圆柱电阻激光自动刻槽机的结构和工作原理

圆柱电阻激光自动刻槽机是自动加工设备，主要由激光系统、自动机械系统、微机测控系统等几个部分组成。

1.激光系统

借鉴国内外同类设备所采用激光器原理，经预实验分析，金属膜电阻材料对1.06μm波长的光吸收较好，而其氧化铝基质难于吸收YAG激光，采用波长为1.06μm的连续YAG中小功率激光器能满足使用要求。

激光光路如图5-15所示。激光采用双椭圆聚光腔，双氪灯泵浦，腔体、灯、棒和调Q晶体均由双循致冷水冷装置进行冷却。模式以基模TEM₀₀为主成分的低阶模，光斑直径小于0.05mm。

YAG激光腔总长500mm，前模片对1.06μm的光透过率为10%，后膜片对1.06μm的光高反射达99.8%以上，调Q元件为声光Q开关，其声频为40MHz，输出频率1～10kHz，脉宽200ns短脉冲激光。

图5-15 激光光路示意图

输出的激光束经扩束镜可以有效改善光束发散度，再采用短焦距、长工作距、大孔径物镜聚焦成0.05mm以下的光斑，光学系统设置了精度为0.01mm的多维调节架，光点对焦调节极其方便。

2.自动机械系统

机械系统是动作执行机构，要求精度高。该系统包括自动送料装置、物面自转兼位移装置、正废品分选装置、排尘装置、光点微调定位装置。

被刻电阻为圆柱体，可采用电磁振动自动定向连续上料，物面位移法刻槽使得电阻体必须自转兼位移。为使不同阻值的坯阻都能刻出光滑、均匀、无齿边的螺旋线槽，刻槽时光斑必须重叠50%以上，最高刻槽速度为120只/min，激光经调Q聚焦成0.05mm以下，频率为1～20kHz的微小光斑，以短脉冲形式与电阻膜作用。综合这些因素，该机选用两台反应式步进电动机分别驱动电阻的自转和位移。步距角为1.5°/step、空载运行频率8000step/s驱动自转，步距角0.75°/step。在转矩允许的情况下步距角越小，运行频率越高，电动机振动越小时，对刻槽条纹的质量影响越小。该机的转动通过同步齿形带轮传递给左、右两根主轴。与机械刀片刻槽不同，受激光聚焦光斑焦深的限制，左、右两主轴的同轴度及跳动是保证刻线质量的关键，该机设计有高精度的圆柱导轨，支撑左右两主轴位移，通过偏心轴套可方便地调整左、右主轴的同轴度，将电阻径向圆跳动控制在0.02mm以内。(www.xing528.com)

电阻位移凸轮采用圆柱端面凸轮，位移可靠，易控制，对应电阻体上启刻点，正、废品判断点均由专门设计的光电凹轮控制。

在激光加工机械中，防振是很重要的。振动会使腔的准直性破坏，输出功率下降，槽纹扭曲。为了避免振动，激光器和机械系统设计成分离式，电动机安装采用了隔振弹簧，振动送料装置独立安置，步进电动机尽可能选用小步距角，并采用细分电路。

整机经试刻，刻槽线条均匀、细致、光滑，达到进口机的水平。

3.微机测控系统

微机测控系统是整台机器的“大脑”，它包括整机电源、电桥及其放大电路、光电信号产生电路、逻辑控制电路、执行电路、自动落料控制电路及步进电动机驱动和信号生成电路。

电桥及放大电路以微调比例臂比值的办法进行在线测量控制结果的微调。

光电信号产生电路，物面位移法刻槽可采用和位移凸轮同轴运转的信号板（光电凹轮）来控制光电耦合器光信号的通断，以产生与电路各关键部位相对应的光电信号，作为逻辑控制的输入信号。

逻辑控制电路和逻辑动作执行电路主要是控制信号输入及信号来到时能及时断关激光。另外，在连续出现若干废品或产生故障时，能声光报警，关断激光并切断电动机电源。

落料控制电路主要用于控制自动送料的速度。