CN104175008A - 一种采用机器人的镭射设备和镭射方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用机器人的镭射设备和镭射方法，镭射设备包括机座和设于机座上的镭射机，所述的机座上还设有机器人和用于存放工件的物料区；所述机器人的活动端设有用于夹取工件在物料区与镭射区之间移动的夹具结构；所述夹具结构上设有用于夹取工件的夹持部；还包括用于工件定位的定位机构。本发明采用机器人将物料从上料区移动至镭射机的镭射区，镭射完之后再移动至下料区，实现工件在镭射过程的全自动化操作，提高了生产效率，并由此减少由手工操作而造成的产品缺陷。还采用了定位机构，实现工件在夹取过程中的精确定位，以此实现工件的精确镭射。

Description

一种采用机器人的镭射设备和镭射方法

技术领域

本发明涉及一种镭射设备，更具体地说是指一种采用机器人的镭射设备和镭射方法。

背景技术

现有技术中，将工件放到镭射机上进行镭射，一般采用手工上下料，这样的方式不但生产效率低，而且由于镭射过程中，可能会对人体造成伤害。另外，现阶段的人工成本上升，由此增加产品的生产成本。另外，人工将产品进行上下料时，容易对产品表面造成划伤等缺陷。

因此，有必要开发出新的自动化设备，进行镭射加工。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种采用机器人的镭射设备和镭射方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种采用机器人的镭射设备，包括机座和设于机座上的镭射机，所述的机座上还设有机器人和用于存放工件的物料区；所述机器人的活动端设有用于夹取工件在物料区与镭射区之间移动的夹具结构；所述夹具结构上设有用于夹取工件的夹持部；还包括用于工件定位的定位机构。

其进一步技术方案为：所述的物料区包括上料区和下料区，定位机构为二次定位工作台，二次定位工作台设于上料区与镭射区之间。

其进一步技术方案为：所述二次定位工作台设有四个内斜的导向斜面；被镭射的工件为方块形状。或者，二次定位工作台设有多个内斜的导向斜面；被镭射的工件为多边块形状。

其进一步技术方案为：所述的二次定位工作台为左右对中夹紧工件的手指气缸或对夹式电缸或伺服驱动式夹爪机构。

其进一步技术方案为：所述的定位机构为固定于夹具结构上的图像采集装置。

其进一步技术方案为：所述的夹具结构包括用于夹取物料盒的物料夹持部。

其进一步技术方案为：所述的镭射机的镭射方向朝上、朝下、朝左、朝右、朝前或朝后。

其进一步技术方案为：所述的夹持部为伸缩式结构；所述的机器人为二个，分别设于镭射机的两侧；所述的物料区包括左物料区和右物料区，所述的左物料区、右物料区分别包括上料区和下料区；上料区和下料区分别为机器人的前后侧；所述的机器人为6轴机器人。

其进一步技术方案为：机器人也可以是5轴机器人或4轴机器人。尤其是当机器人采用倒挂式固定在机座上方的顶架时，需要活动的空间比较小，可以采用4轴或5轴的机器人。

本发明采用机器人夹持工件进行镭射的方法，包括以下步骤：

1)物料盒层叠放置于上料区，物料区矩阵式放有若干个工件；

2)机器人夹取上料区的工件，移动至镭射区；

3)对工件进行镭射；

4)镭射后，机器人将工件移送至下料区的物料盒内；

5)机器人又回到上料区，重复第2)步骤的工作；

其中，在2)步骤中还包括一个精确定位过程，精确定位过程由机器人在移料过程中将工件放在二次定位工作台完成，或由夹具结构上设有图像采集装置在物料盒取料时通过图像定位来完成。

其进一步技术方案为：所述的机器人为二个，轮流送工件至镭射区进行镭射；上料区的物料盒内的工件取空之后，由机器人活动端的夹具结构中的物料夹持部夹取物料盒饭送至下料区。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明采用机器人将物料从上料区移动至镭射机的镭射区，镭射完之后再移动至下料区，实现工件在镭射过程的全自动化操作，提高了生产效率，并由此减少由手工操作而造成的产品缺陷。还采用了定位机构，实现工件在夹取过程中的精确定位，以此实现工件的精确镭射。镭射机的镭射方向优选朝上的设置，机器人从上料区取出来的工件，不需要翻转，可以直接移动至镭射区进行镭射，镭射完之后，也不需要翻转，直接移动至下料区。为了减小机器人活动端的移动距离，同一个机器人的上料区和下料区优选设在机器人的同一侧，以使同一机器人的活动端在上料、镭射和下料的三个工位形成一个锐角三角形，以在最短的距离内移送工件。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明一种采用机器人的镭射设备和镭射方法具体实施例一的立体结构图(镭射机的镭射方向朝下)；

图2为本发明一种采用机器人的镭射设备和镭射方法具体实施例二的立体结构图(镭射机的镭射方向朝上)；

图3为本发明一种采用机器人的镭射设备和镭射方法具体实施例中的夹具结构的立体结构图；

图4为图3所示实施例的夹具结构固定在机器人上的立体结构图；

图5为本发明一种采用机器人的镭射设备和镭射方法采用电缸为动力件的第一实施例结构图(仅显示电缸、横向活动夹臂和纵向活动夹头部分)；

图6为图5的另一角度的立体结构图；

图7为图5的正面结构图；

图8为本发明一种采用机器人的镭射设备和镭射方法采用电缸为动力件的第二实施例结构图(仅显示电缸、横向活动夹臂和纵向活动夹头部分)；

图9为图8的另一角度的立体结构图；

图10为图8的正面结构图。

附图标记

10          固定座本体    12   电缸

131、132    横向活动夹臂

131A、132A  横向活动夹臂

137         导向槽        138  导向孔

139         凸起部

141、142    纵向活动夹头

141A、142A  纵向活动夹头

143         夹持部        144  弹簧座部

147         导向块        148  导向柱

149         轴凸部

151、152    弹簧

151A、152A  弹簧

16          料盒夹头      161  料盒气缸

17          图像采集装置  171  相机光源

18          线性滑轨      181  滑轨部

182         滑台部        S    机器人活动端

19          联接柱        11   夹具结构

20          机座          21   机柜

22          控制按钮      23   触摸屏

30          镭射机        40   机器人

31          防护罩        32   抽风接口

50          物料区        51   上料区

52          下料区        60   二次定位工作台

61   底板    62   手指气缸

63   夹板

具体实施方式

为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。

如图1和图2所示，本发明一种采用机器人的镭射设备和镭射方法，包括机座20和设于机座20上的镭射机30，机座20上还设有机器人40和用于存放工件的物料区50；机器人40的活动端设有用于夹取工件在物料区50与镭射区(镭射机的工作区域)之间移动的夹具结构11；夹具结构11上设有用于夹取工件的夹持部；还包括用于工件定位的定位机构。物料区50包括上料区51(待镭射的工件放在料盒内，并层叠在上料区)和下料区52(镭射后的工件放在料盒内，并层叠在下料区)，定位机构为二次定位工作台60，二次定位工作台60设于上料区51与镭射区之间。二次定位工作台60包括底板61和设于底板61的左右对中夹紧工件的手指气缸62，及与手指气缸联接的二块夹板63。定位机构还包括固定于夹具结构上的图像采集装置17(如图3至图4所示)；夹具结构11包括用于夹取物料盒的物料夹持部(如图3至图4所示)。还包括用于控制机器人工作的控制系统，控制系统于机座20下方的机柜21内，机座20的侧边还设有控制按钮22和触摸屏23(即人机界面)。为了安全生产，防止镭射加工时，伤到操作人员，在镭射机的四周设有防护罩31，防护罩31上设有用于排出镭射加工时产生的废气的抽风接口32。

前述图1和图2二个实施例中，机器人为二个，分别设于镭射机的两侧；物料区包括左物料区和右物料区，左物料区、右物料区分别包括上料区和下料区；上料区和下料区分别为机器人的前后侧。机器人为6轴机器人。

于其它实施例中，机器人也可以是5轴或4轴机器人。

于其它实施例中，二次定位工作台设有四个内斜的导向斜面；被镭射的工件为方块形状。或者，二次定位工作台设有多个内斜的导向斜面；被镭射的工件为多边块形状。

于其它实施例中，当定位精度不高时，也可以省略二次定位工作台。也可以由夹具结构上的图像采集装置将采集区域对准于处于夹持状态的工件，在工件被移送的过程中，同时对工件进行图像识别，根据识别结果，调整镭射时和放料时的位置，这样可以大大地节省时间，提高生产效率。这样的结构特别适合用于工件有特殊标识或识别区域的情况。

于其它实施例中，镭射机的镭射方向也可以是朝左、朝右、朝前或朝后。

于其它实施例中，机器人也可以是一个。

本发明采用机器人夹持工件进行镭射的方法，包括以下步骤：

1)物料盒层叠放置于上料区，物料区矩阵式放有若干个工件；

2)机器人夹取上料区的工件，移动至镭射区；

3)对工件进行镭射；

4)镭射后，机器人将工件移送至下料区的物料盒内；

5)机器人又回到上料区，重复第2)步骤的工作；

其中，在2)步骤中还包括一个精确定位过程，精确定位过程先由夹具结构上设有图像采集装置在物料盒取料时通过图像定位来完成，必要的时候，还可以在机器人在移料过程中将工件放在二次定位工作台进行第二次定位，其中，机器人为二个，轮流送工件至镭射区进行镭射；上料区的物料盒内的工件取空之后，由机器人活动端的夹具结构中的物料夹持部夹取物料盒饭送至下料区。

也可以由夹具结构上的图像采集装置将采集区域对准于处于夹持状态的工件，在取料时，通过粗定位从料盒中取料，在工件被移送的过程中，对被夹紧的工件进行图像识别，根据识别结果，调整镭射时和放料时的位置，这样可以大大地节省时间，提高生产效率。

图1和图2实施例中的夹具结构可以采用伸缩式夹具结构，具体结构如下说明：

如图3至图4所示，本发明一种采用机器人的镭射设备和镭射方法采用的夹具结构11，包括通过联接柱19与机器人活动端S连接的固定座本体10，固定座本体10上设有用于产生夹紧动作的电缸12(该电缸设有二个对称式的活动端)，电缸12设有二个横向活动夹臂131、132(如图5-7所示)；横向活动夹臂131、132在电缸12的驱动下产生横向移动，包括夹紧移动动作和张开移动动作。横向活动夹臂131、132的外端设有纵向滑动联接的纵向活动夹头141、142(如图5-7所示)；纵向滑动联接构成纵向活动夹头141、142的纵向伸缩；还包括将纵向活动夹头141、142向外端伸出的弹簧151、152(如图5-7所示)，弹簧151、152可以产生预紧力，让纵向活动夹头141、142在无外力的作用下，始终处于最外端。固定座本体10还设有用于夹取物料盒的料盒夹头16，该料盒夹头16由料盒气缸161驱动；固定座本体10上还设有用于工件定位的图像采集装置17(本实施例中采用的是CCD工业相机)，以及为图像采集提供光源的相机光源171。本实施例中，被夹取的工件为块状物品，手机或平板电脑。通过图像采集，传输至控制系统，由主机对图像进行识别，从而起到定位取料或定位放料的作用。将图像采集装置设在夹具结构上，可以让图像采集装置随着机器人的活动端移动，在取料、放料，以及移动过程中进行图像识别的定位。尤其是，其中的图像采集装置可以将采集区域对准于处于夹持状态的工件，在工件被移送的过程中，同时对工件进行图像识别，根据识别结果，调整加工时和放料时的位置，这样可以大大地节省时间，提高生产效率。这样的结构特别适合用于工件有特殊标识或识别区域的情况。

如图5至图7所示的夹具结构的实施例，横向活动夹臂131、132的外侧设有凸起部139，凸起部139上设有导向孔138和位于导向孔138两侧的导向槽137；纵向活动夹头141、142设有与导向孔138对应的导向柱148和与导向槽137配合的导向块147；导向柱148穿过导向孔138并于凸起部139的内端设有用于定位的轴凸部149；弹簧151、152套设于凸起部139外端的导向柱148上。未受到外力时，纵向活动夹头141、142在弹簧151、152的作用下，始终向外伸出，当在取料或放料时，纵向活动夹头141、142的外端受到阻碍时，弹簧受到压缩力，产生变形，从而消除夹头与其它物体之间的刚性干涉，提高机器人在夹取物料过程的柔性，提高机器人夹取物料的适应能力。本实施例结构的缺点在于：导向孔与导向柱，以及导向槽与导向块之间存在间隙，夹取物料时，存在小量误差。优点是成本低。

如图8-图10所示的另一种夹具结构的实施例，横向活动夹臂131A、132A上设有用于与纵向活动夹头141A、142A滑动联接的线性滑轨18，纵向活动夹头141A、142A的内端设有所述的弹簧151A、152A。线性滑轨18包括滑轨部181和滑台部182；滑轨部181的内端固定于横向活动夹臂131A、132A，滑台部182与纵向活动夹头141A、142A固定联接；纵向活动夹头141A、142A为条块状结构，外端为夹持部143，内端延伸出滑台部182，构成用于固定弹簧151A、152A的弹簧座部144。本实施例结构的缺点在于：线性滑轨的间隙非常微小，夹取物料时，非常平稳，可靠性高，能长期使用，缺点是成本高。

于其它实施例中，动力件也可以是手指气缸，手指气缸设有二个对称式的活动端；动力件也可以采用伺服驱动机构。

于其它实施例中，动力件的活动端可以设有三个，用于夹取接近圆形的物品，也可以是四个，用于夹取形状不规则或较大的物品。

于其它实施例中，夹持部与纵向活动夹头的本体部可以采用可拆式分体结构，当用于不同工件的夹取时，可以更换不同形状的夹持部。

综上所述，本发明采用机器人将物料从上料区移动至镭射机的镭射区，镭射完之后再移动至下料区，实现工件在镭射过程的全自动化操作，提高了生产效率，并由此减少由手工操作而造成的产品缺陷。还采用了定位机构，实现工件在夹取过程中的精确定位，以此实现工件的精确镭射。镭射机的镭射方向优选朝上的设置，机器人从上料区取出来的工件，不需要翻转，可以直接移动至镭射区进行镭射，镭射完之后，也不需要翻转，直接移动至下料区。为了减小机器人活动端的移动距离，同一个机器人的上料区和下料区优选设在机器人的同一侧，以使同一机器人的活动端在上料、镭射和下料的三个工位形成一个锐角三角形，以在最短的距离内移送工件。本发明采用的夹具结构在横向活动夹臂与纵向活动夹头之间设有弹簧预紧作用下的滑动联接，使得工件在夹取过程中，可以实现纵向位置的补偿，从而消除了夹具结构与物料盒或生产设备之类的刚性干涉。本发明特别适合应用于夹具结构在放料时需要同时对工件实现一个安装动作的场合，在这种应用环境中，可以通过增加行程开关作为感应信号，以此来中止机器人的进给动作(即安装动作)。

上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种采用机器人的镭射设备，包括机座和设于机座上的镭射机，其特征在于所述的机座上还设有机器人和用于存放工件的物料区；所述机器人的活动端设有用于夹取工件在物料区与镭射区之间移动的夹具结构；所述夹具结构上设有用于夹取工件的夹持部；还包括用于工件定位的定位机构。

2.根据权利要求1所述的一种采用机器人的镭射设备，其特征在于所述的物料区包括上料区和下料区，定位机构为二次定位工作台，二次定位台设于上料区与镭射区之间。

3.根据权利要求2所述的一种采用机器人的镭射设备，其特征在于所述二次定位工作台设有四个内斜的导向斜面；被镭射的工件为方块形状。

4.根据权利要求2所述的一种采用机器人的镭射设备，其特征在于所述的二次定位工作台为左右对中夹紧工件的手指气缸或对夹式电缸或伺服驱动式夹爪机构。

5.根据权利要求1所述的一种采用机器人的镭射设备，其特征在于所述的定位机构为固定于夹具结构上的图像采集装置。

6.根据权利要求1所述的一种采用机器人的镭射设备，其特征在于所述的夹具结构包括用于夹取物料盒的物料夹持部。

7.根据权利要求1所述的一种采用机器人的镭射设备，其特征在于所述的镭射机的镭射方向朝上、朝下、朝左、朝右、朝前或朝后。

8.根据权利要求1所述的一种采用机器人的镭射设备，其特征在于所述的夹持部为伸缩式结构；所述的机器人为二个，分别设于镭射机的两侧；所述的物料区包括左物料区和右物料区，所述的左物料区、右物料区分别包括上料区和下料区；上料区和下料区分别为机器人的前后侧；所述的机器人为6轴机器人。

9.采用机器人夹持工件进行镭射的方法，包括以下步骤：

1)物料盒层叠放置于上料区，物料区矩阵式放有若干个工件；

2)机器人夹取上料区的工件，移动至镭射区；

3)对工件进行镭射；

4)镭射后，机器人将工件移送至下料区的物料盒内；

5)机器人又回到上料区，重复第2)步骤的工作；

其中，在2)步骤中还包括一个精确定位过程，精确定位过程由机器人在移料过程中将工件放在二次定位工作台完成，或由夹具结构上设有图像采集装置在物料盒取料时通过图像定位来完成。

10.根据权利要求9所述的采用机器人夹持工件进行镭射的方法，其特征在于所述的机器人为二个，轮流送工件至镭射区进行镭射；上料区的物料盒内的工件取空之后，由机器人活动端的夹具结构中的物料夹持部夹取物料盒饭送至下料区。