(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211015796.9 (22)申请日 2022.08.24 (71)申请人 中国工程物理研究院激光聚变 研究 中心 地址 621900 四川省绵阳市游仙区绵山路 64号 (72)发明人 张春雨　崔新蕊　李国　宋成伟　 黄滟荻　 (74)专利代理 机构 成都弘毅天承知识产权代理 有限公司 5123 0 专利代理师 邓芸 (51)Int.Cl. B23K 37/04(2006.01) B23K 26/70(2014.01) (54)发明名称 一种用于激光加工的高精度装夹装置及装 夹方法 (57)摘要 本发明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。 权利要求书2页 说明书6页 附图5页 CN 115091107 A 2022.09.23 CN 115091107 A 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 ‑1） 和设置在 “ㄇ”状支撑架 （9 ‑1） 底部两侧的两 个支撑耳板 （9 ‑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 ‑ 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 ‑2） 之间设置有Y 向滚柱导轨 （7‑4） ， 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向滚柱导轨 （7 ‑5） 构成十 字交叉滚柱导轨组件。 6.一种用于激光加工的高精度装夹方法， 采用权利要求5所述的一种用于激光加工的 高精度装夹装置， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤一： 首 先将结构支 架组 （9） 固定在机床上； 步骤二： 参考水平调节装置 （3） 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 （3） 上表面后， 通过高倍显微镜 （2） 在位观测， 定义 水平调节装置 （3） 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 （1） ， 将高倍显微镜 （2） 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 （8） 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；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115091107 A 2步骤五： 通过高倍显微镜 （2） 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 （2） 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 （8） 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 （2） 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 （8） 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 （9） ， 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 （2） 刻度测得MN之间距离L， 通过二自由度微位移平台 （7） 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 （9） ， 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 （7） ， 使工件向B方向移动距离L1/2； 步骤十四： 转动结构支架组 （9） ， 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 （7） ， 使工件向C方向移动距离L2/2； 步骤十六： 转动结构支架组 （9） ， 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 （7） ， 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。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115091107 A 3