一种用于龙门系统热畸变自消除的柔性连接关节系统

1.本技术涉及龙门运动系统技术领域，尤其涉及一种用于龙门系统热畸变自消除的柔性连接关节系统。


背景技术：

2.oled面板制造工艺需要将数亿滴皮升（10-12
升）范围内的墨滴沉积到近1亿个像素孔中，其中传统真空热蒸镀方式所需要用到的真空热蒸镀设备价格昂贵（达十亿人民币），且真空制造环境维持成本很高，因此，通过喷墨打印方式完成像素制造是未来趋势。然而oled像素孔大小和间距均只有40μm左右，这对喷墨打印头与玻璃基板之间的对位精度要求极高，需要小于1μm，否则，墨滴无法精准一致地落入对应像素孔，使各像素亮度不均，导致面板报废。
3.oled面板打印精度主要由喷墨打印设备机械运动平台精度与喷墨打印头出口处墨滴偏移角度决定，目前打印头对墨滴偏移影响越来越小，偏移角一般不超过1mrad，因此现阶段机械运动平台精度成为制约喷墨打印质量的瓶颈。
4.喷墨打印设备往往采用龙门运动系统作为机械移动平台，而随着oled面板尺寸不断增加，相应的喷墨打印设备尺寸也随之不断增加，龙门跨距随着增大，而大跨距龙门系统热变形控制十分困难，因此，如何有效实现大跨距龙门运动系统热畸变消除以提高喷墨打印的精度，是当前业界的迫切需求，为此，本发明提出一种用于龙门系统热畸变自消除的柔性连接关节系统。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供了一种用于龙门系统热畸变自消除的柔性连接关节系统，使得能够有效消除龙门系统的热畸变，进而提升打印精度。
6.有鉴于此，本技术提供了一种用于龙门系统热畸变自消除的柔性连接关节系统，包括：铸铁机架和设置在所述铸铁机架顶部的大理石基台和大理石龙门架；所述大理石龙门架由两个大理石立柱和一个大理石横梁组成；所述大理石立柱顶部设置有用于限制所述大理石横梁在前后方向和上下方向上的自由度的重载导轨副和用于限制所述大理石横梁在左右方向上的自由度的横向热畸变自适应调节机构；所述大理石横梁通过所述重载导轨副和所述横向热畸变自适应调节机构与所述大理石立柱连接；所述大理石基台底部通过类whiffletree结构的正交柔性铰链一体化六点支撑机构与所述铸铁机架连接；所述大理石基台两侧通过类羊角正交柔性铰链连接机构与所述铸铁机架连接；所述正交柔性铰链一体化六点支撑机构和所述类羊角正交柔性铰链连接机构的数量均为3个，且均呈三点非对称分布。
7.可选地，所述横向热畸变自适应调节机构包括第一连接部、连杆连接部、用于安装热涨缩杆的安装部以及第二连接部；所述第一连接部上设置有用于与所述大理石横梁连接的第一沉头孔；所述第二连接部上间隔设置有两个用于与所述大理石立柱连接的第二沉头孔；所述第一连接部通过第一柔性铰链与所述连杆连接部连接；所述连杆连接部包括并排设置的第一连杆和第二连杆，且所述第一连杆与所述第二连杆通过第二柔性铰链连接；所述安装部靠近所述第一连杆的一侧通过第三柔性铰链与所述第一连杆连接，所述安装部靠近所述第二连杆的一侧通过第四柔性铰链与所述第二连杆连接；所述安装部上安装有热涨缩杆，且所述热涨缩杆位于所述第三柔性铰链和所述第四柔性铰链之间；所述安装部靠近所述第二连接部的一侧通过第一导向柔性铰链与所述第二连接部连接；所述第一导向柔性铰链的数量为4个，且所述第一导向柔性铰链对称设置在所述第二沉头孔的两侧。
8.可选地，所述热涨缩杆通过第三沉头孔安装于所述安装部。
9.可选地，所述热涨缩杆的材质为低热膨胀系数材料；所述横向热畸变自适应调节机构的材质为高热膨胀系数材料。
10.可选地，所述重载导轨副的数量为两个，且两个所述重载导轨副对称设置在所述横向热畸变自适应调节机构的两侧。
11.可选地，所述正交柔性铰链一体化六点支撑机构包括第三连接部和对称设置在所述第三连接部左右两侧的三角形安装面；所述第三连接部上设置有两组用于与所述铸铁机架连接的安装位；所述三角形安装面顶部的三个顶点处分别设置有一个用于与所述大理石基台连接的连接面；所述连接面通过第一正交柔性铰链与所述三角形安装面连接。
12.可选地，所述三角形安装面通过第二正交柔性铰链与所述第三连接部连接。
13.可选地，两组所述安装位对称设置，且每组所述安装位包括两个螺纹孔；每个所述连接面上设置有两个用于与所述大理石基台连接的第四沉头孔。
14.可选地，所述类羊角正交柔性铰链连接机构包括羊角形连接部和第四连接部；所述第四连接部位于所述羊角形连接部的底部一侧，且所述第四连接部与所述羊角形连接部固定连接；所述羊角形连接部的两个角状结构上对称设置有第三正交柔性铰链、第四正交柔性铰链以及用于与所述大理石基台连接的第五沉头孔；所述第三正交柔性铰链位于所述第五沉头孔的下方，且所述第三正交柔性铰链与所述第五沉头孔平行；所述第四正交柔性铰链位于所述第三正交柔性铰链的下方，且所述第四正交柔性铰链与所述第三正交柔性铰链垂直；所述第四连接部的顶部对称开设有两个用于与所述铸铁机架连接的第六沉头孔；
所述第六沉头孔外侧设置有用于消除所述大理石基台前后方向热畸变的第二导向柔性铰链。
15.可选地，所述第二导向柔性铰链的数量为4个，且所述第二导向柔性铰链对称分布。
16.从以上技术方案可以看出，本技术实施例具有以下优点：本柔性连接关节系统通过在大理石立柱顶部设置有重载导轨副和横向热畸变自适应调节机构，且大理石横梁通过重载导轨副和横向热畸变自适应调节机构与大理石立柱连接，能够实现大负载、大跨距龙门系统中大理石立柱与大理石横梁之间的热畸变自消除，同时，大理石基台底部通过3个类whiffletree结构的正交柔性铰链一体化六点支撑机构与铸铁机架连接，能够实现大理石基台与铸铁机架之间的热畸变自消除，大理石基台两侧通过3个类羊角正交柔性铰链连接机构与铸铁机架连接，能够实现大理石基台高速往复运动冲击状态下的精度保障。此外，正交柔性铰链一体化六点支撑机构和类羊角正交柔性铰链连接机构均采用三点非对称分布，可实现长条形被承载对象的支撑点承载力均等。
附图说明
17.图1为本技术实施例中用于龙门系统热畸变自消除的柔性连接关节系统的结构示意图；图2为本技术实施例中重载导轨副和横向热畸变自适应调节机构的安装位置示意图；图3为本技术实施例中横向热畸变自适应调节机构的结构示意图；图4为本技术实施例中横向热畸变自适应调节机构的连接结构示意图；图5为本技术实施例中用于龙门系统热畸变自消除的柔性连接关节系统去掉大理石龙门架后的侧视图；图6为本技术实施例中正交柔性铰链一体化六点支撑机构的结构示意图；图7为本技术实施例中正交柔性铰链一体化六点支撑机构的侧视图；图8为本技术实施例中类羊角正交柔性铰链连接机构的结构示意图；图9为本技术实施例中正交柔性铰链一体化六点支撑机构和类羊角正交柔性铰链连接机构的布局示意图；其中，附图标记为：1-大理石横梁，2-大理石立柱，3-大理石基台，4-铸铁机架，5-重载导轨副，6-横向热畸变自适应调节机构，61-第一连接部，611-第一沉头孔，62-连杆连接部，621-第一连杆，622-第二连杆，63-安装部，631-第三沉头孔，64-第二连接部，641-第二沉头孔，65-第一柔性铰链，66-第二柔性铰链，67-第三柔性铰链，68-第四柔性铰链，69-第一导向柔性铰链，7-热涨缩杆，8-正交柔性铰链一体化六点支撑机构，81-第三连接部，811-安装位，82-三角形安装面，83-连接面，831-第四沉头孔，84-第一正交柔性铰链，85-第二正交柔性铰链，9-类羊角正交柔性铰链连接机构，91-羊角形连接部，911-第五沉头孔，912-第三正交柔性铰链，913-第四正交柔性铰链，92-第四连接部，921-第六沉头孔，922-第二导向柔性铰链。
具体实施方式
18.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
19.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
20.除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
21.发明人发现：对于oled喷墨打印，玻璃基板一般安放在大理石基台上，而大理石基台放置在铸铁平台支架上，由于大理石材料线膨胀系数为4.61
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/℃，铸铁线膨胀系数为9.2~11.8
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/℃，两种材料热膨胀系数相差较大，当环境温度升高时，底部铸铁平台支架热变形大，上方大理石基台热变形较小，使支撑平面产生热畸变，从而导致基台产生翘曲变形，严重影响玻璃基板平面度，导致打印精度下降。
22.本技术提供了一种用于龙门系统热畸变自消除的柔性连接关节系统的一个实施例，具体请参阅图1、图2、图5以及图9。
23.本实施例中的用于龙门系统热畸变自消除的柔性连接关节系统包括：铸铁机架4和设置在铸铁机架4顶部的大理石基台3和大理石龙门架，大理石龙门架由两个大理石立柱2和一个大理石横梁1组成，大理石立柱2顶部设置有用于限制大理石横梁1在前后方向和上下方向上的自由度的重载导轨副5和用于限制大理石横梁1在左右方向上的自由度的横向热畸变自适应调节机构6，大理石横梁1通过重载导轨副5和横向热畸变自适应调节机构6与大理石立柱2连接，大理石基台3底部通过类whiffletree结构（无定向三角板支撑系统）的正交柔性铰链一体化六点支撑机构8与铸铁机架4连接，大理石基台3两侧通过类羊角正交柔性铰链连接机构9与铸铁机架4连接，正交柔性铰链一体化六点支撑机构8和类羊角正交柔性铰链连接机构9的数量均为3个，且均呈三点非对称分布，可分散支撑点。
24.需要说明的是：本柔性连接关节系统通过在大理石立柱2顶部设置有重载导轨副5和横向热畸变自适应调节机构6，且大理石横梁1通过重载导轨副5和横向热畸变自适应调节机构6与大理石立柱2连接，能够实现大负载、大跨距龙门系统中大理石立柱2与大理石横梁1之间的热畸变自消除，同时，大理石基台3底部通过3个类whiffletree结构的正交柔性铰链一体化六点支撑机构8与铸铁机架4连接，大理石基台3两侧通过3个类羊角正交柔性铰链连接机构9与铸铁机架4连接，当环境温度上升时，铸铁机架4的热伸长量接近大理石基台3热伸长量的两倍（大理石热膨胀系数为4.61
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/℃，铸铁机架4热膨胀系数为9.2~11.8
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/℃），因此，下方铸铁机架4多出的热伸长量将会直接作用给上方大理石基台3，引发大理石基台3的热畸变，而正交柔性铰链一体化六点支撑机构8和类羊角正交柔性铰链连接
机构9的柔性铰链处具有柔性，更容易发生变形，因此该热伸长量导致的热畸变将作用在正交柔性铰链一体化六点支撑机构8和类羊角正交柔性铰链连接机构9上，使得正交柔性铰链一体化六点支撑机构8和类羊角正交柔性铰链连接机构9发生变形，而由于正交柔性铰链一体化六点支撑机构8和类羊角正交柔性铰链连接机构9与大理石基台3的安装面刚度更大，因此正交柔性铰链一体化六点支撑机构8和类羊角正交柔性铰链连接机构9与大理石基台3的连接处不会产生热畸变，进而达到消除大理石基台3热畸变的作用，其可同时满足大负载、往复冲击下的龙门系统热畸变自消除，且采用一体化设计降低装配调整复杂度、消除零部件间隙、粘接剂带来的误差。此外，正交柔性铰链一体化六点支撑机构8和类羊角正交柔性铰链连接机构9均采用三点非对称分布，可实现长条形被承载对象的支撑点承载力均等。
25.以上为本技术实施例提供的一种用于龙门系统热畸变自消除的柔性连接关节系统的实施例一，以下为本技术实施例提供的一种用于龙门系统热畸变自消除的柔性连接关节系统的实施例二，具体请参阅图1至图9。
26.本实施例中的用于龙门系统热畸变自消除的柔性连接关节系统包括：铸铁机架4和设置在铸铁机架4顶部的大理石基台3和大理石龙门架，大理石龙门架由两个大理石立柱2和一个大理石横梁1组成，大理石立柱2顶部设置有用于限制大理石横梁1在前后方向和上下方向上的自由度的重载导轨副5和用于限制大理石横梁1在左右方向上的自由度的横向热畸变自适应调节机构6，其中重载导轨副5可以承载大理石横梁1和大理石横梁1上附件的重量；大理石横梁1通过重载导轨副5和横向热畸变自适应调节机构6与大理石立柱2连接，大理石基台3底部通过类whiffletree结构的正交柔性铰链一体化六点支撑机构8与铸铁机架4连接，大理石基台3两侧通过类羊角正交柔性铰链连接机构9与铸铁机架4连接，如图9所示，正交柔性铰链一体化六点支撑机构8和类羊角正交柔性铰链连接机构9的数量均为3个，且均呈三点非对称分布。可以理解的是，正交柔性铰链一体化六点支撑机构8和类羊角正交柔性铰链连接机构9的位置是基于对长方形零部件质量分析及有限元仿真优化得到，以实现对长方形零部件的最佳支撑布局设计。
27.需要说明的是：重载导轨副5和横向热畸变自适应调节机构6安装于两个大理石立柱2与大理石横梁1之间，用于自适应地消除大理石横梁1因温度变化而产生的热弯曲；类whiffletree结构的正交柔性铰链一体化六点支撑机构8采用多点支撑实现大负载柔性连接，实现大理石基台3的热畸变自消除，同时，通过一体化设计，消除了零部件间隙、装配调整的复杂程度、粘合剂带来的误差；类羊角正交柔性铰链连接机构9具有抗冲击、消除热畸变的能力，且一体化加工。当环境温度升高时，大理石基台3的受热膨胀量小于铸铁机架4的受热膨胀量，会使得大理石基台3产生向下的热弯曲畸变，通过大理石基台3底部的3个类whiffletree结构的正交柔性铰链一体化六点支撑机构8可实现热畸变自消除，周侧的3个类羊角正交柔性铰链连接机构9可实现大理石基台3上载荷往复运动冲击下的精度保持，同时起到辅助支撑的作用。
28.如图3和图4所示，横向热畸变自适应调节机构6包括第一连接部61、连杆连接部62、用于安装热涨缩杆7的安装部63以及第二连接部64，第一连接部61上设置有用于与大理石横梁1连接的第一沉头孔611，第二连接部64上间隔设置有两个用于与大理石立柱2连接的第二沉头孔641，第一连接部61通过第一柔性铰链65与连杆连接部62连接，连杆连接部62包括并排设置的第一连杆621和第二连杆622，且第一连杆621与第二连杆622通过第二柔性
铰链66连接；安装部63靠近第一连杆621的一侧通过第三柔性铰链67与第一连杆621连接，安装部63靠近第二连杆622的一侧通过第四柔性铰链68与第二连杆622连接，安装部63上安装有热涨缩杆7，且热涨缩杆7位于第三柔性铰链67和第四柔性铰链68之间；安装部63靠近第二连接部64的一侧通过第一导向柔性铰链69与第二连接部64连接，第一导向柔性铰链69的数量为4个，且第一导向柔性铰链69对称设置在第二沉头孔641的两侧。
29.需要说明的是：横向热畸变自适应调节机构6为一个整体式柔性机构，其无需额外驱动部件及测量、控制系统，完全利用不同材料之间的热膨胀系数差异性及柔性铰链位移放大机构的位移放大特性，根据环境温度变化，自动地调整大理石横梁1与大理石立柱2之间的位置，实现热畸变消除。
30.如图4所示，热涨缩杆7可以通过两对称第三沉头孔631安装于横向热畸变自适应调节机构6的安装部63，利用沉头孔安装热涨缩杆7，可以减少螺钉长度，方便采用标准螺钉。
31.热涨缩杆7的材质为低热膨胀系数材料，横向热畸变自适应调节机构6的材质为高热膨胀系数材料。具体的，热涨缩杆7的材质可以为4j32殷钢，横向热畸变自适应调节机构6的材质可以为6061铝合金。
32.需要说明的是：热涨缩杆7的材质为4j32殷钢时，其热膨胀系数为1
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/℃，横向热畸变自适应调节机构6的材质为6061铝合金时，其热膨胀系数为23.21
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/℃，由于大理石横梁1线膨胀系数为4.61
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/℃，铸铁机架4线膨胀系数为9.2~11.8
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/℃，当环境温度升高时，大理石横梁1的受热膨胀量小于铸铁机架4的受热膨胀量，会使得大理石横梁1产生向下的热弯曲畸变，而第一柔性铰链65、第二柔性铰链66、第一连杆621、第二连杆622、第三柔性铰链67、第四柔性铰链68以及第一导向柔性铰链69构成位移放大机构，且热涨缩杆7的受热膨胀量远小于横向热畸变自适应调节机构6的受热膨胀量，因此热涨缩杆7与横向热畸变自适应调节机构6会相对产生收缩位移，经位移放大机构放大，使得第一柔性铰链65到第二沉头孔641之间的位移增大，相当于大理石横梁1与两个大理石立柱2连接点之间的距离增加，从而平衡掉铸铁机架4多出来的受热膨胀量，最终消除掉大理石横梁1产生的向下的热弯曲畸变。
33.如图2所示，重载导轨副5的数量可以为两个，且两个重载导轨副5对称设置在横向热畸变自适应调节机构6的两侧，可以有效承载大理石横梁1和大理石横梁1上附件的重量。
34.如图6和图7所示，正交柔性铰链一体化六点支撑机构8包括第三连接部81和对称设置在第三连接部81左右两侧的三角形安装面82，第三连接部81上设置有两组用于与铸铁机架4连接的安装位811，三角形安装面82顶部的三个顶点处分别设置有一个用于与大理石基台3连接的连接面83，每一个连接面83通过一个第一正交柔性铰链84与其下方的三角形安装面82连接，可实现大理石基台3前后左右以及上下方向的热畸变消除。
35.可以理解的是，通过两个三角形安装面82与大理石基台3连接，且每一个三角形安装面82上设置有三个连接面83，这6个连接面83需保证组合平面度，防止产生变形。本柔性连接关节系统通过一共18个连接面83，大幅度分散了载荷，可实现大载荷支撑。
36.三角形安装面82通过第二正交柔性铰链85与第三连接部81连接，具体的，三角形安装面82通过第二正交柔性铰链85与两组安装位811连接，进一步增加柔性。
37.具体的，两组安装位811对称设置，且每组安装位811包括两个螺纹孔；每个连接面
83上设置有两个用于与大理石基台3连接的第四沉头孔831。
38.如图8所示，类羊角正交柔性铰链连接机构9包括羊角形连接部91和第四连接部92，第四连接部92位于羊角形连接部91的底部一侧，且第四连接部92与羊角形连接部91固定连接；羊角形连接部91的两个角状结构上对称设置有第三正交柔性铰链912、第四正交柔性铰链913以及用于与大理石基台3连接的第五沉头孔911，第三正交柔性铰链912位于第五沉头孔911的下方，且第三正交柔性铰链912与第五沉头孔911平行；第四正交柔性铰链913位于第三正交柔性铰链912的下方，且第四正交柔性铰链913与第三正交柔性铰链912垂直；第四连接部92的顶部对称开设有两个用于与铸铁机架4连接的第六沉头孔921，第六沉头孔921外侧设置有用于消除大理石基台3前后方向热畸变的第二导向柔性铰链922。具体的，第二导向柔性铰链922的数量为4个，且第二导向柔性铰链922对称分布。
39.需要说明的是：第三正交柔性铰链912和第四正交柔性铰链913可实现运动冲击的吸收，并消除大理石基台3周边的热畸变。
40.可以理解的是，由于高精度平面需要通过精密研磨实现，可以在第一连接部61、第二连接部64、安装位811、第五沉头孔911以及第六沉头孔921的连接界面设置1mm的凸起，使其只需研磨凸出的部分，缩小了需要研磨的面积，进而缩短了研磨时间，可保证各连接界面的平面度。本柔性连接关节系统中的各柔性铰链均可通过线切割或传统铣削加工一体成型。
41.以上所述，以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。