专利名称：一种十字架式柔性铰链水导激光焦斑对准装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水导激光焦斑对准装置，具体涉及一种十字架式柔性铰链水导激光焦斑对准装置。
背景技术：
水导引激光加工技术作为激光加工技术的一个分支，今年来发展很快，由于其在很多方面优于传统激光加工，已在微电子、医疗、航空制造等微细加工领域得到了应用，其特有的加工能力能保证高加工精度、高加工速度、极小加工作用力、极小热影响区、无残余应力、无裂纹等优点。水导激光巧妙的将激光导入高压微水射流中，利用水束带走加工中多余的热量和残渣，切割道干净整齐。水导激光耦合装置是设备的核心功能部件，而耦合装置设计的关键在于激光焦斑对准装置，现有装置很难使激光焦斑准确的对入喷嘴中心，从而实现水束与激光的完美结合，难以保证耦合效率和划切效果。柔性铰链由于具有精确地微位移特性而在精密位移和转角机构中广泛采用，但现有的柔性铰链为实现三维转动而普遍采用弹性钢板组合连接，加工和制造不方便，且精度较低。
发明内容
本发明为解决现有装置不能使激光焦斑准确的对入喷嘴中心，导致耦合效率低，划切效果差的问题，进而提出一种十字架式柔性铰链水导激光焦斑对准装置。本发明为解决上述问题采取的技术方案是本发明包括内框体、中间框体、外框体、反射玻璃片、内框体微分头、中间框体微分头和两个钢球，本发明还包括两个内框体十字架式柔性铰链和两个中间框体十字架式柔性铰链，内框体、中间框体、外框体由内向外依次套装，内框体的前面、中间框体的前面和外框体的前面分别各设有一个通孔，三个通孔的中心线重合，三个通孔构成激光输送通道，内框体的两侧分别各设有一个内框体十字架式柔性铰链，中间框体的正面和后面分别各设有一个中间框体十字架式柔性铰链，每个内框体十字架式柔性铰链位于内框体与中间框体之间，每个中间框体十字架式柔性铰链位于中间框体与外框体之间，内框体微分头通过一个钢球安装在内框体的上表面上，中间框体微分头通过一个钢球安装在中间框体的上表面上，反射玻璃片安装在内框体内，且反射玻璃片的反射面朝向激光输送通道。本发明的有益效果是本发明利用十字架式柔性铰链的结构弹性变形对转角镜头进行精密角度微调，理论上调整分辨力可以无限小，利用弹簧进行预拉紧，可以避免柔性铰链的零位迟滞。十字架柔性铰链采用一体化线切割方式加工而成，制造方便，且由于采用整体对称式结构，绕十字架中心自由度的转动刚度较小，而其它自由度的刚度都比较大，空间结构性好。采用两个十字架柔性铰链为一组相比于采用一个十字架柔性铰链作为一组的好处在于保证调节柔性基本不变的条件下，极大的增强了整体结构的稳定性，使得调节柔性与结构稳定性达到一个很好的平衡效果。本发明通过内框体微分头和中间框体微分头可精确调整反射玻璃片的二维反射角度，进而可使激光焦斑准确的对入喷嘴中心，改善了水导激光的加工质量，提高了工作效率和划切效果，本发明结构简单，操作简单且方便。采用该种十字架柔性铰链无论在加工制造、装配方面还是在结构精度方面与采用薄钢板弹性元件相比都具有较好的特性，而加工成本只稍有提高。
图1是本发明的主剖视图，图2是本发明的部分安装示意图，图3是本发明安装内框体微分头后的结构示意图，图4是本发明安装中间框体微分头后的结构示意图，图5是十字架柔性铰链平面结构图，图6是四个十字架柔性铰链与内框体安装的爆炸示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一结合图1至图6说明本实施方式,本实施方式所述一种十字架式柔性铰链水导激光焦斑对准装置包括内框体1、中间框体2、外框体3、反射玻璃片4、内框体微分头5、中间框体微分头6和两个钢球9，本实施方式还包括两个内框体十字架式柔性铰链10和两个中间框体十字架式柔性铰链11，内框体1、中间框体2、外框体3由内向外依次套装，内框体I的前面、中间框体2的前面和外框体3的前面分别各设有一个通孔，三个通孔的中心线重合，三个通孔构成激光输送通道12，内框体I的两侧分别各设有一个内框体十字架式柔性铰链10，中间框体2的正面和后面分别各设有一个中间框体十字架式柔性铰链11，每个内框体十字架式柔性铰链10位于内框体I与中间框体2之间，每个中间框体十字架式柔性铰链11位于中间框体2与外框体3之间，内框体微分头5通过一个钢球9安装在内框体I的上表面上，中间框体微分头6通过一个钢球9安装在中间框体2的上表面上,反射玻璃片4安装在内框体I内，且反射玻璃片4的反射面朝向激光输送通道12。本实施方式中反射镜片4的调整角度为2度-3度，分辨力无穷小。本实施方式中的两个内框体十字架式柔性铰链10和两个中间框体十字架式柔性铰链11均由内环、四条肋板和外环组成，由于肋板具有一定的柔性，当内框体I和中间框体2具有相对力矩施加时，可实现内框体1、外框体3的相对转动，从而带动内框体I内的反射玻璃片4转动。本实施方式中的两个钢球9有效的保护了内框体I和中间框体2的接触表面，当钢球使用过一段时间磨损后，可快速方便的进行更换。本实施方式中的两个内框体十字架式柔性铰链10和两个中间框体十字架式柔性铰链11所采用的十字架为一体化加工成型，中间的十字架具有较大的柔性，进而保证十字架只在绕十字架中心回转自由度具有较大的柔性，而在其它自由度具有较大的刚性。本实施方式采用了四个十字架结构，每两个一组构成一个光学转角镜转轴，其中一组控制内框架转动，另一组控制外框架转动，进而构成一套精密空间二维转角系统。
具体实施方式
二 结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种十字架式柔性铰链水导激光焦斑对准装置还包括两根拉伸弹簧13，内框体微分头5的下端与中间框体2的内侧壁通过一根拉伸弹簧13连接，中间框体微分头6的下端与外框体3的内侧壁通过一根拉伸弹簧13连接。本实施方式的技术效果是当本发明处于工作状态时，两根拉伸弹簧13处于拉伸状态，避免了柔性铰链的O位非线性，提高了位移精度。其它组成及连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种十字架式柔性铰链水导激光焦斑对准装置还包括激光入口通道7和激光反射出口通道8，激光入口通道7安装在外框体3的正面，且激光入口通道7与激光输送通道12连通，激光反射出口通道8安装在外框体3的下表面上。本实施方式的技术效果是由于十字架柔性铰链只在所需的绕十字架回转中心自由度具有较小的刚度，而其它自由度都具有较大的刚度，因而空间解耦效果好，与薄钢片柔性铰链相比可以更精确调整激光对准位置，令聚焦激光点准确射入微水柱。其它组成及连接关系与具体实施方式
一或二相同。工作原理本发明使用时，激光由激光入口通道7入射，经反射玻璃片4反射后，由激光反射出口通道8射出；当旋转内框体微分头5时，通过钢球向内框体I施加向下的力，由于内框体十字架柔性铰链10具有柔性，当旋转内框体微分头5时，内框体I沿顺时针方向转动；当旋转中间框体微分头6时，由于中间框体十字架柔性铰链11具有柔性，中间框体2沿逆时针方向转动，两个框体的转动最终都会带动反射玻璃片4转动，;水导激光加工过程中，当聚焦焦斑没有准确的对入喷嘴小孔内时，可通过调节内框体微分头5和中间框体微分头6准确的将聚焦焦斑对入喷嘴小孔内，最大限度的将激光能量耦合入水流中，满足切割需要。
权利要求
1.一种十字架式柔性铰链水导激光焦斑对准装置，它包括内框体(I)、中间框体(2)、 外框体(3)、反射玻璃片(4)、内框体微分头(5)、中间框体微分头(6)和两个钢球(9)，其特征在于所述一种十字架式柔性铰链水导激光焦斑对准装置还包括两个内框体十字架式柔性铰链(10)和两个中间框体十字架式柔性铰链(11)，内框体(I)、中间框体(2)、外框体(3)由内向外依次套装，内框体(I)的前面、中间框体(2)的前面和外框体(3)的前面分别各设有一个通孔，三个通孔的中心线重合，三个通孔构成激光输送通道(12)，内框体(I)的两侧分别各设有一个内框体十字架式柔性铰链(10)，中间框体(2)的正面和后面分别各设有一个中间框体十字架式柔性铰链(11)，每个内框体十字架式柔性铰链(10)位于内框体 (I)与中间框体(2)之间,每个中间框体十字架柔性铰链(11)位于中间框体(2)与外框体 ⑶之间，内框体微分头(5)通过一个钢球(9)安装在内框体⑴的上表面上，中间框体微分头(6)通过一个钢球(9)安装在中间框体(2)的上表面上，反射玻璃片(4)安装在内框体(I)内，且反射玻璃片(4)的反射面朝向激光输送通道(12)。
2.根据权利要求1所述一种十字架式柔性铰链水导激光焦斑对准装置，其特征在于 所述一种十字架式柔性铰链水导激光焦斑对准装置还包括两根拉伸弹簧(13)，内框体微分头(5)的下端与中间框体(2)的内侧壁通过一根拉伸弹簧(13)连接，中间框体微分头(6) 的下端与外框体(3)的内侧壁通过一根拉伸弹簧(13)连接。
3.根据权利要求1或2所述一种十字架式柔性铰链水导激光焦斑对准装置，其特征在于所述一种十字架式柔性铰链水导激光焦斑对准装置还包括激光入口通道(7)和激光反射出口通道(8)，激光入口通道(7)安装在外框体(3)的正面，且激光入口通道(7)与激光输送通道(12)连通，激光反射出口通道(8)安装在外框体(3)的下表面上。
全文摘要
一种十字架式柔性铰链水导激光焦斑对准装置，它涉及一种水导激光焦斑对准装置，具体涉及一种十字架式柔性铰链水导激光焦斑对准装置。本发明为了解决现有装置不能使激光焦斑准确的对入喷嘴中心，导致耦合效率低，划切效果差的问题。本发明的内框体、中间框体、外框体由内向外依次套装，内框体的前面、中间框体的前面和外框体的前面分别各设有一个通孔，每个内框体十字架式柔性铰链位于内框体与中间框体之间，每个中间框体十字架式柔性铰链位于中间框体与外框体之间，内框体微分头通过一个钢球安装在内框体的上表面上，中间框体微分头通过一个钢球安装在中间框体的上表面上，反射玻璃片安装在内框体内。本发明用于水导引激光加工。
文档编号B23K26/04GK103008880SQ20121055841
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月20日 优先权日2012年12月20日
发明者朱波, 马洪文, 赵志明, 李冶, 陈申, 姜博 申请人:哈尔滨哈飞航空技术发展有限公司