皮秒雷射加工設備的高精度z軸載物平臺的製作方法
2023-07-27 15:35:06
專利名稱：：皮秒雷射加工設備的高精度z軸載物平臺的製作方法
技術領域：
：本實用新型涉及皮秒雷射精加工設備，尤其涉及皮秒雷射加工設備的高精度z軸載物平臺。
背景技術：
：目前，雷射精細加工設備中Z軸載物平臺一般由電機旋轉運動帶動滾珠絲杆進行直線運動，再由滾珠絲杆的直線運動帶動載物平臺實現垂直升降。Z軸載物平臺要求平臺在一定行程範圍內能隨時精確定位，從而滿足機器的運動和加工工藝要求；其重複定位精度一般在±35um，這個精度遠不能滿足皮秒雷射精細加工設備的升降精度要求。
發明內容本實用新型的目的是克服現有技術存在的不足，提供一種皮秒雷射加工設備的高精度Z軸載物平臺，可以很好地滿足皮秒雷射精細加工設備的升降精度要求。本實用新型的目的通過以下技術方案來實現皮秒雷射加工設備的高精度Z軸載物平臺，特點是在Z平臺底板上固定Z固定板，所述Z固定板上安裝豎立的導軌，在所述導軌上安裝一可沿導軌上下運動的升降板，用於控制升降板上下運動的壓電陶瓷電機安裝在Z平臺底板上，所述壓電陶瓷電機驅動升降板沿導軌上下運動，在所述升降板的前側面固定一豎立的前側板，在所述升降板的後側面固定一豎立的後側板，前側板與後側板為平行對稱設置；還在所述Z固定板上設置傳感器，相應地，在前側板或後側板的內側面上設置傳感器感應片；在所述Z固定板上設置讀數頭，相應地，在前側板或後側板的內側面上貼有光柵尺；在所述前側板和後側板上放置治具板，在所述治具板上沿橫向設置一橫定位塊、沿縱向設置一縱定位塊。進一步地，上述的皮秒雷射加工設備的高精度Z軸載物平臺，其中，在所述Z平臺底板上且位於前側板內側的左右兩端分別設置一定滑輪機構，對應地，在所述Z平臺底板上且位於後側板內側的左右兩端也分別設置一定滑輪機構；在前側板右端的定滑輪機構與後側板右端的定滑輪機構之間安放右配重塊，前側板的右端連接一鋼絲繩，鋼絲繩經前側板右端的定滑輪機構牽引於右配重塊，後側板的右端也連接一鋼絲繩，鋼絲繩經後側板右端的定滑輪機構牽引於右配重塊；相應地，在前側板左端的定滑輪機構與後側板左端的定滑輪機構之間安放左配重塊，前側板的左端連接一鋼絲繩，鋼絲繩經前側板左端的定滑輪機構牽引於左配重塊，後側板的左端也連接一鋼絲繩，鋼絲繩經後側板左端的定滑輪機構牽引於左配重塊。更進一步地，上述的皮秒雷射加工設備的高精度Z軸載物平臺，其中，在所述治具板上且與前側板和後側板鎖固的部位設置有平面度調節螺絲孔。更進一步地，上述的皮秒雷射加工設備的高精度Z軸載物平臺，其中，所述Z固定板的頂部設置有止擋螺栓。再進一步地，上述的皮秒雷射加工設備的高精度Z軸載物平臺，其中，所述Z固定板呈L形結構，包括一水平面和一垂直面，Z固定板的水平面與Z平臺底板固定連接，Z固定板的垂直面上安裝豎立的導軌。再進一步地，上述的皮秒雷射加工設備的高精度Z軸載物平臺，其中，所述壓電陶瓷電機通過電機安裝板固定在Z平臺底板上，所述電機安裝板呈L形結構，包括一水平面和一垂直面，電機安裝板的水平面與Z平臺底板固定連接，電機安裝板的垂直面上安裝壓電陶瓷電機。本實用新型技術方案突出的實質性特點和顯著的進步主要體現在本實用新型設計新穎，採用解析度高的壓電陶瓷電機控制Z軸啟停和升降動作，採用光柵尺保證其升降定位精度，用兩組配重機構解決壓電陶瓷電機動態推力和靜態保持力不足的問題，其升降定位精度可達士lum。製造成本低、功能卓越，為一實用的新設計。以下結合附圖對本實用新型技術方案作進一步說明圖la:在Z平臺底板上安裝升降機構的示意圖；圖lb:圖la的立體結構示意圖；圖2a:在圖la的基礎上安裝側板的示意圖；圖2b:圖2a的立體結構示意圖；圖3a:在圖2a的基礎上安裝配重機構的示意圖；圖3b:圖3a的立體結構示意圖；圖4a:在圖3a的基礎上安裝治具板的示意圖；圖4b:圖4a的立體結構示意圖。圖中各附圖標記的含義見下表tableseeoriginaldocumentpage4tableseeoriginaldocumentpage5具體實施方式皮秒雷射加工設備的高精度Z軸載物平臺，如圖la、圖lb，Z平臺底板1為基礎部件，在Z平臺底板1上固定Z固定板2，Z固定板2呈L形結構，包括一水平面和一垂直面，Z固定板2的水平面與Z平臺底板1固定連接，Z固定板2的垂直面上安裝豎立的導軌3，在導軌3上安裝一可沿導軌3上下運動的升降板4，用於控制升降板4上下運動的壓電陶瓷電機7通過電機安裝板6固定在Z平臺底板1上，電機安裝板6呈L形結構，包括一水平面和一垂直面，電機安裝板6的水平面與Z平臺底板1固定連接，電機安裝板6的垂直面上安裝壓電陶瓷電機7，在升降板4上貼有陶瓷片，當壓電陶瓷電機7通電後，壓電陶瓷電機7的手指蠕動通過陶瓷片撥動升降板4作上下直線運動，即由壓電陶瓷電機7驅動升降板4沿導軌3上下運動；在Z固定板2的頂部設置有止擋螺栓5，作為升降板4上下運動的機械限位。Z平臺底板1有四個沉頭孔用於固定整個Z平臺，且拆裝整個Z平臺都不用拆卸其它任何零件，安裝維護方便。如圖2a、圖2b，在升降板4的前側面固定一豎立的前側板8，在升降板4的後側面固定一豎立的後側板9，前側板8與後側板9為平行對稱設置；還在Z固定板2上設置傳感器IO，相應地，在前側板8或後側板9的內側面上設置傳感器感應片11;傳感器10和傳感器感應片11的組合運用，用於升降上下極限的電氣限位。在Z固定板2上設置讀數頭，相應地，在前側板8或後側板9的內側面上貼有光柵尺12;用光柵尺12精確量測升降位置並反饋其升降位置信息給平臺的控制系統，使其與壓電陶瓷電機配合控制達到精準的定位。[0026]如圖3a、圖3b，在Z平臺底板l上且位於前側板8內側的左右兩端分別設置一定滑輪機構，對應地，在Z平臺底板1上且位於後側板9內側的左右兩端也分別設置一定滑輪機構；在前側板8右端的定滑輪機構與後側板9右端的定滑輪機構之間安放右配重塊15，前側板8的右端連接一鋼絲繩14，鋼絲繩14經前側板右端的定滑輪機構13牽引於右配重塊15，後側板9的右端也連接一鋼絲繩，鋼絲繩經後側板9右端的定滑輪機構牽引於右配重塊15;相應地，在前側板8左端的定滑輪機構與後側板9左端的定滑輪機構之間安放左配重塊，前側板8的左端連接一鋼絲繩，鋼絲繩經前側板8左端的定滑輪機構牽引於左配重塊，後側板9的左端也連接一鋼絲繩，鋼絲繩經後側板9左端的定滑輪機構牽引於左配重塊。兩配重塊的重量用於平衡升降機構包括兩側板、升降板、治具板和待加工工件的總重量，以此確保壓電陶瓷電機不至於過載，從而很好地解決了壓電陶瓷電機動態推力和靜態保持力小的問題。如圖4a、圖4b，在前側板8和後側板9上放置治具板16，治具板16用於承載待加工工件，在治具板16上沿橫向設置一橫定位塊17、沿縱向設置一縱定位塊18，橫定位塊17和縱定位塊18相互垂直固定於治具板16上用於待加工工件的橫向和縱向的定位；治具板16和兩側板鎖固的每個定位孔旁邊均有一個平面度調節螺絲孔，用於調節治具板16的平面度，該結構簡單，調節操作方便實用。具體應用時，設備通電後壓電陶瓷電機7自動找光柵原點(載物臺自動升降復位到光柵原點位置)，由於壓電陶瓷電機是通過AB5伺服驅動器控制，由設備操作人員在軟體控制操作面板上輸入需要上升或下降的距離，AB5驅動器得到上位機指令後，驅動壓電陶瓷電機手指發生蠕動撥動升降板4上的陶瓷片，從而帶動升降機構作上升或下降運動。採用精密壓電陶瓷電機控制Z軸載物平臺的啟停和升降，用交叉滾珠導軌保證其升降的方向和穩定性，用光柵尺保證其升降的定位精度。光柵尺和壓電陶瓷電機配合控制，具有很高的定位精度，壓電陶瓷電機每步解析度高於20nm。運用定滑輪原理，採用配重機構平衡升降機構的本身重量，以此確保壓電陶瓷電機不至於過載，從而很好地解決了壓電陶瓷電機動態推力和靜態保持力小的問題。螺紋調節平臺的平面度，結構簡單，操作方便實用。Z平臺是一個整體結構，其底板有安裝孔，拆裝整個Z平臺不用拆卸其它任何零件，安裝和維護方便。綜上所述，本實用新型設計獨特，結構簡潔緊湊，採用解析度高的精密壓電陶瓷電機控制Z軸啟停和升降動作，由光柵尺保證其升降定位精度，精度高，成本低，使用簡潔，經濟效益和社會效應顯著，堪稱是具有新穎性、創造性、實用性的好技術，市場應用前景廣闊。需要理解到的是上述說明並非是對本實用新型的限制，在本實用新型構思範圍內，所進行的添加、變換、替換等，也應屬於本實用新型的保護範圍。權利要求皮秒雷射加工設備的高精度Z軸載物平臺，其特徵在於在Z平臺底板(1)上固定Z固定板(2)，在所述Z固定板(2)上安裝豎立的導軌(3)，在所述導軌(3)上安裝一可沿導軌(3)上下運動的升降板(4)，用於控制升降板(4)上下運動的壓電陶瓷電機(7)安裝在Z平臺底板(1)上，所述壓電陶瓷電機(7)驅動升降板(4)沿導軌(3)上下運動，在所述升降板(4)的前側面固定一豎立的前側板(8)，在所述升降板(4)的後側面固定一豎立的後側板(9)，前側板(8)與後側板(9)為平行對稱設置；還在所述Z固定板(2)上設置傳感器(10)，相應地，在前側板(8)或後側板(9)的內側面上設置傳感器感應片(11)；在所述Z固定板(2)上設置讀數頭，相應地，在前側板(8)或後側板(9)的內側面上貼有光柵尺(12)；在所述前側板(8)和後側板(9)上放置治具板(16)，在所述治具板(16)上沿橫向設置一橫定位塊(17)、沿縱向設置一縱定位塊(18)。2.根據權利要求1所述的皮秒雷射加工設備的高精度Z軸載物平臺，其特徵在於在所述Z平臺底板(1)上且位於前側板(8)內側的左右兩端分別設置一定滑輪機構，對應地，在所述Z平臺底板(1)上且位於後側板(9)內側的左右兩端也分別設置一定滑輪機構；在前側板(8)右端的定滑輪機構與後側板(9)右端的定滑輪機構之間安放右配重塊(15)，前側板(8)的右端連接一鋼絲繩(14)，鋼絲繩(14)經前側板右端的定滑輪機構(13)牽引於右配重塊(15)，後側板(9)的右端也連接一鋼絲繩，鋼絲繩經後側板(9)右端的定滑輪機構牽引於右配重塊(15);相應地，在前側板(8)左端的定滑輪機構與後側板(9)左端的定滑輪機構之間安放左配重塊，前側板(8)的左端連接一鋼絲繩，鋼絲繩經前側板(8)左端的定滑輪機構牽引於左配重塊，後側板(9)的左端也連接一鋼絲繩，鋼絲繩經後側板(9)左端的定滑輪機構牽弓I於左配重塊。3.根據權利要求1所述的皮秒雷射加工設備的高精度Z軸載物平臺，其特徵在於在所述治具板(16)上且與前側板(8)和後側板(9)鎖固的部位設置有平面度調節螺絲孔(19)。4.根據權利要求1所述的皮秒雷射加工設備的高精度Z軸載物平臺，其特徵在於所述Z固定板(2)的頂部設置有止擋螺栓(5)。5.根據權利要求1所述的皮秒雷射加工設備的高精度Z軸載物平臺，其特徵在於所述Z固定板(2)呈L形結構，包括一水平面和一垂直面，Z固定板(2)的水平面與Z平臺底板(1)固定連接，Z固定板(2)的垂直面上安裝豎立的導軌(3)。6.根據權利要求1所述的皮秒雷射加工設備的高精度Z軸載物平臺，其特徵在於所述壓電陶瓷電機(7)通過電機安裝板(6)固定在Z平臺底板(1)上，所述電機安裝板(6)呈L形結構，包括一水平面和一垂直面，電機安裝板(6)的水平面與Z平臺底板(1)固定連接，電機安裝板(6)的垂直面上安裝壓電陶瓷電機(7)。專利摘要本實用新型涉及皮秒雷射加工設備的高精度Z軸載物平臺，在Z平臺底板上固定Z固定板，Z固定板上安裝豎立的導軌，在導軌上安裝可沿導軌上下運動的升降板，用於控制升降板上下運動的壓電陶瓷電機安裝在Z平臺底板上，在升降板的前側面固定一豎立的前側板，在升降板的後側面固定一豎立的後側板，前側板與後側板為平行對稱設置；在Z固定板上設置傳感器，在前側板或後側板的內側面上設置傳感器感應片；在Z固定板上設置讀數頭，在前側板或後側板的內側面上貼有光柵尺；在前側板和後側板上放置治具板。本實用新型採用解析度高的壓電陶瓷電機控制Z軸啟停和升降動作，光柵尺保證其升降定位精度，配重機構解決陶瓷電機動態推力和靜態保持力不足的問題。文檔編號B23K26/42GK201471092SQ20092023481公開日2010年5月19日申請日期2009年8月7日優先權日2009年8月7日發明者徐禮江,趙裕興申請人:蘇州德龍雷射有限公司