薄膜電阻激光自動(dòng)修刻機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種薄膜電阻阻值自動(dòng)修調(diào)專(zhuān)用設(shè)備，具體為一種基于激光、氣動(dòng)和單片機(jī)等多種技術(shù)的全自動(dòng)電阻阻值修刻機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]高精度導(dǎo)電塑料角位移傳感器廣泛應(yīng)用于石油、化工、機(jī)械、航天航空、軍工等需要角度量控制的場(chǎng)合，其核心技術(shù)是膜電阻阻值的精確修刻。目前，在膜電阻修刻技術(shù)方面，主要有接觸式修刻和非接觸式修刻兩大類(lèi)，接觸式修刻技術(shù)利用刀具對(duì)電阻材料的切削作用來(lái)實(shí)現(xiàn)修刻，效率較低。非接觸式修刻主要利用激光對(duì)電阻材料的瞬間加熱使其局部氣化來(lái)實(shí)現(xiàn)修刻。
[0003]國(guó)內(nèi)主要采用接觸式修刻技術(shù)，用數(shù)控系統(tǒng)來(lái)控制修刻刀具對(duì)膜電阻進(jìn)行機(jī)械修亥IJ，自動(dòng)化程度和效率都比較低。雖然在科研上也有單位開(kāi)發(fā)成功實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的數(shù)控自動(dòng)修刻系統(tǒng)，如上海好光電阻式傳感器有限公司(前身為上海好光科工貿(mào)有限公司)研制生產(chǎn)的)(K35H-2導(dǎo)電塑料電阻式傳感器全自動(dòng)修刻機(jī)用于導(dǎo)塑角位移電阻式傳感器的修刻工作，可以在較短時(shí)間內(nèi)將角位移電阻式傳感器的線性度精度修刻至0.5%左右，最高可至
0.2%;廣州市康托利計(jì)算機(jī)科技有限公司的KLD 1000修調(diào)機(jī)可以將電阻式傳感器線性度修刻至0.5%，但是都還是處于技術(shù)保密階段和試驗(yàn)性質(zhì)的，無(wú)法在公開(kāi)的資料中找到可靠的信息。
[0004]國(guó)內(nèi)也有對(duì)激光修刻進(jìn)行研究的，如中國(guó)科學(xué)院物理研究院某研究所曾對(duì)碳膜電阻式傳感器激光修刻技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究，并試制了激光修刻機(jī)，但效果并不理想，達(dá)到的精度較為有限，存在的副作用較多，如對(duì)碳膜和絕緣基體的損壞等。究其原因，就是激光的焦距不容易調(diào)準(zhǔn)確，而對(duì)焦不準(zhǔn)及功率控制不準(zhǔn)極易引發(fā)激光加工中的發(fā)熱灼傷。且目前現(xiàn)有的激光修刻機(jī)普遍存在著自動(dòng)化程度不高、適應(yīng)性較差、修刻效率低等不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種綜合運(yùn)用激光、氣動(dòng)、單片機(jī)和工控機(jī)等多種技術(shù)的高精度全自動(dòng)電阻阻值修調(diào)機(jī)的技術(shù)方案。具體技術(shù)方案如下:
一種薄膜電阻激光自動(dòng)修刻機(jī)，包括機(jī)架、工件自動(dòng)裝卸裝置、工件自動(dòng)升降裝置、工件出口、自動(dòng)調(diào)焦激光器、修刻臺(tái)、電刷升降機(jī)構(gòu)、帶阻值自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)工控機(jī)、顯示與輸入輸出設(shè)備和氣栗，所述機(jī)架是該薄膜電阻激光自動(dòng)修刻機(jī)的支承結(jié)構(gòu)和外殼，自動(dòng)調(diào)焦激光器設(shè)于機(jī)架的吊架上，帶阻值自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)工控機(jī)設(shè)于機(jī)架的平臺(tái)上。
[0006]進(jìn)一步的，所述機(jī)架還包括小平臺(tái)，在小平臺(tái)上設(shè)置顯示與輸入輸出設(shè)備；機(jī)架中間設(shè)置大平臺(tái)，用于安裝工件自動(dòng)裝卸裝置、工件自動(dòng)升降裝置、工件出口、工件修刻臺(tái)，工件出口包括合格工件出口和不合格工件出口 ；在下層靠左前側(cè)設(shè)置有修刻后工件存放箱，修刻后工件存放箱的內(nèi)部分兩格，分別與合格工件出口和不合格工件出口通過(guò)管道相連通。
[0007]進(jìn)一步的，所述機(jī)架還包括安裝氣栗的小平臺(tái)，機(jī)架上的前面上半部分開(kāi)有兩扇透明的有機(jī)塑料門(mén)。
[0008]進(jìn)一步的，所述工件自動(dòng)裝卸裝置采用倒置的第一氣動(dòng)三爪卡盤(pán)作為抓手，安裝在懸臂上，懸臂設(shè)置于立柱上，立柱安裝在螺母絲杠水平導(dǎo)軌上，絲杠由微型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
[0009]進(jìn)一步的，所述工件自動(dòng)升降裝置由光電探測(cè)器、工件定位架、自動(dòng)頂升氣缸和卡槽組成，光電探測(cè)器安裝在工件定位架的頂部，在機(jī)架上開(kāi)有不同分布直徑的卡槽，以適應(yīng)不用大小的工件；自動(dòng)頂升氣缸頭部聯(lián)接有圓鋼片，便于工件在上面放置。
[0010]進(jìn)一步的，所述自動(dòng)調(diào)焦激光器采用紅寶石固體激光器，配以焦距在285-315mm范圍可調(diào)的光學(xué)鏡頭，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)焦，光斑控制在0.05_內(nèi)。
[0011 ] 進(jìn)一步的，所述工件修刻臺(tái)由接線柱、第二氣動(dòng)三爪卡盤(pán)、卡盤(pán)底座、步進(jìn)電機(jī)、電機(jī)底座、氣缸、導(dǎo)軌組成，接線柱安裝在卡盤(pán)底座上，帶有兩個(gè)卡式凹槽，當(dāng)被修刻工件放入卡盤(pán)被卡緊后，工件上的接線腳就被卡入接線柱的卡槽內(nèi)；卡盤(pán)底座為中間帶孔圓盤(pán)結(jié)構(gòu)件，中間的孔用于裝步進(jìn)電機(jī)；電機(jī)底座卡騎在導(dǎo)軌上，沿導(dǎo)軌左右移動(dòng)，導(dǎo)軌內(nèi)部設(shè)有一個(gè)氣缸。
[0012]進(jìn)一步的，所述電刷升降機(jī)構(gòu)由橫向懸臂、電刷立柱、電刷、升降氣缸、固定壓板組成，橫向懸臂為鋁質(zhì)空心結(jié)構(gòu)，一端與電刷立住通過(guò)緊配合固連，另一端與升降氣缸通過(guò)緊配合固連；電刷材質(zhì)為鈀金合金，一端與薄膜電阻直接接觸，另一端通過(guò)絕緣介質(zhì)固聯(lián)在電刷立柱上，并與導(dǎo)線相連，作為動(dòng)態(tài)測(cè)量的輸出點(diǎn)。
[0013]進(jìn)一步的，所述帶阻值自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)工控機(jī)根據(jù)對(duì)工件電阻的測(cè)量數(shù)據(jù)和修刻精度要求來(lái)控制修刻臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)、激光器調(diào)焦、自動(dòng)裝卸裝置及頂升裝置。
[0014]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
1.采用自動(dòng)調(diào)焦鏡頭使激光聚集平面與被加工的膜電阻平面高度一致，提高了激光加工的精確度和效率，確保了修刻的高效精準(zhǔn)，使修刻機(jī)的修刻精度能達(dá)到0.1%以上；
2.工件的裝夾采用了氣動(dòng)卡盤(pán)和旋轉(zhuǎn)機(jī)械臂結(jié)構(gòu)，使被修刻工件實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)裝卸，縮短了輔助裝夾時(shí)間，提高了工裝效率；另外，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了一個(gè)堆放被修刻工件的三角支架，一次可堆放10-15個(gè)工件，且工件的堆放高度由氣動(dòng)頂升機(jī)構(gòu)控制，可使高度始終不變，方便了工件的抓取。
[0015]3.工作臺(tái)采用旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，使工件旋轉(zhuǎn)，激光器固定不動(dòng)，確保了激光焦距的準(zhǔn)確性，便于激光對(duì)焦；在工作臺(tái)上方安裝可伸縮電刷觸頭、側(cè)邊裝有卡箍與工件接口相聯(lián)，使工件修刻時(shí)能將阻值變化實(shí)時(shí)輸出，通過(guò)工控機(jī)結(jié)合單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，確保修刻的精準(zhǔn)性。
[0016]4.在修刻處設(shè)置一吸風(fēng)口，將激光修刻時(shí)產(chǎn)生的氣化物及時(shí)抽走，確?？諝猸h(huán)境清醒，不影響操作人員健康。
[0017]5.修刻完成后能直接檢測(cè)出合格與不合格工件，并由工件自動(dòng)裝卸裝置分別將合格品與不合格品分開(kāi)放置。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2-4為本發(fā)明機(jī)架的三面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5-6為本發(fā)明工件自動(dòng)裝卸裝置的正面及俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7-8為本發(fā)明待修刻工件自動(dòng)升降裝置的正面和俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
圖9-10為本發(fā)明工件修刻臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖11為本發(fā)明電刷升降機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖1中:1_機(jī)架、2-工件自動(dòng)裝卸裝置、3-工件自動(dòng)升降裝置、4-工件出口、5-自動(dòng)調(diào)焦激光器、6-修刻臺(tái)、7-電刷升降機(jī)構(gòu)、8-帶阻值自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)工控機(jī)、9-顯示與輸入輸出設(shè)備、10-氣栗；
圖2中:11-吊架、12-平臺(tái)、13-定位螺孔、14-螺孔、15-小平臺(tái)、16-大平臺(tái)、17-工件存放箱、18-安裝工件頂升缸的孔、19-修刻后工件出口的孔、110-修刻工作臺(tái)的孔、111-安裝氣栗的小平臺(tái)、112-聯(lián)接螺栓孔、113-有機(jī)塑料門(mén)；
圖3中:21-第一氣動(dòng)三爪卡盤(pán)、22-懸臂、23-立柱(氣缸)、24_螺母絲杠水平導(dǎo)軌、25-微型步進(jìn)電機(jī)；
圖4中:31-光電探測(cè)器、32-工件定位架、33-自動(dòng)頂升氣缸、34-卡槽；
圖5中:61-接線柱、62-第二氣動(dòng)三爪卡盤(pán)、63-卡盤(pán)底座、64-步進(jìn)電機(jī)、65-電機(jī)底座、66-氣缸、67-導(dǎo)軌；
圖6中:71-橫向懸臂、72-電刷立柱、73-電刷、74-升降氣缸、75-固定壓板。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明:
如圖1所示，本發(fā)明的薄膜電阻激光自動(dòng)修刻機(jī)，包括機(jī)架1、工件自動(dòng)裝卸裝置2、工件自動(dòng)升降裝置3、工件出口 4、自動(dòng)調(diào)焦激光器5、修刻臺(tái)6、電刷升降機(jī)構(gòu)7、帶阻值自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)工控機(jī)8、顯示與輸入輸出設(shè)備9和氣栗10等部分組成。其工作過(guò)程如下:先手工將待修刻工作放入工件自動(dòng)升降裝置3里，注意接線柱放在同一位置，一次放15至20只，取決于工件厚度；啟動(dòng)機(jī)器自檢，自檢到修刻臺(tái)6上沒(méi)有工件后，修刻臺(tái)6自動(dòng)左移到裝夾位置，松開(kāi)氣動(dòng)三爪卡盤(pán)，工件自動(dòng)裝卸裝置2啟動(dòng)，從待修刻工件自動(dòng)升降裝置3上抓取一個(gè)工件，移動(dòng)到裝夾位置，工件自動(dòng)落入修刻臺(tái)6上，氣動(dòng)三爪卡夾緊，修刻臺(tái)6回到修刻位置，啟動(dòng)帶阻值自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)工控機(jī)8，找到阻值零位，自動(dòng)調(diào)焦激光器5啟動(dòng)，開(kāi)始修刻，修刻臺(tái)6在3分鐘內(nèi)正轉(zhuǎn)一周完成修刻，然后反轉(zhuǎn)一周復(fù)位；再由帶阻值自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)工控機(jī)8檢測(cè)工件阻值是否達(dá)到要求，判斷出合格與否。電刷升降機(jī)構(gòu)7抬起，松開(kāi)三爪卡，移動(dòng)工作臺(tái)6到裝夾位置，取下工件放入相應(yīng)的出口，完成一個(gè)修刻周期，開(kāi)始下一個(gè)修刻周期。
[0020]下面對(duì)本發(fā)明的主要結(jié)構(gòu)說(shuō)明如下。
[0021]機(jī)架1是修刻機(jī)的支承結(jié)構(gòu)和外殼，起支承和密封兩方面的作用，所有構(gòu)件都安裝在機(jī)架上，圖2-4是其整體結(jié)構(gòu)的三面示意圖。整個(gè)機(jī)架用角鋼、扁鋼和鋼板等型材來(lái)做，先用40mmX40mmX3mm的角鋼和40mmX3mm扁鋼焊接一個(gè)長(zhǎng)寬高分別為1200mmX500mmX 1500mm的架子；后面焊上4mm后的不銹鋼板，也可用螺栓聯(lián)接，這樣雖然可拆，但裝拆較慢；在機(jī)架1的頂面靠右300mm、前200mm處焊接一個(gè)安裝自動(dòng)調(diào)焦激光器5的吊架11，吊架11通過(guò)扁鋼與機(jī)架1相聯(lián)；在機(jī)架1的右后側(cè)，離頂面300_處設(shè)計(jì)一個(gè)用于安裝帶阻值自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)工控機(jī)8的平臺(tái)12，平臺(tái)12的大小200mmX 200mm，帶安裝螺孔；在機(jī)架1后面板的左下側(cè)開(kāi)有兩個(gè)用于固定聯(lián)接工件出口管的定位螺孔13，這兩個(gè)孔的位置可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，大小M12 ;在后面板的靠右300mm從上到下開(kāi)有3個(gè)用于聯(lián)接電刷升降機(jī)構(gòu)7的螺孔14，大小為M16 ;在機(jī)架1的右側(cè)外面靠前面設(shè)計(jì)一個(gè)用于安裝顯示與輸入輸出設(shè)備9的小平臺(tái)15，小平臺(tái)15離地高為1200 _，便于對(duì)設(shè)備的操作，大小在150mmX 150mm左右；機(jī)架1的中間用4mm厚的不銹鋼板和20mmX20mm角鋼制作成一個(gè)大平臺(tái)16，用于安裝工件自動(dòng)裝卸裝置2、工件自動(dòng)升降裝置3、修刻后的工件出口 4(41為合格工件出口，42為不合格工件出口)、工件修刻臺(tái)6等主要結(jié)構(gòu)。大平臺(tái)16將機(jī)架隔成上下兩層，上層高為900 mm，下層高為500 mm。在下層靠左前側(cè)設(shè)置有修刻后工件存放箱17，修刻后工件存放箱17的內(nèi)部分兩格，左邊大右邊小，分別與合格工件出口 41和不合格工件出口 42通過(guò)管道相連通。修刻后的工件自動(dòng)滑落到對(duì)應(yīng)的修刻后工件存放箱17內(nèi)部，底面為傾斜結(jié)構(gòu)，以使工件能向外滑移。修刻后工件存放箱17能存放200個(gè)合格工件和20個(gè)不合格