CN115647580A - 一种精密平面运动机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种精密平面运动机构，属于激光加工技术领域，能有效实现加工小图形时运动精度和加工效率的统一，包括垂直设置且并联的X驱动组件和Y驱动组件、XY移动平台和安装背板，所述X驱动组件和所述Y驱动组件分别固定连接在所述安装背板上，并通过伸缩轴与所述XY移动平台固定连接。该平面运动机构中，X、Y驱动组件是并联结构，整体结构刚性比传统的串联结构更好，且整体重量更轻巧；运动精度高，能实现高精度小幅面运动，弥补机器人或者机床等在小幅面运动精度不足问题；XY平台为中空结构，激光可以从中心传输，结构更紧凑。
Description
技术领域
本发明涉及一种精密平面运动机构，属于激光加工技术领域。
背景技术
激光加工技术是一种极为灵活的加工方案，激光加工生产效率高、加工质量可靠，在汽车制造、航空航天和机械制造等各大行业广泛应用。激光加工***主要包括激光器、光路***和运动执行机构。激光器是整个***的核心，激光器发出的高能光束通过光纤或者其他光路传输部件传输后经过激光头整形聚焦。运动执行机构是承载工件与激光发生相对运动的机构，通常是机床或者机器人等，加工效率和精度很大程度上取决于运动执行机构的运动速度和精度。
传统的激光加工***中，光路***设置在运动执行机构末端，运动执行机构带动光束进行零件加工。由于运动执行机构自身重量很重，惯性大，通常在加工小图形时，只能降低加工速度以获得较好的加工精度。而对于六轴机器人这种串联运动机构，即使降低速度，在加工小图形时也难以获得高的运动精度。
为了解决以上问题，实现高效率和高精度的小图形加工，必须在运动执行机构末端在附加一种精密运动机构以弥补其自身精度差和效率低的问题。通常的技术方案为，在末端加上一组XY串联的模组，串联结构刚性差，且结构臃肿笨重。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种精密平面运动机构，能有效实现加工小图形时运动精度和加工效率的统一。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种精密平面运动机构，包括垂直设置且并联的X驱动组件和Y驱动组件、XY移动平台和安装背板，所述X驱动组件和所述Y驱动组件分别固定连接在所述安装背板上，并通过伸缩轴与所述XY移动平台固定连接。
由于驱动组件并联布置，X、Y驱动组件只承担XY平台上的负载的驱动力，而无需承担彼此的重力，XY移动平台是一种平面运动结构，上面有垂直布置的运动导轨。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述X驱动组件和所述Y驱动组件分别包括框架、第一同步带轮、第二同步带轮、同步带、驱动电机、密封盖板、接近传感器、接近触发片、伸缩轴、第一防撞垫、第二防撞垫、螺母、丝杆、驱动直线导轨、轴承座和皮带张紧板，所述驱动电机安装于所述皮带张紧板上，通过调整皮带张紧板位置，可以改变第一同步带轮和第二同步带轮的相对位置，起到张紧作用。
进一步，所述驱动直线导轨有两组，分别安装在所述框架内部底面上，所述丝杆和所述螺母位于两组所述驱动直线导轨中部，所述伸缩轴与所述丝杆同轴心，此种结构，伸缩轴的运动刚性高。
进一步，第一同步带轮和第二同步带轮可以是一样的，也可以设计为减速或者加速的配比，所述第一同步带轮和所述第二同步带轮的传动比为1/10～10/1。
进一步，伸缩轴的极限位置由接近传感器决定，为了防止伸缩杆与其他结构件的硬碰撞，还设置了防撞垫和防撞垫。
进一步，所述XY平台包括X运动板，负载安装板，Y运动板，第一直线导轨和第二直线导轨。
进一步，所述X运动板和所述Y运动板是一种中空的叉型结构，所述X运动板和所述X驱动组件的伸缩轴连接，所述Y运动板和所述Y驱动组件的伸缩轴连接。
进一步，所述负载安装板是一种中空结构，中部具有通光孔，所述通光孔孔径为5～100mm，所述负载安装板的上下面分别安装有运动方向互相垂直的所述第一直线导轨和所述第二直线导轨，X运动板和Y运动板的中空叉型结构刚好能在运动过程中避开此通光结构。
进一步，所述X驱动组件和所述Y驱动组件通过螺钉与所述安装背板固定连接。
进一步，所述X驱动组件和所述Y驱动组件的运动行程为5～100mm。
本发明的有益效果是：
1、X、Y驱动组件是并联结构，整体结构刚性比传统的串联结构更好，且整体重量更轻巧；
2、本机构运动精度高，能实现高精度小幅面运动，弥补机器人或者机床等在小幅面运动精度不足问题；
3、XY平台为中空结构，激光可以从中心传输，结构更紧凑。
附图说明
图1为本发明平面运动机构结构示意图；
图2为本发明X驱动组件结构示意图；
图3为本发明XY移动平台结构示意图；
图4为本发明实施例1应用结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、X驱动组件，101、框架，102、第一同步带轮，103、第二同步带轮，104、同步带，105、驱动电机，106、密封盖板，107、接近传感器，108、接近触发片，109、伸缩轴，110、防撞垫，111、螺母，112、丝杆，113、驱动直线导轨，114、防撞垫，115、轴承座，116、皮带张紧板，2、Y驱动组件，3、XY移动平台，301、X运动板，302、负载安装板，303、Y运动板，304、第一直线导轨，305、第二直线导轨，4、安装背板，5、光路传输管路，6、光束整形激光头。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，精密平面运动机构，是一种并联驱动结构，包括X驱动组件1，Y驱动组件2，XY移动平台3和安装背板4。
安装背板4通常可以安装固定到机器人、机床或者其他运动机构末端，X驱动组件1和Y驱动组件2通过螺钉安装固定到安装背板4上，此三者是相对固定的，不会发生相对移动。X驱动组件1和Y驱动组件2的结构方案是一样的，但是各自的运动行程可以根据实际需求定制为不同行程。
XY移动平台3是一种平面运动结构，上面有垂直布置的运动导轨。XY移动平台3与X驱动组件1和Y驱动组件2的的伸缩轴紧固连接。
如图2所示，X驱动组件1包括框架101，第一同步带轮102，第二同步带轮103，同步带104，驱动电机105，密封盖板106，接近传感器107，接近触发片108，伸缩轴109，防撞垫110，螺母111，丝杆112，驱动直线导轨113，防撞垫114，轴承座115和皮带张紧板116。
驱动电机105安装在皮带张紧板116上，通过调整皮带张紧板116位置，可以改变第一同步带轮102和103的相对位置，起到张紧作用。
第一同步带轮102和103可以是一样的，也可以设计为减速或者加速的配比，传动比范围在1/10～10/1之间。
驱动直线导轨113有两组，安装在框架101的内部底面上，丝杆112和螺母111位于两组直线导轨中间位置，伸缩轴109与丝杆112是同轴心的。
伸缩轴109的极限位置由两个接近传感器107决定，为了防止伸缩杆与其他结构件的硬碰撞，还设置了防撞垫110和防撞垫114。
如图3所示，XY移动平台3,包括X运动板301，负载安装板302，Y运动板303，第一直线导轨304和第二直线导轨305。
X运动板301和Y运动板303是一种中空的叉型结构，X运动板301和X驱动组件1的伸缩轴109连接，Y运动板303和Y驱动组件2的伸缩轴连接。
负载安装板302是一种中空结构，中间的圆孔可以让激光通过，通光孔径在5～100mm之间。X运动板301和Y运动板303的中空叉型结构刚好能在运动过程中避开此通光结构。负载安装板302的上下面安装有两组第一直线导轨304和305，且运动方向是垂直的。
实施例1
如图4所示，上述精密平面运动机构的安装背板4安装在机器人第六轴末端上，负载安装板302上面与光路传输管路5连接，Y运动板303的中空叉型结构能避开光路传输管路5的管路。负载安装板302下面与光束整形激光头6连接，X运动板301的中空叉型结构能避开光束整形激光头6。
工作时，X驱动组件1的伸缩轴在伸缩运动时推动X运动板和负载安装板302发生X方向运动，光路传输管路5和光束整形激光头6也会同步发生X方向运动。由于负载安装板302和Y运动板303中间通过第一直线导轨304连接，而第一直线导轨304的方向和X驱动组件1的伸缩轴的运动方向是平行的，因此Y运动板303保持不动，即负载安装板302在Y方向不发生相对移动。Y驱动组件2的伸缩运动和X驱动组件1的伸缩运动的原理是一样的。当X、Y驱动组件中的一个发生运动时，光束整形激光头6走直线运动；当两者联动时，光束整形激光头6做平面运动。
XY运动轨迹是根据加工需求设定的，即通过此机构可以实现负载的XY平面运动。
实施例2
上述的精密平面运动机构，还可以在负载安装板302上安装Z轴运动机构，组成了一套XYZ三轴运动机构；也可以根据实际需求，安装旋转轴，组成XY+R平面加摆角运动机构。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种精密平面运动机构，其特征在于，包括垂直设置且并联的X驱动组件和Y驱动组件、XY移动平台和安装背板，所述X驱动组件和所述Y驱动组件分别固定连接在所述安装背板上，并通过伸缩轴与所述XY移动平台固定连接。
2.根据权利要求1所述的精密平面运动机构，其特征在于，所述X驱动组件和所述Y驱动组件分别包括框架、第一同步带轮、第二同步带轮、同步带、驱动电机、密封盖板、接近传感器、接近触发片、伸缩轴、第一防撞垫、第二防撞垫、螺母、丝杆、驱动直线导轨、轴承座和皮带张紧板，所述驱动电机安装于所述皮带张紧板上。
3.根据权利要求2所述的精密平面运动机构，其特征在于，所述驱动直线导轨有两组，分别安装在所述框架内部底面上，所述丝杆和所述螺母位于两组所述驱动直线导轨中部，所述伸缩轴与所述丝杆同轴心。
4.根据权利要求2所述的精密平面运动机构，其特征在于，所述第一同步带轮和所述第二同步带轮的传动比为1/10～10/1。
5.根据权利要求1所述的精密平面运动机构，其特征在于，所述XY平台包括X运动板，负载安装板，Y运动板，第一直线导轨和第二直线导轨。
6.根据权利要求5所述的精密平面运动机构，其特征在于，所述X运动板和所述Y运动板是一种中空的叉型结构，所述X运动板和所述X驱动组件的伸缩轴连接，所述Y运动板和所述Y驱动组件的伸缩轴连接。
7.根据权利要求5所述的精密平面运动机构，其特征在于，所述负载安装板是一种中空结构，中部具有通光孔，所述通光孔孔径为5～100mm，所述负载安装板的上下面分别安装有运动方向互相垂直的所述第一直线导轨和所述第二直线导轨。
8.根据权利要求1所述的精密平面运动机构，其特征在于，所述X驱动组件和所述Y驱动组件通过螺钉与所述安装背板固定连接。
9.根据权利要求1所述的精密平面运动机构，其特征在于，所述X驱动组件和所述Y驱动组件的运动行程为5～100mm。
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