用于飞秒激光加工的三轴高精度运动平台的制作方法

本技术属于精密加工和精密测试测量，涉及一种用于飞秒激光加工的三轴高精度运动平台。

背景技术：

1、由于飞秒激光脉冲具有持续时间短，峰值功率极高、聚焦能力强等特点，在激光加工中飞秒激光表现出独特的优势，可实现对几乎所有材料的非热熔性冷处理，获得超精细、低损伤以及空间3d加工和处理结构。飞秒激光的这些独特的优势是其在材料的微细加工、微纳机构制作、光子器件、高密度存储、医疗和生物工程等方面得到广泛应用。

2、为充分发挥飞秒激光加工的超精细化加工的特点，其需要高精密、高稳定性的运动平台来提供各方向的移动和旋转。而对于一些圆柱状及圆管状结构的超精细加工其在水平、竖直和旋转方向上的运动都需要有高精密的运动台来提供。

技术实现思路

1、本实用新型的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

2、本实用新型还有一个目的是提供用于飞秒激光加工的三轴高精度运动平台，本实用新型可满足重载柱状结构的高精度飞秒激光加工的需求，为飞秒激光的超精细化加工提供水平、竖直和旋转方向上的运动保障。

3、为此，本实用新型提供的技术方案为：

4、一种用于飞秒激光加工的三轴高精度运动平台，包括：

5、平台基座，其沿水平方向设置；

6、x轴组件，其沿水平方向设置在所述平台基座上，所述x轴组件包括沿着水平方向设置的x轴导轨、可沿所述x轴导轨移动的x轴负载板、设置于所述x轴负载板下方并驱动所述x轴负载板进行往复移动的直线电机及平行于所述x轴导轨并设置在所述x轴导轨一侧的光栅尺；

7、卧式转台组件，其设置在所述x轴组件的x轴负载板上，所述卧式转台组件包括可沿水平方向旋转的芯轴，所述芯轴沿其轴向设置有容纳工件的芯轴中央腔。

8、优选的是，所述的用于飞秒激光加工的三轴高精度运动平台中，还包括z轴组件，所述z轴组件沿竖直方向设置在所述平台基座上，且位于所述x轴组件的一侧，所述z轴组件包括：

9、z轴基座，其沿着竖直方向设置所述平台基座的上方；

10、z轴导轨，其沿竖直方向设置于所述z轴基座的一端面上；

11、z轴负载板，其一侧面设置有z轴滑块，所述z轴滑块与所述z轴导轨配合设置，并沿着所述z轴导轨进行往复移动；

12、伺服电机，其设置在所述z轴基座的下方，所述伺服电机的上端与所述z轴基座的一端面连接；

13、滚珠丝杠，其沿竖直方向设置于所述z轴负载板与所述z轴基座之间，所述滚珠丝杠的一端通过联轴器与所述伺服电机可旋转地连接，而另一端可旋转地连接至所述z轴基座的上部，所述滚珠丝杠通过丝杠螺母连接件连接至所述z轴负载板。

14、优选的是，所述的用于飞秒激光加工的三轴高精度运动平台中，还包括：

15、两个立柱，所述两个立柱沿竖直方向设置、且位于所述x轴组件的一侧，所述两个立柱的一端均固定在所述平台基座上；

16、横梁，其沿水平方向设置，所述横梁的两端连接所述两个立柱的另一端，所述z轴基座的另一端面固定在所述横梁上。

17、优选的是，所述的用于飞秒激光加工的三轴高精度运动平台中，所述卧式转台组件还包括：

18、第一主壳体和第二主壳体，所述第一主壳体和第二主壳体各自分别套设于所述芯轴的前端和后端；

19、卧式直驱电机，其设置在所述第二主壳体内，位于所述第二主壳体与所述芯轴之间，所述卧式直驱电机具有电机轴，所述电机轴的一端与所述芯轴的后端连接，所述电机轴的另一端套装有圆光栅；

20、读数头，其设置在所述第二主壳体内，位于所述第二主壳体与所述芯轴之间，所述读数头实时读取所述圆光栅的刻度；

21、三爪卡盘，其通过卡盘安装板安装在所述芯轴的前端。

22、优选的是，所述的用于飞秒激光加工的三轴高精度运动平台，还包括：

23、两个轴环，所述两个轴环各自分别套设在所述芯轴的前端和后端，且所述两个轴环分别位于所述第一主壳体和第二主壳体的内侧，所述两个轴环的外圈端面各自分别与所述第一主壳体和第二主壳体的抬肩端面密接。

24、优选的是，所述的用于飞秒激光加工的三轴高精度运动平台中，两个第一轴环挡圈和两个第二轴环挡圈，两个所述第一轴环挡圈各自分别对应连接至所述两个轴环的外圈端面、且各自分别与所述第一主壳体和所述第二主壳体固接；两个所述第二轴环挡圈各自分别套设于所述芯轴的两端并各自分别与所述两个轴环的内圈端面连接。

25、优选的是，所述的用于飞秒激光加工的三轴高精度运动平台中，在近z轴基座的两端处沿水平方向分别设置有两个轴承座，其中位于下方的轴承座位于所述z轴电机安装座的上方，将所述滚珠丝杠的两端分别可旋转地连接在两个轴承座上，所述滚珠丝杠的下端通过双膜片联轴器与所述伺服电机连接。

26、本实用新型至少包括以下有益效果：

27、本实用新型在水平方向上的运动采用直线电机进行驱动，圆柱滚子导轨提供支撑和导向，通过直线光栅构成运动平台的位置信息的全闭环反馈系统。

28、本实用新型卧式转台组件的电机旋转轴采用圆光栅作为位置反馈，实现结构的闭环控制，满足更高的精度要求。

29、本实用新型卧式转台组件的旋转轴的支撑采用交叉滚子轴环进行支撑，同时通过设置两组隔开的轴环来满足较长的大负载工件的支撑。

30、本实用新型通过分体式的结构设计和组装工艺确保转台结构的高精度(轴向跳动和径向跳动＜1μm，重复定位精度＜1acrsec)。

31、本实用新型大通径的结构设计使得长尺寸的柱状工件可以通过转台内部进行夹紧安装，改善工件的受力情况确保工件在加工过程中的高精度运行。

32、本实用新型竖直方向由伺服电机通过滚珠丝杠进行驱动，圆柱滚子导轨提供支撑和导向。水平轴和竖直轴基座以及整体框架均采用花岗石材质，确保结构的稳定性。

33、本实用新型为柱状结构的飞秒激光加工提供了相匹配的可靠的高精度旋转运动平台，特别是对于20kg级别的大负载的超精细加工提供了有力支撑。

34、本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

技术特征：

1.一种用于飞秒激光加工的三轴高精度运动平台，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的用于飞秒激光加工的三轴高精度运动平台，其特征在于，还包括z轴组件，所述z轴组件沿竖直方向设置在所述平台基座上，且位于所述x轴组件的一侧，所述z轴组件包括：

3.如权利要求2所述的用于飞秒激光加工的三轴高精度运动平台，其特征在于，还包括：

4.如权利要求1所述的用于飞秒激光加工的三轴高精度运动平台，其特征在于，所述卧式转台组件还包括：

5.如权利要求4所述的用于飞秒激光加工的三轴高精度运动平台，其特征在于，还包括：

6.如权利要求5所述的用于飞秒激光加工的三轴高精度运动平台，其特征在于，两个第一轴环挡圈和两个第二轴环挡圈，两个所述第一轴环挡圈各自分别对应连接至所述两个轴环的外圈端面、且各自分别与所述第一主壳体和所述第二主壳体固接；两个所述第二轴环挡圈各自分别套设于所述芯轴的两端并各自分别与所述两个轴环的内圈端面连接。

7.如权利要求2所述的用于飞秒激光加工的三轴高精度运动平台，其特征在于，在近z轴基座的两端处沿水平方向分别设置有两个轴承座，其中位于下方的轴承座位于所述z轴电机安装座的上方，将所述滚珠丝杠的两端分别可旋转地连接在两个轴承座上，所述滚珠丝杠的下端通过双膜片联轴器与所述伺服电机连接。

技术总结本技术公开了一种用于飞秒激光加工的三轴高精度运动平台，包括：平台基座，其沿水平方向设置；X轴组件，其沿水平方向设置在平台基座上，X轴组件包括沿着水平方向设置的X轴导轨、可沿X轴导轨移动的X轴负载板、设置于X轴负载板下方并驱动X轴负载板进行往复移动的直线电机及平行于X轴导轨并设置在X轴导轨一侧的光栅尺；卧式转台组件，其设置在X轴组件的X轴负载板上，卧式转台组件包括可沿水平方向旋转的芯轴，芯轴沿其轴向设置有容纳工件的芯轴中央腔。本技术可满足重载柱状结构的高精度飞秒激光加工的需求，为飞秒激光的超精细化加工提供水平、竖直和旋转方向上的运动保障。技术研发人员：肖国丰,陈志强,刘中伟受保护的技术使用者：北京瑞邦精控科技有限公司技术研发日：20231121技术公布日：2024/6/13