一种用于激光加工的高精度装夹装置及装夹方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于激光加工的高精度装夹装置及装夹方法，涉及超精密加工装置技术领域，包括结构支架组、低速转轴、二自由度平动的二自由度微位移平台、水平调节装置、高倍显微镜、显微镜支架；低速转轴通过轴承座竖直设置在结构支架组上，低速转轴顶部穿过结构支架组通过螺钉与轴套与二自由度微位移平台底部连接，所述二自由度微位移平台顶部安装水平调节装置，所述显微镜支架活动设置在结构支架组一侧，所述高倍显微镜安装在显微镜支架上且位于水平调节装置上方，所述水平调节装置上表面设置有便于工件的放置和初步定位的同心环形标线和定位中心；本发明专利技术可以提高激光加工过程中工件表面不同位置的加工精度和加工质量的一致性。一致性。一致性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于激光加工的高精度装夹装置及装夹方法


[0001]本专利技术涉及超精密加工装置
，更具体的是涉及用于激光加工的高精度装夹装置及装夹方法


技术介绍

[0002]激光加工是利用激光束在聚焦位置产生高能热流与材料相互作用实现材料去除的一种加工方式，尤其是脉冲激光加工具有高效性、精确性、加工材料的广泛性和多样性等诸多优点，是对多种材料进行精密加工的一种有效手段，因而被广泛应用于光学、电子、航天航空等领域关键零部件的加工。随着光学、电子、航天航空、机械等领域的高速发展，对关键部件激光加工效率、加工精度和加工质量等方面的要求也越来越高。
[0003]然而，由于激光能量属于高斯分布，离焦量不同导致激光光斑尺寸和激光能量密度也会发生变化，激光加工过程中激光焦斑和工件会发生相对运动，如果工件平面度不高的话，工件表面不同加工位置的离焦量会发生变化，直接影响工件表面不同位置加工质量及加工精度的一致性；此外，对于工件表面回转对称结构（如环形光栅、球面及非球面透镜、放射状样条曲线等）的加工，同时还需在加工过程中实现工件高同轴精度的回转运动。
[0004]因此，为了保证激光加工过程中工件表面不同位置的加工精度和加工质量的一致性，并且实现工件表面回转对称结构（如环形光栅、球面及非球面透镜、放射状样条曲线等）高同轴精度的激光加工，需要设计一种专门用于激光加工的可调节工件表面平面度和回转同轴度的高精度装夹装置及装夹方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于：为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种用于激光加工的高精度装夹装置及装夹方法，可实现工件表面平面度及工件中心与回转中心同轴度的高精度调节，不但可提高激光加工过程中工件表面不同位置的加工精度和加工质量的一致性，还可实现回转对称结构（如环形光栅、球面及非球面透镜、放射状样条曲线等）高同轴精度的激光加工。
[0006]本专利技术为了实现上述目的具体采用以下技术方案：一种用于激光加工的高精度装夹装置，包括结构支架组、低速转轴、实现工件在XY方向的二自由度平动的二自由度微位移平台、水平调节装置、用于辅助确定工件平面度和同轴度的高倍显微镜、显微镜支架；低速转轴通过轴承座竖直设置在结构支架组上，低速转轴顶部穿过结构支架组通过螺钉与轴套与二自由度微位移平台底部连接，所述二自由度微位移平台顶部安装水平调节装置，所述显微镜支架活动设置在结构支架组一侧，所述高倍显微镜安装在显微镜支架上且位于水平调节装置上方，所述水平调节装置上表面设置有便于工件的放置和初步定位的同心环形标线和定位中心。
[0007]进一步地，所述水平调节装置包括水平调节装置上平面、水平调节装置下平面、连
接在水平调节装置上平面和水平调节装置下平面四角处的四个弹性螺栓组件，弹性螺栓组件包括贯穿水平调节装置上平面和水平调节装置下平面的水平调节螺钉及套设在水平调节装置上平面和水平调节装置下平面之间水平调节螺钉上的弹簧，所述水平调节装置上平面上方带有激光刻蚀加工出的间距为2mm的同心圆标线和定位中心，以便于工件的放置和初步的定位。
[0008]进一步地，所述结构支架组包括开口向下的“ㄇ”状支撑架和设置在“ㄇ”状支撑架底部两侧的两个支撑耳板，每个支撑耳板与“ㄇ”状支撑架之间均设置有加强筋板。
[0009]进一步地，所述高倍显微镜带有刻度、放大倍数为21
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150倍、像素尺寸2.75微米，显微镜支架包括通过螺栓固定在结构支架组上的活动座、活动插接在活动座上的L型安装架，L型安装架包括活动插接在活动座内的竖杆和与竖杆顶部连接的水平杆，高倍显微镜安装在水平杆的末端，工作时，可通过转动高倍显微镜支架轴来移动显微镜的位置。
[0010]进一步地，所述二自由度微位移平台包括从上而下依次设置的Y向活动板、X向活动板和安装在低速转轴顶部的固定底板，所述Y向活动板和X向活动板之间设置有Y向滚柱导轨，所述X向活动板和固定底板之间设置有X向滚柱导轨,Y向滚柱导轨和X向滚柱导轨构成十字交叉滚柱导轨组件。
[0011]一种用于激光加工的高精度装夹方法，包括如下步骤：步骤一：首先将结构支架组固定在机床上；步骤二：参考水平调节装置上表面标线和定位中心，将直径为4mm，厚度为1mm的工件初步定位于上平面中心处；步骤三：将工件固定于水平调节装置上表面后，通过高倍显微镜在位观测，定义水平调节装置上表面环形标线边缘的顺时针四个方向为A、B、C、D，定义四个弹性螺栓组件为顺时针E、F、G、H，A为内侧，E为内左侧,首先转动显微镜支架，将高倍显微镜对准在A方向的边缘处并聚焦，此时焦点与工件边缘处于同一高度；步骤四：通过低速转轴带动工件逆时针低速转动90
°
，至B方向的边缘处，转动过程中出现离焦现象，说明工件表面非水平；步骤五：通过高倍显微镜发现，离焦方向为正，用内六角扳手调整调平装置中B侧对应的F、G弹性螺栓组件进行微调，放松弹簧使平面上调，直至高倍显微镜中画面再次清晰，说明此时将B方向边缘调整至与A方向边缘相同高度；步骤六：再次通过低速转轴带动工件逆时针低速转动90
°
，至C方向的边缘处，转动过程中仍然有离焦现象出现，说明工件表面非水平；步骤七：通过高倍显微镜发现，离焦方向仍然为正，用内六角扳手调整调平装置中C侧对应的G、H弹性螺栓组件进行微调，放松弹簧使平面上调，直至显微镜显示器中画面再次清晰；步骤八：通过低速转轴继续带动工件逆时针低速转动，发现转动过程中无离焦现象发生，工件水平度调整完成；步骤九：首先转动结构支架组，使镜头对准圆形工件边缘A方向处，通过高倍显微镜标定该点为N；步骤十：逆时针低速转动转轴180
°
至C方向边缘处，在视场中会观察到工件C方向边缘处与标点N不重合，标定该点为M点；
步骤十一：通过高倍显微镜刻度测得MN之间距离L（单位μm），通过二自由度微位移平台手动调节，向A方向移动距离L/2；步骤十二：转动结构支架组，使镜头对准圆形工件边缘B方向处，通过高倍显微镜标定该点为N1，逆时针低速转动转轴180
°
至D方向边缘处，标定该点为M1点，测量其距离L1；步骤十三：通过手动调节二自由度微位移平台，使工件向B方向移动距离L1/2；步骤十四：转动结构支架组，使其视场对准圆形工件边缘C方向处，通过高倍显微镜标定该点为N2，逆时针低速转动转轴180
°
至A方向边缘处，标定该点为M2点，测量其距离L2；步骤十五：通过手动调节二自由度微位移平台，使工件向C方向移动距离L2/2；步骤十六：转动结构支架组，使镜头对准圆形工件边缘D方向处，通过高倍显微镜标定该点为N3，逆时针低速转动转轴180
°
至B方向边缘处，标定该点为M3点，测量其距离L3；步骤十五：通过手动调节二自由度微位移平台，使工件向B方向移动距离L3/2；步骤十六：继续低速转动工件，并观察到转动过程中工件在各个方向的边缘处无偏移现象出现，则证明工件同轴度调整完成。
[0012]本专利技术的有益效果如下：本专利技术可以解决工件在激光加工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于激光加工的高精度装夹装置，其特征在于，包括结构支架组（9）、低速转轴（8）、实现工件在XY方向的二自由度平动的二自由度微位移平台（7）、水平调节装置（3）、用于辅助确定工件平面度和同轴度的高倍显微镜（2）、显微镜支架（1）；低速转轴（8）通过轴承座竖直设置在结构支架组（9）上，低速转轴（8）顶部穿过结构支架组（9）通过螺钉与轴套与二自由度微位移平台（7）底部连接，所述二自由度微位移平台（7）顶部安装水平调节装置（3），所述显微镜支架（1）活动设置在结构支架组（9）一侧，所述高倍显微镜（2）安装在显微镜支架（1）上且位于水平调节装置（3）上方，所述水平调节装置（3）上表面设置有便于工件的放置和初步定位的同心环形标线和定位中心。2.根据权利要求1所述的一种用于激光加工的高精度装夹装置，其特征在于，所述水平调节装置（3）包括水平调节装置上平面（3）、水平调节装置下平面（6）、连接在水平调节装置上平面（3）和水平调节装置下平面（6）四角处的四个弹性螺栓组件，弹性螺栓组件包括贯穿水平调节装置上平面（3）和水平调节装置下平面（6）的水平调节螺钉（4）及套设在水平调节装置上平面（3）和水平调节装置下平面（6）之间水平调节螺钉（4）上的弹簧（5），所述水平调节装置上平面（3）上方带有激光刻蚀加工出的间距为2mm的同心圆标线和定位中心，以便于工件的放置和初步的定位。3.根据权利要求2所述的一种用于激光加工的高精度装夹装置，其特征在于，所述结构支架组（9）包括开口向下的“ㄇ”状支撑架（9
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1）和设置在“ㄇ”状支撑架（9
‑
1）底部两侧的两个支撑耳板（9
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2），每个支撑耳板（9
‑
2）与“ㄇ”状支撑架（9
‑
1）之间均设置有加强筋板（9
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3）。4.根据权利要求3所述的一种用于激光加工的高精度装夹装置，其特征在于，所述高倍显微镜（2）带有刻度，显微镜支架（1）包括通过螺栓固定在结构支架组（9）上的活动座（1
‑
1）、活动插接在活动座（1
‑
1）上的L型安装架（1
‑
2），L型安装架（1
‑
2）包括活动插接在活动座（1
‑
1）内的竖杆和与竖杆顶部连接的水平杆，高倍显微镜（2）安装在水平杆的末端。5.根据权利要求4所述的一种用于激光加工的高精度装夹装置，其特征在于，所述二自由度微位移平台（7）包括从上而下依次设置的Y向活动板（7
‑
1）、X向活动板（7
‑
2）和安装在低速转轴（8）顶部的固定底板（7
‑
3），所述Y向活动板（7
‑
1）和X向活动板（7
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2）之间设置有Y向滚柱导轨（7
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4），所述X向活动板（7
‑
2）和固定底板（7
‑
3）之间设置有X向滚柱导轨（7
‑
5）,Y向滚柱导轨（7
‑
4）和X向...

【专利技术属性】
技术研发人员：张春雨，崔新蕊，李国，宋成伟，黄滟荻，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：