CN103100794A - 一种无限旋转激光头装置 - Google Patents

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肖俊君
廖宁
吴新成
姚晓晖
陈根余
陈燚
高云峰
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Shenzhen Hans Laser Technology Co Ltd
Han s Laser Technology Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种无限旋转激光头装置，包括光学系统和激光头，该装置还包括旋转轴机构、摆动轴机构和随动轴机构，该三部分相连接，所述的激光头设置于随动轴机构上；所述的旋转轴机构、摆动轴机构和随动轴机构内部形成一密封的具有内部空腔的通道，所述的光学系统设置于该通道内；所述的旋转轴机构和摆动轴机构分别设置有直驱电机，该直驱电机包括动子和定子；所述的旋转轴机构和摆动轴机构分别包括有内圈和外圈，该内圈与直驱电机的动子连接，该外圈与直驱电机的定子相连接；本发明旋转轴机构可以实现在XY平面360度旋转，摆动机构可以实现有YZ平面135度摆动，从而可实现激光加工设备多个角度的加工要求。

Description

一种无限旋转激光头装置
技术领域
本发明涉及激光器领域，尤其涉及一种无限旋转激光头装置。
背景技术
激光头是激光加工设备核心功能部件，其主要适用于6000W的高功率光纤激光，使加工光束实现旋转和摆动，配合机床自由联动，用于高精度异型曲面激光加工，属于精密型功能部件，在现有的激光加工设备中，常常需要激光头能无限旋转，以适应加工设备各个角度及复杂工艺的需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，而提出一种无限旋转激光头装置，该装置可无限旋转，能适用激光加工设备多个角度等复杂工况的加工要求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种无限旋转激光头装置，包括光学系统和激光头，其中：所述的装置还包括旋转轴机构、摆动轴机构和随动轴机构，该旋转轴机构与摆动轴机构的一端连接，该摆动轴机构的另一端与随动轴机构连接，所述的激光头设置于随动轴机构上；所述的旋转轴机构、摆动轴机构和随动轴机构内部形成一密封的具有内部空腔的通道，所述的光学系统设置于该通道内；所述的旋转轴机构和摆动轴机构分别设置有直驱电机，该直驱电机包括动子和定子；所述的旋转轴机构和摆动轴机构分别包括有内圈和外圈，该内圈与直驱电机的动子连接，该外圈与直驱电机的定子相连接。
本发明更进一步的优选方案是：所述的激光头装置还包括用于支撑和定位旋转轴机构的多列角接触轴承，该多列角接触轴承包括轴承内圈和轴承外圈，该轴承内圈与旋转轴机构的内环联接，该轴承外圈与旋转轴机构的外圈联接。
本发明更进一步的优选方案是：所述的光学系统包括扩束镜、反射镜和聚焦镜，所述的扩束镜设置于旋转轴机构的顶端，所述的反射镜为两个，分别设置于摆动轴机构的两端，所述的聚焦镜设置于随动轴机构内。
本发明更进一步的优选方案是：所述的随时轴机构内设置有一可驱动随动轴机构Z轴上下运动的环形电机。
本发明更进一步的优选方案是：所述的旋转轴机构的内圈设置有可控制旋转角度和速度的旋转编码器。
本发明更进一步的优选方案是：所述的装置还包括一控制系统，该控制系统与直驱电机、环形电机和编码器连接。
本发明更进一步的优选方案是：所述的装置还包括水路结构和气路结构，该水路结构和气路结构与控制系统相连接。
实施本发明的技术方案，具有以下有益效果：通过将旋转轴机构、摆动轴机构及随动轴机构连接在一起，其内部形成密封的可实现光路畅通的通道，该旋转轴机构和摆动轴机构内设置有直驱电机，旋转轴机构可以实现在XY平面360度旋转，摆动机构可以实现有YZ平面135度摆动，从而可实现无限旋转，激光加工设备多个角度等复杂工况的加工要求。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例旋转激光头装置的剖面结构示意图；
图2是本发明实施例旋转机构的剖面结构示意图；
图3是本发明实施例摆动机构的剖面结构示意图；
图4是本发明实施例的光学系统的光路示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1至图3所示，本发明实施例提供一种无限旋转激光头装置，包括光学系统和激光头4，该装置包括为旋转轴机构1、摆动轴机构2和随动轴机构3，所述的旋转轴机构1与摆动轴机构2的一端连接，该摆动轴机构2的另一端与随动轴机构3连接，所述的激光头4设置于随动轴机构3上；所述的旋转轴机构1、摆动轴机构2和随动轴机构3内部形成一密封的具有内部空腔的通道A，所述的光学系统设置于该通道A内，光路在该通道A内实现空间运转；所述的旋转轴机构1上设置有旋转轴直驱电机5，该旋转轴直驱电机5包括旋转轴动子51和旋转轴定子52；所述的摆动轴机构2设置有摆动轴直驱电机6，该摆动轴直驱电机6包括摆动轴动子61和摆动轴定子62；所述的旋转轴机构1包括旋转轴内圈11和旋转轴外圈12，摆动轴机构2包括有摆动内圈21和摆动外圈22。所述的旋转轴内圈11与直驱电机5的旋转轴动子51连接，旋转轴外圈12与直驱电机5的定子52相连接；所述的摆动轴内圈21与摆动轴动子61连接，摆动轴外圈22与摆动轴定子62连接。
如图1和图2所示，本发明实施例所述的激光头4装置还包括一用于支撑和定位旋转轴机构1的多列角接触轴承，该多列角接触轴承包括轴承内圈和轴承外圈，该轴承内圈与旋转轴机构1的内圈6联接，该轴承外圈与旋转轴外圈12联接，由于旋转机构1的旋转轴外圈12作为固定结构，所以旋转轴内圈11的支撑和定位主要依靠角接触轴承实现。旋转轴机构1作为本实施例装置的主体承载件，可实现XY平面内360度无限旋转功能，整体材料采用高强度铝合金，具备良好刚性和强度，以及稳定性和耐磨性，并且加工性能良好；控制系统通过直驱电机5的旋转轴动子51直接驱动旋转轴内圈11旋转，由于是直接驱动，减少了中间传动环节和多余的负载惯量，系统反应更快，响应更加迅速，可以满足整套装置高速度、高精度要求；本发明实施例所述的旋转轴机构1的内圈6配置旋转编码器，可精确控制旋转角度和旋转速度；多列角接触轴承作为旋转支撑，经过精密调节后，在长距离上实现高精度同轴，旋转轴内圈11和旋转轴外圈12整体配合精密，运转顺畅；在旋转轴内圈11和旋转轴外圈12相对运转过程中，也需要严密保证腔内密封，采用密封效果好的FPM材质密封圈，其耐高温耐磨损，能够满足腔内密封环境要求。
如图1和3所示，本发明实施例所述的摆动轴机构2可实现YZ在平面正负135度来回摆动，配合旋转轴机构1实现空间三维轨迹，该摆动轴机构2同样采用高强度铝合金材料，该摆动轴机构2的摆动轴直驱电机6带动摆动轴内环21高精度旋转，相比旋转轴机构1更加复杂和小型，在有限空间内配置摆动轴直驱电机6，体积小，输出力矩大，带动负载运转，同时冷却水通过摆动轴机构内水路结构为电机提供足够的冷却，使其性能更加稳定。
如图1所示，本发明实施例所述的随动轴机构3设置有激光头4，所述的随动轴机构内设置有一可驱动随动轴机构在Z轴方向上下运动的环形电机，实现z轴上下随动，具有响应速度快等特点，可以根据加工件外形起伏，灵敏调节加工焦点变化，机构由环形电机上下驱动，焦点调节范围大，适用加工对象比较广，机构采用独立直线光栅尺作为反馈，精度更高，活动腔内采用优质材料皮腔封闭光路，有效保持了腔内气体的干燥和洁净。
本发明实施例所述的装置还包括一控制系统，该控制系统与直驱电机、环形电机和编码器连接。
如图1和图4所示，本发明实施例所述的光学系统包括扩束镜8、反射镜9和聚焦镜10，所述的扩束镜8设置于旋转轴机构1内，所述的反射镜9为两个，分别设置于摆动轴机构2的两端，所述的聚焦镜10设置于随动轴机构3内，如图1所示，其光路结构如图4所示。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种无限旋转激光头装置，包括光学系统和激光头，其特征在于：所述的装置还包括旋转轴机构、摆动轴机构和随动轴机构，该旋转轴机构与摆动轴机构的一端连接，该摆动轴机构的另一端与随动轴机构连接，所述的激光头设置于随动轴机构上；所述的旋转轴机构、摆动轴机构和随动轴机构内部形成一密封的具有内部空腔的通道，所述的光学系统设置于该通道内；所述的旋转轴机构和摆轴机构分别设置有直驱电机，该直驱电机包括动子和定子；所述的旋转轴机构和摆动轴机构分别包括有内圈和外圈，该内圈与直驱电机的动子连接，该外圈与直驱电机的定子相连接。
2.根据权利要求1所述的无限旋转激光头装置，其特征在于：所述的激光头装置还包括用于支撑和定位旋转轴机构的多列角接触轴承，该多列角接触轴承包括轴承内圈和轴承外圈，该轴承内圈与旋转轴机构的内环联接，该轴承外圈与旋转轴机构的外圈联接。
3.根据权利要求2所述的无限旋转激光头装置，其特征在于：所述的光学系统包括扩束镜、反射镜和聚焦镜，所述的扩束镜设置于旋转轴机构的顶端，所述的反射镜为两个，分别设置于摆动轴机构的两端，所述的聚焦镜设置于随动轴机构内。
4.根据权利要求1所述的无限旋转激光头装置，其特征在于：所述的随时轴机构内设置有一可驱动随动轴机构Z轴上下运动的环形电机。
5.根据权利要求4所述的无限旋转激光头装置，其特征在于：所述的旋转轴机构的内圈设置有可控制旋转角度和速度的旋转编码器。
6.根据权利要求5所述的无限旋转激光头装置，其特征在于：所述的装置还包括一控制系统，该控制系统与直驱电机、环形电机和编码器连接。
7.根据权利要求6所述的无限旋转激光头装置，其特征在于：所述的装置还包括水路结构和气路结构，该水路结构和气路结构与控制系统相连接。
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CB02 Change of applicant information

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Applicant after: HANS LASER TECHNOLOGY INDUSTRY GROUP CO., LTD.

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Applicant before: Dazu Laser Sci. & Tech. Co., Ltd., Shenzhen

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