高同轴度旋转定位同步样品供给装置
阅读说明：本技术 高同轴度旋转定位同步样品供给装置 (High-coaxiality rotary positioning synchronous sample supply device ) 是由 栗大超 郭子敬 蒲治华 于 2021-06-29 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种高同轴度旋转定位同步样品供给装置,为同轴度高的自动进样装置,通过四齿轮轴同时与转轮啮合转动的方式来固定各个转轮的位置,能够在样品的不断前移同时实现样品360°同步旋转,及在曲面样品基底上加工任意结构图形,进而实现在具有曲面结构的样品表面的精确打印,再通过电机,如步进电机、直线电机等方式控制样品的供给；利用螺纹配合的方式来控制线轴在芯轴上的移动,解决了样品堆叠的问题；利用限位轴本身的转动避免了样品与其他表面的摩擦破坏,保证了图案的完整性；最后利用各个轴之间的位置差,使样品与限位轴紧密贴合,从而保证了极高的同轴度。(The invention provides a high-coaxiality rotation positioning synchronous sample supply device, which is an automatic sample introduction device with high coaxiality, fixes the position of each rotating wheel in a mode that four gear shafts are simultaneously meshed with the rotating wheels to rotate, can realize 360-degree synchronous rotation of a sample while continuously advancing the sample, processes any structural graph on a curved surface sample substrate, further realizes accurate printing on the surface of the sample with a curved surface structure, and controls the supply of the sample in a mode of a motor, such as a stepping motor, a linear motor and the like; the movement of the spool on the mandrel is controlled in a thread matching mode, so that the problem of sample stacking is solved; the rotation of the limiting shaft is utilized to avoid the friction damage of the sample and other surfaces, and the completeness of the pattern is ensured; and finally, the sample is tightly attached to the limiting shaft by utilizing the position difference between the shafts, so that the extremely high coaxiality is ensured.)
技术领域
本发明涉及一种样品供给装置，尤其是高同轴度旋转定位同步样品供给装置。
背景技术
随着现代制造业的不断发展，先进制造方式的不断产生和原有技术的革新，旧的切削工艺愈发不能满足需求，尤其是对精密、复杂的三维结构的加工显得力不从心，而增材制造技术则逐渐发展起来，在科学生产等领域占据越来越重要的地位。精密的样品控制装置对于三维增材制造而言不可或缺，加工装置本身由于构造、原理等原因不能灵活移动，想要实现不同空间坐标处的精密加工，就需要定位装置对材料进行准确的运动控制，从而保证加工位点的准确性以及材料本身的形状稳定性，越灵活精确的控制装置越能提升增材制造可加工的范围，同时提升产品的质量。
同时增材制造技术是高性能微传感器和印刷电子的主要加工方式，增材打印技术的无掩膜特性可以用来定义更加复杂的导电线结构。目前为止，增材打印技术在平面微结构的加工方面比较成熟。但二维平面结构在传感器等领域有诸多限制，比如面积太大、不易微型化等等。微直径柱状结构具有比表面积大、体积小等优点。尤其在植入式传感器领域中，微直径柱状结构的生物传感器往往可以通过实现占用更小的体积，实现所需功能，从而在减小人体免疫排斥反应风险的条件下，实现对人体的健康监测及疾病治疗。然而，由于样品结构呈圆柱形的三维结构，该结构相比于平面结构较难固定及移动，且不易实现整个面积的多维度曲面打印。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种高同轴度旋转定位同步样品供给装置。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种高同轴度旋转定位同步样品供给装置，高同轴度旋转定位同步样品供给装置，包括四个同轴转轮，分别为转轮A、转轮B、转轮C和转轮D，各所述转轮外侧为四个用于驱动各转轮同步转动的齿轮轴，各所述齿轮轴与对应转轮啮合连接，其中一个齿轮轴为驱动轴，从而实现样品的360°旋转，所述转轮A和转轮D为对称设置的外侧齿轮，其内壁沿内径方向固定有芯轴，所述芯轴中心部位设有圆柱形的线轴，所述线轴两端设有小齿轮，所述芯轴和线轴螺纹连接，由于线轴的内部和芯轴的外表面加工有螺纹结构，通过外加驱动的方式给线轴上的齿轮和芯轴上的齿轮施加不同方向的扭矩从而使线轴沿着芯轴运动，用于带动样品的步进，进而使材料均匀地缠绕在线轴上。
优选的，上述高同轴度旋转定位同步样品供给装置，所述线轴一侧的小齿轮外周边缘设有便于铰链连接的齿形结构。
优选的，上述高同轴度旋转定位同步样品供给装置，所述转轮B和转轮C为对称设置的内侧齿轮，其内壁沿平行于A转轮芯轴方向固定有芯轴，所述芯轴中心部位设有用于固定样品的限位轴。
优选的，上述高同轴度旋转定位同步样品供给装置，所述限位轴与线轴的中心之间有相对位置偏移。
优选的，上述高同轴度旋转定位同步样品供给装置，所述转轮A和转轮B的芯轴之间由铰链传动，同样，所述转轮C和转轮D的芯轴之间也由铰链传动，彼此完全中心对称，保证运动的一致性。
优选的，上述高同轴度旋转定位同步样品供给装置，还包括半封闭管状加热装置，所述半封闭管状加热装置由隔热支架和固定于该隔热支架上的加热管组成，所述加热管为向上弯曲的半弧形结构，未封闭处用于增材打印液滴的进入以及监测系统对打印图案的观察，所述半封闭管状加热装置置于打印区域内、设置于转轮B和转轮C中间位置，用于保证被打印样品的快速均匀受热，进而实现所需图案在基底样品曲面上的稳定形成。
优选的，上述高同轴度旋转定位同步样品供给装置，还包括增材制造加工装置，所述增材制造加工装置设置于加热管正上方。
优选的，上述高同轴度旋转定位同步样品供给装置，所述增材制造加工装置为喷墨打印喷头等微滴喷射装置，所述微滴喷射装置喷头设置于加热管正上方，用于连续稳定喷射液滴，配合加热管在样品上面形成图案。
优选的，上述高同轴度旋转定位同步样品供给装置，还包括独立的微距高速拍摄装置，所述微距高速拍摄装置设置于加热管的上方，用于快速捕捉样品加工后的图形表面，近距离监测样品曲面打印的良好效果。
优选的，上述高同轴度旋转定位同步样品供给装置，所述微距高速拍摄装置为高速摄像机。
有益效果：
上述高同轴度旋转定位同步样品供给装置，为同轴度高的自动进样装置，通过四齿轮轴同时与转轮啮合转动的方式来固定各个转轮的位置，能够在样品的不断前移同时实现样品360°同步旋转，及在曲面样品基底上加工任意结构图形，进而实现在具有曲面结构的样品表面的精确打印，再通过电机，如步进电机、直线电机等方式控制样品的供给；利用螺纹配合的方式来控制线轴在芯轴上的移动，解决了样品堆叠的问题；利用限位轴本身的转动避免了样品与其他表面的摩擦破坏，保证了图案的完整性；最后利用各个轴之间的位置差，使样品与限位轴紧密贴合，从而保证了极高的同轴度。
附图说明
图1是本发明所述高同轴度旋转定位同步样品供给装置的结构示意图。
图2是本发明所述高同轴度旋转定位同步样品供给装置的转轮结构示意图。
图3是本发明所述高同轴度旋转定位同步样品供给装置的侧视图。
图4是本发明所述高同轴度旋转定位同步样品供给装置的转轮A前视图。
图5是本发明所述高同轴度旋转定位同步样品供给装置的转轮B前视图。
图6是本发明所述高同轴度旋转定位同步样品供给装置的管状加热装置的结构示意图。
图中：1-转轮A 2-转轮B 3-转轮C 4-转轮D 5-齿轮轴 5-1-驱动轴
6-芯轴 7-线轴 8-小齿轮 9-限位轴 10-铰链 11-加热装置
11-1-隔热支架 11-2-加热管 12-支架
具体实施方式
实施例1
如图1-6所示，所述高同轴度旋转定位同步样品供给装置，包括四个同轴转轮，分别为转轮A1、转轮B2、转轮C3和转轮D4，各所述转轮外侧为四个用于驱动各转轮同步转动的齿轮轴5，各所述齿轮轴与对应转轮啮合连接，其中一个齿轮轴为驱动轴5-1，从而实现样品的360°旋转，所述转轮A和转轮D为对称设置的外侧齿轮，其内壁沿内径方向固定有芯轴6，所述芯轴中心部位设有圆柱形的线轴7，所述线轴两端设有小齿轮8，其中一侧的小齿轮外周边缘设有便于铰链连接的齿形结构，所述芯轴和线轴螺纹连接，由于线轴的内部和芯轴的外表面加工有螺纹结构，通过外加驱动的方式给线轴上的齿轮和芯轴上的齿轮施加不同方向的扭矩从而使线轴沿着芯轴运动，用于带动样品的步进，进而使材料均匀地缠绕在线轴上；所述转轮B和转轮C为对称设置的内侧齿轮，其内壁沿平行于A转轮芯轴方向固定有芯轴，所述芯轴中心部位设有用于固定样品的限位轴9，所述限位轴与线轴的中心之间有相对位置偏移，从而使样品与限位轴紧密贴合；所述转轮A和转轮B的芯轴之间由铰链10传动，同样，所述转轮C和转轮D的芯轴之间也由铰链传动，彼此完全中心对称，保证运动的一致性。
上述高同轴度旋转定位同步样品供给装置，还包括半封闭管状加热装置11、微滴喷射装置(如喷墨打印喷头，图略)和高速摄像机(图略)，其中，所述半封闭管状加热装置由隔热支架11-1和固定于该隔热支架上的加热管11-2组成，所述加热管为向上弯曲的半弧形结构，未封闭处用于增材打印液滴的进入以及监测系统对打印图案的观察，所述半封闭管状加热装置置于打印区域内、设置于转轮B和转轮C中间位置，用于保证被打印样品的快速均匀受热，进而实现所需图案在基底样品曲面上的稳定形成；所述微滴喷射装置设置于加热管正上方，用于连续稳定喷射液滴，配合加热管在样品上面形成图案；所述高速摄像机设置于加热管的上方，用于快速捕捉样品加工后的图形表面，近距离监测样品曲面打印的良好效果。
上述高同轴度旋转定位同步样品供给装置，所述转轮A和转轮B为样品的进入端，转轮C和转轮D为样品的输出端。转轮A和转轮D，转轮B和转轮C的结构(包括铰链部分)完全中心对称，使用过程中转动方向不同，且处于一个中心对称的状态，下面以A、B两个转轮为例，对整个装置进行详细说明。
样品最初缠绕在转轮A的线轴上，线轴由转轮上单独的电机，如步进电机、直线电机等方式控制，使其与芯轴反向转动从而通过螺纹结构的配合控制线轴沿着芯轴运动，使样品均匀地缠绕在线轴上；转轮外侧为四个转动的齿轮轴，其中一根轴用于驱动转轮的转动，其余三根用于固定转轮的相对位置，进而实现样品的同轴转动。转轮B用来固定样品，样品一端绕过转轮B限位轴的中心部分，转轮外侧同样由四个转动的齿轮轴定位，实现对该转轮的同步驱动，转轮的中心部位是用于固定样品的限位轴，限位轴与线轴的中心之间有相对位置偏移，这使得样品紧密贴合在限位轴上，限位轴可随着样品前进同步转动从而避免表面之间的相对滑动破坏加工好的图形，转轮B的芯轴与转轮A的芯轴之间通过铰链连接使转速保持同步；样品穿过半弧形结构的加热管，可实现被打印样品的均匀快速受热，样品再绕过转轮C限位轴的中心部分最终缠绕到转轮D的线轴上。
四根齿轮轴两端由带有轴承的支架12固定，转轮A和转轮D由相同转速的电机，如步进电机、直线电机等方式控制，从而实现放样与收样的同步进行，防止样品被拉断。运行时，由右下角的齿轮轴转动提供驱动力，从而保证ABCD四个转轮的同步转动，外加驱动装置使转轮A的线轴转动的同时沿着芯轴平动，转轮A和B转轮的芯轴之间由铰链传动，保证运动的一致性。样品绕过限位轴进入加热管中，加热管的上方设有喷头装置以及高速摄像机，高速摄像机对加工后的样品进行放大观察，随时监测加工过程中样品表面图案的变化，加工好的样品再绕过与B转轮中心对称的C转轮、缠绕到D转轮的线轴上，限位轴中心处的直径需根据样品的直径进行具体的选择和更换，从而保证样品材料的中心与转轮的中心同轴。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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