿着竖直方向运动；所述横向滑轨驱动机构用于驱动所述导光臂的关节沿着横向方向运动。
上述基于滑轨驱动的新型飞秒激光导光臂结构的工作原理是：
工作时，通过竖向滑轨驱动机构可以驱动导光臂的关节沿着竖直方向运动，横向滑轨驱动机构可以驱动导光臂的关节沿着横向方向运动，竖直方向运动和横向方向运动均通过导轨驱动的方式控制导光臂运动，使得导光臂运动的更加平稳，可以减小导光臂的振动，降低导光臂的振动对激光加工的影响，提高了导光臂的位置精度以及加工精度。
本发明的一个优选方案，其中，所述滑轨驱动装置的数量至少设有两个，一个滑轨驱动装置对应驱动一个所述关节。通过多个滑轨驱动装置相互配合驱动导光臂的关节运动，从而实现对导光臂的运动控制。
优选地，滑轨驱动装置的数量为两个，两个滑轨驱动装置分别对应驱动相邻的两个关节。通过两个滑轨驱动装置分别配合驱动关节运动，可以实现对导光臂的精确运动控制。
优选地，所述竖向滑轨驱动机构包括横向滑动设置在所述工作台上的竖向导轨、滑动设置在所述竖向导轨上的竖向滑块以及用于驱动所述竖向滑块在所述竖向导轨上进行竖向运动的竖向驱动电机；其中，所述关节与所述竖向滑块连接。上述结构中，通过竖向驱动电机驱动竖向滑块在竖向导轨上运动，带动关节也跟着进行竖向运动。
优选地，所述横向滑轨驱动机构包括设置在所述工作台上的横向导轨、滑动设置在所述横向导轨上的横向滑块以及用于驱动所述横向滑块在所述横向导轨上进行横向运动的横向驱动电机；其中，所述竖向导轨与所述横向滑块连接。上述结构中，通过横向驱动电机驱动横向滑块在横向导轨上运动，带动竖向导轨也跟着横向滑块运动，进而实现关节也跟着竖向导轨进行横向运动。通过两个竖向驱动电机以及两个横向驱动电机相互配合，可以实现对导光臂的运动控制，且在横向导轨和竖向导轨的配合下，加上横向滑块与竖向滑块的质量大，可以实现稳定的运动，能够很好的减小导光臂的振动。
优选地，所述关节与所述竖向滑块之间通过连接销连接。通过连接销连接，使得关节在竖向滑块上可以灵活运动，防止关节出现卡死的现象。
优选地，所述工作台上设置导向槽，所述导向槽沿着横向延伸，所述工作台与所述竖向导轨之间设有滑动底座；所述滑动底座的上端与所述竖向导轨的下端固定连接，所述滑动底座的下端与所述导向槽滑动配合连接。通过设置导向槽和竖向导轨，一方面便于对竖向导轨的安装，另一方面，由于竖向导轨质量大，通过导向槽和横向导轨共同引导，进一步提高竖向导轨横向运动的稳定性。
优选地，两个所述横向导轨成一体设置。其目的在于，两个横向导轨成一体设置，可以使得两个横向导轨变成一个横向导轨，使得结构非常紧凑，将两个横向滑块安装在一个横向导轨上，节省了成本。
优选地，所述横向导轨通过支撑架固定连接在所述工作台上。通过支撑架，可以将横向导轨更好地安装在工作台上。
优选地，所述竖向导轨与所述横向滑块之间通过连接块连接，连接块可以起到加强支撑刚度的作用。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明中的新型飞秒激光导光臂结构，通过竖向滑轨驱动机构以及横向滑轨驱动机构驱动导光臂运动，采用导轨驱动的方式控制导光臂运动，使得导光臂在变速的过程中，可以降低导光臂的振动对激光加工的影响，提高了导光臂的位置精度以及加工精度。
附图说明
图1为本发明中的一种基于滑轨驱动的新型飞秒激光导光臂结构的其中一种具体实施方式的结构示意图。
图2-图3为本发明中的新型飞秒激光导光臂结构的不同视角方向的立体结构示意图。
图4为图3中A处的局部放大图。
图5为本发明中的关节与竖向滑轨驱动机构的连接关系示意图。
图6为图5中B处的局部放大图。
图7为本发明中的连接销与竖向滑轨驱动机构的连接关系示意图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员很好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不仅限于此。
实施例1
参见图1-图3，本实施例公开了一种基于滑轨驱动的新型飞秒激光导光臂结构，包括工作台1、导光臂2以及用于驱动所述导光臂2的关节2-1在所述工作台1上运动的滑轨驱动装置3；其中，所述滑轨驱动装置3包括设置在所述工作台1上的竖向滑轨驱动机构4以及横向滑轨驱动机构5；所述竖向滑轨驱动机构4用于驱动所述导光臂2的关节2-1沿着竖直方向运动；所述横向滑轨驱动机构5用于驱动所述导光臂2的关节2-1沿着横向方向运动。
参见图1-图4，所述导光臂2包括多个导光筒2-2，所述关节2-1设置在导光筒2-2上，便于导光筒2-2运动，相邻的两个导光筒2-2通过一个关节2-1连接。
参见图1-图4，所述滑轨驱动装置3的数量至少设有两个，一个滑轨驱动装置3对应驱动一个所述关节2-1。通过多个滑轨驱动装置3相互配合驱动导光臂2的关节2-1运动，从而实现对导光臂2的运动控制。通过滑轨驱动装置3驱动关节2-1运动，从而控制导光臂2的运动轨迹。
参见图1-图4，滑轨驱动装置3的数量为两个，两个滑轨驱动装置3分别对应驱动相邻的两个关节2-1。通过两个滑轨驱动装置3分别配合驱动关节2-1运动，可以实现对导光臂2的精确运动控制。
参见图1-图7，所述竖向滑轨驱动机构4包括横向滑动设置在所述工作台1上的竖向导轨6、滑动设置在所述竖向导轨6上的竖向滑块7以及用于驱动所述竖向滑块7在所述竖向导轨6上进行竖向运动的竖向驱动电机8；其中，所述关节2-1与所述竖向滑块7连接。上述结构中，通过竖向驱动电机8驱动竖向滑块7在竖向导轨6上运动，带动关节2-1也跟着进行竖向运动。
参见图1-图4，所述横向滑轨驱动机构5包括设置在所述工作台1上的横向导轨9、滑动设置在所述横向导轨9上的横向滑块10以及用于驱动所述横向滑块10在所述横向导轨9上进行横向运动的横向驱动电机11；其中，所述竖向导轨6与所述横向滑块10连接。上述结构中，通过横向驱动电机11驱动横向滑块10在横向导轨9上运动，带动竖向导轨6也跟着横向滑块10运动，进而实现关节2-1也跟着竖向导轨6进行横向运动。本实施例中，采用冗余机构的技术控制导光臂2运动，利用两个横向驱动电机11控制导光臂2做一个水平横向运动，更好地控制导光臂2的运动精度。
本实施例中，通过两个竖向驱动电机8以及两个横向驱动电机11(一共四个电机)相互配合，使得竖向滑块7共有2个自由度，可以实现对导光臂2的运动控制，且在横向导轨9和竖向导轨6的配合下，加上横向滑块10与竖向滑块7的质量大，可以实现稳定的运动，能够很好的减小导光臂2的振动。通过四个电机单独驱动导光臂2运动，相比传统的导光臂2机构，本实施例可以更好地控制导光臂2的精度。
参见图1-图7，所述关节2-1与所述竖向滑块7之间通过连接销12连接。通过连接销12连接，使得关节2-1在竖向滑块7上可以灵活运动，防止关节2-1出现卡死的现象。
所述连接销12为圆柱销钉，所述关节2-1与所述圆柱销钉转动连接。
参见图1-图7，从机构学分析，本实施例中的导光臂2的自由度为2，两个竖向导轨6所对应的两个关节2-1中，与左端的竖向导轨6连接的关节2-1(左端关节2-1)的坐标为(x1，y1)；与右端的竖向导轨6连接的关节2-1(右端关节2-1)的坐标为(x2，y2)，控制x1与y1的竖向驱动电机8以及横向驱动电机11、控制x2与y2的竖向驱动电机8以及横向驱动电机11应当满足约束条件f(x1,y1,x2,y2)＝(x2-x1)2+(y2-y1)2-L12＝0，L1为两个关节2-1之间的距离，右端关节2-1的一端为导管口，另一端与导光筒2-2连接；所述x2和y2坐标范围即为导光口的横向运动范围和纵向运动范围。调节导管臂的水平长度可实现不同的运动范围。因此，该结构可实现运动范围广的优势。另外，在实施例1所示结构的基础上，还可实现3自由度的导光臂，只需要增设沿z轴方向的导轨及其固定装置即可，具体参见实施例2。
参见图1-图3，所述工作台1上设置导向槽13，所述导向槽13沿着横向延伸，所述工作台1与所述竖向导轨6之间设有滑动底座14；所述滑动底座14的上端与所述竖向导轨6的下端固定连接，所述滑动底座14的下端与所述导向槽13滑动配合连接。通过设置导向槽13和竖向导轨6，一方面便于对竖向导轨6的安装，另一方面，由于竖向导轨6质量大，通过导向槽13和横向导轨9共同引导，进一步提高竖向导轨6横向运动的稳定性。
参见图1-图4，两个所述横向导轨9成一体设置，形成一个长横向导轨，所述两个横向驱动电机11对称设置在长横向导轨的两端。其目的在于，两个横向导轨9成一体设置，可以使得两个横向导轨9变成一个长横向导轨，使得结构非常紧凑，将两个横向滑块10安装在一个长横向导轨上，节省了成本。
参见图1-图4，所述横向导轨9通过支撑架15固定连接在所述工作台1上。通过支撑架15，可以将横向导轨9更好地安装在工作台1上。所述支撑架15通过多个螺钉固定在工作台1上。
参见图1-图4，所述工作台1上设有凸起部1-1，所述支撑架15固定在所述凸起部1-1上。
参见图1-图4，所述竖向导轨6与所述横向滑块10之间通过连接块16连接，连接块16可以起到加强支撑刚度的作用。
本实施例中的新型飞秒激光导光臂结构，导光臂2末端的激光垂直于工作台1的台面，竖向滑轨驱动机构4起到调节焦距的作用；导光臂2末端也可以通过改变末端的机械手朝向使其平行于工作台1的台面，通过竖向滑轨驱动机构4的驱动从而改变激光的高低位置。
参见图1-图4，所述横向驱动电机11与横向滑块10之间、所述竖向驱动电机8与竖向滑块7之间均通过丝杆传动机构连接。通过丝杆传动机构，可以将横向驱动电机11的动力传递至横向滑块10上，将竖向驱动电机8动力传递至竖向滑块7上。
参见图1-图4，上述基于滑轨驱动的新型飞秒激光导光臂结构的工作原理是：
工作时，通过竖向滑轨驱动机构4可以驱动导光臂2的关节2-1沿着竖直方向(Y轴方向)运动，横向滑轨驱动机构5可以驱动导光臂2的关节2-1沿着横向方向(X轴方向)运动，竖直方向运动和横向方向运动均通过导轨驱动的方式控制导光臂2运动，使得导光臂2运动的更加平稳，可以减小导光臂2的振动，降低导光臂2的振动对激光加工的影响，提高了导光臂2的位置精度以及加工精度。
实施例2
参见图1，本实施例中的其它结构与实施例1相同，不同之处在于，新型飞秒激光导光臂结构还包括用于驱动所述导光臂2沿着纵向方向移动的纵向滑轨驱动机构。所述横向滑轨驱动机构5的驱动方向为X轴，所述竖向滑轨驱动机构4的驱动方向为Y轴，所述纵向滑轨驱动机构的驱动方向Y轴。通过设置纵向滑轨驱动机构，进一步提高导光臂2运动的灵活性。
所述工作台1上可设置底板，所述导向槽13设置在所述底板上，所述纵向滑轨驱动机构可以设置在底板与工作台1之间，驱动底板沿着纵向方向运动，进而带动滑轨驱动装置3运动，从而带动导光臂2运动。
所述纵向滑轨驱动机构包括设置在所述工作台1上的纵向导轨、滑动设置在所述纵向导轨上的纵向滑块以及用于驱动所述纵向滑块在所述纵向导轨上进行纵向运动的纵向驱动电机；其中，所述纵向滑块与所述底板连接。
上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于滑轨驱动的新型飞秒激光导光臂结构，其特征在于，包括工作台、导光臂以及用于驱动所述导光臂的关节在所述工作台上运动的滑轨驱动装置；其中，所述滑轨驱动装置包括设置在所述工作台上的竖向滑轨驱动机构以及横向滑轨驱动机构；所述竖向滑轨驱动机构用于驱动所述导光臂的关节沿着竖直方向运动；所述横向滑轨驱动机构用于驱动所述导光臂的关节沿着横向方向运动。
2.根据权利要求1所述的一种基于滑轨驱动的新型飞秒激光导光臂结构，其特征在于，所述滑轨驱动装置的数量至少设有两个，一个滑轨驱动装置对应驱动一个所述关节。
3.根据权利要求2所述的一种基于滑轨驱动的新型飞秒激光导光臂结构，其特征在于，滑轨驱动装置的数量为两个，两个滑轨驱动装置分别对应驱动相邻的两个关节。
4.根据权利要求1或3所述的一种基于滑轨驱动的新型飞秒激光导光臂结构，其特征在于，所述竖向滑轨驱动机构包括横向滑动设置在所述工作台上的竖向导轨、滑动设置在所述竖向导轨上的竖向滑块以及用于驱动所述竖向滑块在所述竖向导轨上进行竖向运动的竖向驱动电机；其中，所述关节与所述竖向滑块连接。
5.根据权利要求4所述的一种基于滑轨驱动的新型飞秒激光导光臂结构，其特征在于，所述横向滑轨驱动机构包括设置在所述工作台上的横向导轨、滑动设置在所述横向导轨上的横向滑块以及用于驱动所述横向滑块在所述横向导轨上进行横向运动的横向驱动电机；其中，所述竖向导轨与所述横向滑块连接。
6.根据权利要求4所述的一种基于滑轨驱动的新型飞秒激光导光臂结构，其特征在于，所述关节与所述竖向滑块之间通过连接销连接。
7.根据权利要求4所述的一种基于滑轨驱动的新型飞秒激光导光臂结构，其特征在于，所述工作台上设置导向槽，所述导向槽沿着横向延伸，所述工作台与所述竖向导轨之间设有滑动底座；所述滑动底座的上端与所述竖向导轨的下端固定连接，所述滑动底座的下端与所述导向槽滑动配合连接。
8.根据权利要求5所述的一种基于滑轨驱动的新型飞秒激光导光臂结构，其特征在于，两个所述横向导轨成一体设置。
9.根据权利要求8所述的一种基于滑轨驱动的新型飞秒激光导光臂结构，其特征在于，所述横向导轨通过支撑架固定连接在所述工作台上。
10.根据权利要求5所述的一种基于滑轨驱动的新型飞秒激光导光臂结构，其特征在于，所述竖向导轨与所述横向滑块之间通过连接块连接。
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