CN201613425U - 激光设备z轴调节装置 - Google Patents

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吴轩
熊五岳
韩小平
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Abstract

本实用新型涉及激光设备Z轴调节装置,其升降板与顶板通过底板和皮腔连接成一整体,滑座嵌入底板上的导向槽内,45度全反镜片安装在底板上,DP15航插安装在顶板上,聚焦头固连在升降板上,升降板与滚珠丝杆螺母固连,滚珠丝杆下端固连一旋钮,另一端与步进电机轴相连,滑座内腔左右对称的固定安装一对滑块,每个滑块上套着一精密直线导轨,每个精密直线导轨的下端与滚珠丝杆螺母固连,在一个精密直线导轨上安装有上极限感应板、下极限感应板,在滑座上安装着下极限开关、上极限开关。本实用新型复合电动、手动的功能,能快速的手工定位,适应加工大小不同体积的工件。

Description

激光设备Z轴调节装置
技术领域
本实用新型涉及激光领域,特别涉及一种用于激光设备中适用于激光焊接、激光切割的Z轴调节装置。
背景技术
这里说的“Z轴”,并不是指某一个具象的、杆状零件的轴,而是指一套完整的自动化系统:
在工业化自动控制中,一个独立的、可以进行“直线移动的精密电动工作台”被称之为“轴”,其间包括精密直线导轨副、精密滚珠丝杆、步进电机或伺服电机,带动工作台做精密的移动。
若将两套“直线移动的精密电动工作台”交叠使用,就可以实现X方向、和Y方向的二维移动,其结果就是实现了工作台在一个平面范围内:X方向、和Y方向任意位置的移动。
这个可以实现工作台在一个平面范围内任意位置移动、定位的系统中,其每一个单方向的移动系统,就被称之为“X轴”、和“Y轴”
如果要实现三维立体的控制(也就是自动控制专业中的“三轴联动”当然还有“多轴联动”),就需要再加上一套垂直于二维工作台的“直线移动的精密电动工作台”,这个垂直的直线移动的精密电动工作台被称之为“Z轴”。
由“X轴”、“Y轴”、Z轴”就共同组成了一个实现立体控制的封闭系统,可以进行三维立体的位置控制,如:进行复杂构件的焊接、切割等加工。
在激光焊接、激光切割的系统中,Z轴的作用主要是:
1、调整焦距;
2、根据工件的高低起伏,进行自动跟随而保证激光的焦距为恒定值。
从上可知,在激光设备中,Z轴系统是一个非常重要的部分,它与下面的二维工作台共同组成一个三维控制系统,实现全自动化的、立体的焊接和切割。
截止到目前的技术,常用Z轴的形态也就是普通一个水平单元(X轴,或Y轴)简单的换位安装而已,但是,作为垂直安装的Z轴,却是有着一个不同于水平安装的移动单元的,简单的进行“拿来”运用,存在着诸多的弊端。
如:在工业生产中,每一个产品都有其系列,从外形上,小的如米粒大小,大的需要用吊车起吊,激光加工设备若能涵盖这些产品,其Z轴的功能便需具有特殊性,若激光设备在进行焊接或切割这些工业对象时,其Z轴高低的调整需要大距离的调整,但是,在进行局部焊接或切割的三维联动时,Z轴又不需要做长距离的三维配合。
将Z轴做得足够长是可以满足要求,但是,其设备成本势必要高很多,另外,这样长距离的Z轴,在生产中的空行程率也将是很高,空行程也就是做无用功的行程,这样,也就大大的降低了生产效率。
发明内容
本实用新型的目的提供一种激光设备Z轴调节装置,本实用新型复合电动、手动的功能,能快速的手工定位,适应加工大小不同体积的工件,并设置有工业摄像机,能够全程监视工作过程,包括调焦的监视,激光焊接或切割的过程监视。本实用新型设置了全封闭结构,对机械运动部件,以及激光的光路都起到了保护作用。
本实用新型的目的可通过下述技术方案来实现:
激光设备Z轴调节装置,包括聚焦头、升降板、滚珠丝杆螺母、滚珠丝杆、精密直线导轨、滑块、滑座、步进电机、45度全反镜片、顶板、工业摄像机、DP15航插、坐标原点开关、原点开关支架、下极限感应板、下极限开关、上极限开关、滑移锁紧手柄、上极限感应板、底板、手动旋钮、皮腔,其特征在于:升降板与顶板之间通过底板和皮腔连接成一整体,底板上设有导向槽,滑座嵌入底板上的导向槽内,滑座可以在底板的导向槽中上下滑动,滑移锁紧手柄与滑座固定连接,45度全反镜片成45度安装在顶板上,顶板上与垂直光路同轴安装着工业摄像机,DP15航插安装在顶板上,且DP15航插为外部供电及信号输送的接插件,聚焦头固连在升降板上,且聚焦头与上面的45度全反镜片中心对齐,升降板与滚珠丝杆螺母固连,滚珠丝杆穿过升降板的下端固连一个旋钮,滚珠丝杆穿入滑座的上端与步进电机的轴相连,滑座的内腔左右对称的固定安装一对滑块,每个滑块上套着一精密直线导轨,每个精密直线导轨的下端与滚珠丝杆螺母固连,在滚珠丝杆螺母与一精密直线导轨之间安装有一个上极限感应板,在滑座上安装着下极限开关、上极限开关,步进电机安装在滑座上并通过联轴器与下面的滚珠丝杆固连,下极限感应板安装在精密直线导轨上,原点开关支架固定在滑座上面,在原点开关支架上端安装着一个坐标原点开关。
还包括连接板,连接板固定在底板上。连接板两边设有弧形槽,有用于安装固定之用,另弧形槽也可以将本Z轴整体偏转一个角度,实现激光在做焊接(切割)的偏转角度问题,这个偏转角度将由用户自己随意调整和固定。
本实用新型具有以下的特点:
一、复合了电动、手动的功能。
二、能快速的手工定位。
三、适应加工大小不同体积的工件。
四、配有工业摄像机,能够全程监视工作过程,包括调焦的监视,激光焊接或切割的过程监视。
五、全封闭结构,对机械运动部件,以及激光的光路都起到了保护作用。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为本实用新型的立体示意图。
图3为本实用新型的正面剖视图。
图4为本实用新型的侧面剖视图。
图5为本实用新型的横截面视图。
具体实施方式
结合附图对本实用新型作进一步的描述。
如图1、图2、图3、图4、图5所示,本实用新型包括聚焦头1、升降板2、滚珠丝杆螺母3、滚珠丝杆4、精密直线导轨5、滑块6、滑座7、步进电机8、45度全反镜片9、顶板10、工业摄像机11、DP15航插12、连接板13、坐标原点开关14、原点开关支架15、下极限感应板16、下极限开关17、上极限开关18、滑移锁紧手柄19、上极限感应板20、底板21、手动旋钮22、皮腔23,升降板2与顶板10之间通过底板21和皮腔23连接成一整体,底板21上设有导向槽,滑座7嵌入底板21上的导向槽内,滑座7可以在底板21的导向槽中上下滑动,滑移锁紧手柄19与滑座7固定连接,45度全反镜片9成45度安装在底板21上,顶板10上与垂直光路同轴安装着工业摄像机11,DP15航插12安装在顶板10上,且DP15航插12为外部供电及信号输送的接插件,连接板13固定在底板21上,聚焦头1固连在升降板2上,且聚焦头与上面的45度全反镜片9中心对齐,升降板2与滚珠丝杆螺母3固连,滚珠丝杆4穿过升降板2的下端固连一个旋钮22,滚珠丝杆4穿入滑座7的上端与步进电机8的轴相连,滑座7的内腔左右对称的固定安装一对滑块6,每个滑决6上套着一精密直线导轨5,每个精密直线导轨5的下端与滚珠丝杆螺母3固连,在滚珠丝杆螺母3与一精密直线导轨5之间安装有一个上极限感应板20,在滑座7上安装着下极限开关17、上极限开关18,步进电机8安装在滑座7上并通过联轴器与下面的滚珠丝杆4固连,下极限感应板16安装在精密直线导轨5上,原点开关支架15固定在滑座7上面,原点开关支架15的上端固定着坐标原点开关14。
聚焦头1固连在升降板2上,同时,聚焦头与上面的45度全反镜片9的中心对齐,激光将由垂直与底板21的方向射入,穿过连接板13、底板21,直射45度全反镜片9,而后反射到下面的聚焦头1的中心,经由聚焦头1将激光聚焦后,输出聚焦激光做功。
升降板2与滚珠丝杆螺母3固连,滚珠丝杆4穿过升降板2,并滚珠丝杆4的下端固连一个旋钮22,滚珠丝杆4的上端与步进电机8的轴相连,当用手旋转旋钮22时,将带动滚珠丝杆4、步进电机8的电机轴一起同步转动。
精密直线导轨5的下端与滚珠丝杆螺母3固连,在滚珠丝杆螺母3与一精密直线导轨5之间安装有一个上极限感应板20,这样,当旋转滚珠丝杆4时,将会带动滚珠丝杆螺母3做上下的运动,同时将带动精密直线导轨5、上极限感应板20、升降板2、聚焦头1一起做上下的运动。
这样的上下运动也可以由步进电机8来实现,当步进电机8旋转时,也将带动精密直线导轨5、上极限感应板20、升降板2、聚焦头1一起运动。
滑座7的内腔左右对称的固定安装一对滑块6,每个滑块6上套着一精密直线导轨5,这样的结果是:滑块6将不运动,而运动的却是精密直线导轨5。
在滑座7的上缘安装着步进电机8,通过联轴器与下面的滚珠丝杆4固连,当步进电机通电旋转时,将带动滚珠丝杆4同步转动,其结果就是带动升降板2聚焦头1做上下的运动,同步上下运动的还包括有上极限感应板20、下极限感应板(兼坐标原点感应板)16一起运动。
在滑座7内安装着下极限开关17、上极限开关18,经由步进电机8或是经由手动旋转旋钮22,将带动升降板、聚焦头1上下运动的同时,下极限感应板(兼坐标原点感应板)16将可以触碰下极限开关17,朝上运行时,上极限感应板20将触碰上极限开关18,以控制机构上下运行的两个极限位置。
在接近上极限位置的地方,安装有一个坐标原点开关14,让坐标原点开关获得感应的是下极限感应板(兼坐标原点感应板)16,为什么是下极限感应板16来感应坐标原点开关呢?当这个下极限感应板16向下运行时,是作为下极限开关触发板来使用的,下极限感应板16将触碰下极限开关17,若机构上行时,这个下极限感应板16将走“空行程”,这里是利用这个感应板去感应坐标原点开关14,也就是说,这个下极限感应板16有两个作用,机构下行是作为触碰下极限开关17的作用,机构上行便用做去感应坐标原点开关14了。
设置坐标原点,是自动控制中所必须要的一个重要定位基准,无论是平面坐标(X-Y二维系),还是空间的三维坐标(X-Y-Z三维系),都必须有各自的一个作为定位的“坐标原点”,这个坐标原点实际上也就是一个开关信号,机构实现这个开关信号的给定,就是在直线运动的一个接近极限位置的地方设置一个开关,这个开关让系统获得一个运行基准,也就是坐标的原点。
滑座7可以在底板21的导向槽中上下滑动,这个滑动是手动操作的,主要是用于大距离的滑移,滑座7在做上下位置调整时,将带动精密直线导轨的滑块6、精密直线导轨5、滚珠丝杆4、滚珠丝杆螺母3、步进电机8、升降板2、聚焦头1、上极限开关18、上极限开关感应板20、下极限开关17、下极限感应板(兼坐标原点感应板)16等,一起上下滑动。
滑座7以及安装在滑座7上面的所有部件一起滑动到理想位置时,将可以由滑移锁紧手柄19进行固定,参见图2、图4。
实现这个手动大距离的滑移,是本使用新型的一个特色,这个功能能提高工作效率,降低设备成本,因为,若将整个电动Z轴做得很长也是可以的,但是,制造成本就上去了,并且,在使用中,电动机要做长距离的运行也比较耗时,因为在自动控制中,作为三轴联动的机构,其运行速度一般不是很快,还有,Z轴过长,若需要很大的工作空间时,庞大的Z轴将无能为力,因为过长的Z轴不能自体缩短而腾出有效地工作空间。
45度全反镜片9由一套常用的镜片微调机构进行,就不包含于本实用新型之内,因此不加详述。
连接板13与底板21固连,连接板13两边的弧形槽将有用于安装固定之用,另弧形槽也可以将本Z轴整体偏转一个角度,实现激光在做焊接或切割的偏转角度问题,这个偏转角度将由用户自己随意调整和固定。
顶板10上与垂直光路同轴安装着工业摄像机11,工业摄像机(CCD)11的作用是用于激光的调焦监视、焊接或切割过程的监视,工业摄像机11将外接显示器,本说明书不加详细描述。
顶板10上还安装着DP15航插12,参见图1、图2,DP15航插12的作用是外部供电及信号输送的接插件,主要是为步进电机8提供驱动电力、以及脉冲信号,DP15航插12还包括上极限开关18、下极限开关17、坐标原点开关(光电开关)14信号的输出输入。
皮腔23主要是对整个机构起保护作用,包括光路的密封,都一并在这个皮腔之内,皮腔形如手风琴的风箱一样,可以自由的伸长和压缩。
具体的操作方法如下:
根据放置在二维工作台上的工件大小,将滑移锁紧手柄19松开(只需要将手柄19搬转一个不大的角度即可),此时,就可以用手托住升降板2,将整个滑动部件总成一起进行手动的上升和下降的操作,当调整到位后,便可以锁紧手柄19紧固,此时,本机构就可以作为电动Z轴使用了。
电动Z轴的工作,也就是由步进电机8的旋转带动聚焦头1,以及升降板等部件做上下的运动,运动受控于三轴联动的控制系统。

Claims (4)

1.激光设备Z轴调节装置,包括聚焦头、升降板、滚珠丝杆螺母、滚珠丝杆、精密直线导轨、滑块、滑座、步进电机、45度全反镜片、顶板、DP15航插、坐标原点开关、原点开关支架、下极限感应板、下极限开关、上极限开关、滑移锁紧手柄、上极限感应板、底板、手动旋钮、皮腔,其特征在于:升降板与顶板之间通过底板和皮腔连接成一整体,底板上设有导向槽,滑座嵌入底板上的导向槽内,滑移锁紧手柄与滑座固定连接,45度全反镜片成45度安装在底板上,DP15航插安装在顶板上,且DP15航插为外部供电及信号输送的接插件,聚焦头固连在升降板上,且聚焦头与上面的45度全反镜片中心对齐,升降板与滚珠丝杆螺母固连,滚珠丝杆穿过升降板的下端固连一个旋钮,滚珠丝杆穿入滑座的上端与步进电机的轴相连,滑座的内腔左右对称的固定安装一对滑块,每个滑块上套着一精密直线导轨,每个精密直线导轨的下端与滚珠丝杆螺母固连,在滚珠丝杆螺母与一精密直线导轨之间安装有一个上极限感应板,在滑座上安装着下极限开关、上极限开关,步进电机安装在滑座上并通过联轴器与下面的滚珠丝杆固连,下极限开关感应板安装在精密直线导轨,坐标原点开关固定在原点开关支架上,原点开关支架又固定在滑座的上面。
2.根据权利要求1所述的激光设备Z轴调节装置,其特征在于:还包括工业摄像机,顶板上与垂直光路同轴安装工业摄像机。
3.根据权利要求1所述的激光设备Z轴调节装置,其特征在于:还包括在连接板,连接板固定在底板上。
4.根据权利要求3所述的激光设备Z轴调节装置,其特征在于:连接板两边设有弧形槽。
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