CN109128541A - 一种激光加工头的复位装置和防撞装置 - Google Patents

Abstract

为了解决现有的防撞装置不能快速精确复位、重复定位精度差、防撞可靠性差、沿光轴方向不能防撞的技术问题，本发明提供了一种激光加工头的复位装置和防撞装置。复位装置采用至少三个压缩弹簧+赫斯齿盘的结构进行快速、精准复位。防撞装置包括所述复位装置和至少三个沿圆周间隔设置在复位装置的加工头连接座上的压力传感器，能感应底部向上、侧面任意方向产生碰撞，防撞范围更广、可靠性更高。

Description

一种激光加工头的复位装置和防撞装置

技术领域

本发明属于激光加工设备技术领域，涉及一种激光加工头的防撞装置。

背景技术

激光加工是将激光通过导光系统引入激光加工头，并通过运动机构实现激光加工头与工件之间的相对移动，从而将激光光束聚焦到工件表面来进行加工。在激光加工过程中，由于设备控制程序出错或者人为失误，常常会造成激光加工头与工件发生碰撞，从而导致昂贵且精密的激光加工头损伤甚至报废。因此，需要设计一种防撞装置，用于在激光加工过程中发生碰撞事故后，保证激光加工头不受损伤，并且可以快速复位，重新开始激光加工。

现有的防撞装置大体分为磁力防撞和弹性元件防撞两种。

公开号为CN104308375A的专利文件公开了一种磁力防撞机构，采用磁性材料将激光加工头与机床固定法兰进行连接，并在两者之间采用定位块和滑动槽实现激光加工头精确定位，这种防撞装置在碰撞后激光加工头发生分离，这种防撞装置有以下缺点：

1、重新使用时需人工安装，无法实现快速复位；

2、定位块和滑动槽定位精度差，因此重复安装时定位精度差；

3、长时间使用后磁性材料磁性会下降，防撞效果下降，防撞可靠性差，易失效；

4、碰撞发生后加工头分离会导致加工头内镜片暴露在外，容易产生镜片污染。

公开号为CN105382428A的专利文件公开了一种弹性元件防撞机构，采用弹性元件+定位槽实现防撞，这种防撞方式虽然克服了磁力防撞方式易产生镜片污染、防撞可靠性差、易失效的缺陷，但仍存在重复定位精度差、沿光轴方向不能防撞等缺点。

发明内容

为了解决现有的防撞装置不能快速精确复位、重复定位精度差、防撞可靠性差、沿光轴方向不能防撞的技术问题，本发明提供了一种激光加工头的复位装置和防撞装置。本发明所说的防撞是指当激光加工头与工件或其他物体碰撞后，在激光加工头可承受压力范围内可及时使其停止运动，防止激光加工头因碰撞受到损伤。

本发明的技术方案是：

一种激光加工头的复位装置，其特殊之处在于：包括加工头连接座、固定法兰、压缩弹簧以及相互啮合的上赫斯齿盘和下赫斯齿盘；

加工头连接座的一端为开口端，另一端为封闭端，封闭端中部设置有通孔；加工头连接座上还预留有用于固定激光加工头前部聚焦组件的机械接口；

固定法兰的法兰盘用于将整个复位装置固定于激光加工机床本体上，固定法兰的颈部穿过加工头连接座封闭端中部的通孔后，与齿盘连接座相连；固定法兰的中部还开设有激光孔；

压缩弹簧至少有三个，均布、压缩设置在固定法兰和加工头连接座之间；

加工头连接座与齿盘连接座扣合，形成齿盘安装腔；上赫斯齿盘和下赫斯齿盘均设置所述齿盘安装腔内；上赫斯齿盘固定安装在加工头连接座上，下赫斯齿盘固定安装在齿盘连接座上。

进一步地，压缩弹簧的安装方式有以下两种：

第一种：加工头连接座的封闭端外表面上设置有至少三个均布、深度一致的第一盲孔，在固定法兰上设置与所述第一盲孔相对应的第二盲孔；压缩弹簧通过相对应的第一盲孔和第二盲孔限位于固定法兰和加工头连接座之间。

第二种：加工头连接座的封闭端外表面上设置有至少三个均布、高度一致的第一凸起，在固定法兰上设置与所述第一凸起相对应的第二凸起；压缩弹簧通过相对应的第一凸起和第二凸起限位于固定法兰和加工头连接座之间。

进一步地，所有压缩弹簧的材料、高度、螺距和直径一致。

进一步地，压缩弹簧有三个。

进一步地，加工头连接座内径与上赫斯齿盘外径为过盈配合公差。

进一步地，所述机械接口为圆环形结构的聚焦组件连接板，其中部为通光孔，下端面设置有用于连接聚焦组件的螺纹孔，外侧壁上设置有定位凹槽；

加工头连接座开口端侧壁上沿径向开设有多个与所述定位凹槽相对应的连接座安装孔；

聚焦组件连接板通过调节螺钉和所述连接座安装孔固定安装在所述加工头连接座的开口端处。

本发明同时提供了一种激光加工头的防撞装置，其特殊之处在于：包括碰撞检测单元、比较单元和上述任一种复位装置；

碰撞检测单元包括设置在所述加工头连接座上、与所述比较单元相连的至少三个沿圆周方向间隔设置的压力传感器，所有压力传感器的测量端均被齿盘连接座顶住；

当激光加工头受到碰撞时，比较单元用于将所有压力传感器的输出信号与额定压力进行比较，当任一压力传感器的输出信号大于或等于压力变化阈值时，比较单元向激光加工机床的数控系统发送碰撞信号，所述数控系统根据其收到的碰撞信号进行激光器关闭和机床运动轴去使能操作；

当激光加工头复位后，比较单元用于将所有压力传感器的输出信号与额定压力进行比较，当所有压力传感器的输出信号均小于压力变化阈值时，比较单元向激光加工机床的数控系统发送解除碰撞信号，所述数控系统根据其收到的解除碰撞信号进行激光器开启和机床运动轴上使能操作。

为了保证防撞可靠性和灵敏度，所有压力传感器的测量端均朝聚焦组件连接板的方向顶住齿盘连接座，此时，压力传感器的测量端承受一定的初始压力。

进一步地，压力传感器有三个，均布设置在加工头连接座上。

进一步地，所有压力传感器的测量范围和测量精度一致。

与现有技术相比，本发明的优点：

1、采用至少三个压缩弹簧+赫斯齿盘进行复位，赫斯齿盘具有啮合精度高、自动定心且能传递较大扭矩的特点，因此本发明复位快速精准、重复定位精度高、稳定性好。

2、所有压缩弹簧的材料、高度、螺距和直径一致，能够进一步提升复位的精度和稳定性。

3、加工头连接座3内径与上赫斯齿盘4外径为过盈配合公差，能够确保在使用过程中上赫斯齿盘和加工头连接座不发生相对运动，进一步提高了复位精度。

4、用于固定激光加工头前部聚焦组件的机械接口设置在加工头连接座开口端处，使得本发明与加工头前部聚焦组件装配后整体尺寸最小。

5、本发明将至少三个压力传感器沿圆周间隔设置在加工头连接座3上，能感应底部向上(包括从底部沿光轴方向碰撞)、侧面任意方向产生碰撞，防撞范围更广、可靠性更高。

6、利用激光加工机床的数控系统进行开关机控制，无需单独设置控制单元，节省了成本。

7、所有压力传感器的测量范围和测量精度一致，保证了检测碰撞的灵敏度和可靠度。

8、结构简单、成本低、易实现。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的工作流程图；

图3是本发明底部受到垂直向上撞击的示意图；

图4是本发明侧部受到撞击的示意图。

附图标记说明：

1-固定法兰；2-压缩弹簧；3-加工头连接座；4-上赫斯齿盘；5-下赫斯齿盘；6-齿盘连接座；7-压力传感器；8-聚焦组件连接板。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作详细说明。

如图1所示，本发明所提供的激光加工头的防撞装置，包括复位装置、碰撞检测单元和比较单元(比较单元图中未示出)。

复位装置包括固定法兰1、压缩弹簧2、加工头连接座3、上赫斯齿盘4、下赫斯齿盘5和齿盘连接座6。

加工头连接座3具有中空的腔体，其一端为开口端，另一端为封闭端，封闭端中部开设有用于固定法兰1的颈部穿过的通孔；加工头连接座3上还预留有用于固定前部聚焦组件的机械接口，最好在加工头连接座3开口端处预留用于固定激光加工头前部聚焦组件的机械接口，此时装配激光加工头前部的聚焦组件后整体尺寸最小。进一步优选的，该机械接口为圆环形结构的聚焦组件连接板8，其中部为通光孔，下端面设置有用于连接聚焦组件的螺纹孔，外侧面加工有定位凹槽；相应的，在加工头连接座3开口端侧壁上沿径向开设多个与所述定位凹槽相对应的连接座安装孔，然后，利用调节螺钉和连接座安装孔将聚焦组件连接板8固定安装在加工头连接座3的开口端处；除此之外，还可以通过调节螺钉来调节聚焦模块光轴与通过复位装置传输下来的光束的同轴性。固定法兰1的法兰盘用于将整个复位装置固定于激光加工机床本体上，例如可以在法兰盘上设置用于与激光加工机床本体相连接的机械接口；固定法兰1的颈部穿过加工头连接座3封闭端中部的通孔后，与齿盘连接座6相连；固定法兰1的中部还开设有用于通过激光加工光束的激光孔；齿盘连接座6的外部可以设计为从下部至上部向外有一定倾角，上部为圆弧面形，碰撞发生后不易卡死。

至少三个压缩弹簧2沿同一圆周均布设置在固定法兰1和加工头连接座3之间，压缩弹簧2的一端与固定法兰1相接/相接触，压缩弹簧2的另一端与加工头连接座3相接/相接触；本实施例是在加工头连接座3的封闭端外表面上设置有三个均布、深度一致的第一盲孔，在固定法兰1上设置与第一盲孔相对应的三个第二盲孔，采用了三个材料、高度、螺距、直径完全一致的压缩弹簧2，利用工装将压缩弹簧2压缩后均匀地放置在相对应的第一盲孔和第二盲孔内，通过上下两个盲孔对压缩弹簧2进行限位；第一盲孔和第二盲孔的深度应满足使得碰撞位移最大时，压缩弹簧2不会从盲孔中脱出。

加工头连接座3与齿盘连接座6扣合，形成齿盘安装腔；上赫斯齿盘4和下赫斯齿盘5均设置所述齿盘安装腔内；上赫斯齿盘4通过螺钉固定安装在加工头连接座3上，下赫斯齿盘5通过螺钉固定安装在齿盘连接座6上；上赫斯齿盘4和下赫斯齿盘5相啮合。为了在使用过程中确保上赫斯齿盘4和加工头连接座3不发生相对运动，可将加工头连接座3的内径与上赫斯齿盘4的外径设计为过盈配合公差。

碰撞检测单元包括设置在加工头连接座3上、与比较单元相连的、沿圆周间隔布置的至少三个压力传感器7；具体可在加工头连接座3的外侧壁上加工多个均布的螺纹孔，将压力传感器7通过该螺纹孔固定安装在加工头连接座3上。

比较单元与激光加工机床的数控系统相连；

当激光加工头受到碰撞时，比较单元用于将压力传感器7的输出信号与额定压力进行比较，当任一个压力传感器7的输出信号大于或等于压力变化阈值时，比较单元向所述数控系统发送碰撞信号。

当激光加工头复位后，比较单元用于将所有压力传感器7的输出信号与额定压力进行比较，当所有压力传感器7的输出信号均小于压力变化阈值时，比较单元向激光加工机床的数控系统发送解除碰撞信号。

比较单元可以用现有程序实现，也可以用数字电路实现，也可以用比较器实现。

优选地，所有压力传感器7的测量范围和精度一致，以提高防撞灵敏度。本实施例是采用三个型号相同的压力传感器，沿同一圆周均布设置在加工头连接座3上，并且压力传感器7的测量端采用尼龙材料，耐磨、使用寿命长。

防撞装置装配完成后，压缩弹簧2的弹力使上赫斯齿盘4和下赫斯齿盘5的齿面相啮合，且压力传感器7前端被齿盘连接座6向上顶住，此时防撞装置处于预警状态。

以下结合附图2说明本发明的工作原理与过程：

1、垂直向上碰撞

图3所示为竖直向上碰撞的情况示意。当激光加工头受到垂直向上的碰撞后，激光加工头前部的聚焦组件带着加工头连接座3一起沿垂直向上方向发生位移，由于固定法兰1是与激光加工机床本体是固定连接的，因此固定法兰1、下赫斯齿盘5和齿盘连接座6均不产生位移，而上赫斯齿盘4和下赫斯齿盘5分离，压力传感器7前端与齿盘连接座6分离，从而使压力传感器7感受到压力变化，并向比较单元输出信号，比较单元将收到的信号与额定压力进行比较，当任一压力传感器的输出信号达到或大于压力变化阈值时，比较单元向激光加工机床的数控系统发出碰撞信号，由数控系统进行激光器关闭和机床运动轴去使能操作，使激光加工头停止运动。

将与激光加工头碰撞的工件或物体移除后，激光加工头前部的聚焦组件不再受向上的挤压力，此时，在压缩弹簧2的恢复力作用下，加工头连接座3带动聚焦组件向下移动，直至上赫斯齿盘4和下赫斯齿盘5重新啮合，实现激光加工头及其前部的聚焦组件复位。

复位后，压力传感器7重新受压，向比较单元发送输出信号，比较单元收到信号将其与额定压力进行比较，若所有压力传感器的输出信号均小于压力变化阈值，则向激光加工机床的数控系统发出解除碰撞信号，数控系统进行激光器开启和机床运动轴上使能操作，再次进入加工状态。

2、侧面水平方向和/或倾斜方向碰撞

图4所示为侧面水平方向和倾斜方向碰撞的情况示意。当激光加工头受到侧面水平方向和/或倾斜方向的碰撞后，激光加工头前部的聚焦组件带着加工头连接座3发生偏转，由于固定法兰1与激光加工机床本体是固定连接的，因此固定法兰1、下赫斯齿盘5和齿盘连接座6均不产生位移，而上赫斯齿盘4和下赫斯齿盘5分离，压力传感器7前端与齿盘连接座6分离，从而使压力传感器7感受到压力变化，并向比较单元输出信号，比较单元将收到的信号与额定压力进行比较，当任一压力传感器的输出信号达到或大于压力变化阈值时，比较单元向激光加工机床的数控系统发出碰撞信号，由数控系统进行激光器关闭和机床运动轴去使能操作，使激光加工头停止运动。

将与激光加工头碰撞的工件或物体移除后，激光加工头前部的聚焦组件不再受侧向的挤压力，此时，在压缩弹簧2的恢复力作用下，加工头连接座3带动聚焦组件恢复原有姿态，直至上赫斯齿盘4、下赫斯齿盘5重新啮合，实现激光加工头及其前部的聚焦组件复位。

复位后，压力传感器7重新受压，向比较单元发送输出信号，比较单元收到信号后将其与额定压力进行比较，若所有压力传感器的输出信号均小于压力变化阈值，则向激光加工机床的数控系统发出解除碰撞信号，数控系统进行激光器开启和机床运动轴上使能操作，再次进入加工状态。

防撞时涉及的额定压力、压力变化阈值与复位时涉及的额定压力、压力变化阈值可以相同，也可以不同，均可根据实际需要(如防撞灵敏度、定位精度)进行设定。

Claims (10)

1.一种激光加工头的复位装置，其特征在于：包括加工头连接座(3)、固定法兰(1)、压缩弹簧(2)以及相互啮合的上赫斯齿盘(4)和下赫斯齿盘(5)；

加工头连接座(3)的一端为开口端，另一端为封闭端，封闭端中部设置有通孔；加工头连接座(3)上还预留有用于固定激光加工头前部聚焦组件的机械接口；

固定法兰(1)的法兰盘用于将整个复位装置固定于激光加工机床本体上，固定法兰(1)的颈部穿过加工头连接座(3)封闭端中部的通孔后，与齿盘连接座(6)相连；固定法兰(1)的中部还开设有激光孔；

压缩弹簧(2)至少有三个，均布、压缩设置在固定法兰(1)和加工头连接座(3)之间；

加工头连接座(3)与齿盘连接座(6)扣合，形成齿盘安装腔；上赫斯齿盘(4)和下赫斯齿盘(5)均设置所述齿盘安装腔内；上赫斯齿盘(4)固定安装在加工头连接座(3)上，下赫斯齿盘(5)固定安装在齿盘连接座(6)上。

2.根据权利要求1所述的复位装置，其特征在于：加工头连接座(3)的封闭端外表面上设置有至少三个均布、深度一致的第一盲孔，在固定法兰(1)上设置与所述第一盲孔相对应的第二盲孔；压缩弹簧(2)通过相对应的第一盲孔和第二盲孔限位于固定法兰(1)和加工头连接座(3)之间。

3.根据权利要求1所述的复位装置，其特征在于：加工头连接座(3)的封闭端外表面上设置有至少三个均布、高度一致的第一凸起，在固定法兰(1)上设置与所述第一凸起相对应的第二凸起；压缩弹簧(2)通过相对应的第一凸起和第二凸起限位于固定法兰(1)和加工头连接座(3)之间。

4.根据权利要求2或3所述的复位装置，其特征在于：所有压缩弹簧(2)的材料、高度、螺距和直径一致。

5.根据权利要求4所述的复位装置，压缩弹簧(2)有三个。

6.根据权利要求4所述的复位装置，其特征在于：加工头连接座(3)内径与上赫斯齿盘(4)外径为过盈配合公差。

7.根据权利要求6所述的复位装置，其特征在于：所述机械接口为圆环形结构的聚焦组件连接板(8)，其中部为通光孔，下端面设置有用于连接聚焦组件的螺纹孔，外侧壁上设置有定位凹槽；

加工头连接座(3)开口端侧壁上沿径向开设有多个与所述定位凹槽相对应的连接座安装孔；

聚焦组件连接板(8)通过调节螺钉和所述连接座安装孔固定安装在所述加工头连接座(3)的开口端处。

8.一种激光加工头的防撞装置，其特征在于：包括碰撞检测单元、比较单元和权利要求1-7任一所述的复位装置；

碰撞检测单元包括设置在所述加工头连接座(3)上、与所述比较单元相连的至少三个沿圆周方向间隔设置的压力传感器(7)，所有压力传感器(7)的测量端均被齿盘连接座(6)顶住；

当激光加工头受到碰撞时，比较单元用于将所有压力传感器(7)的输出信号与额定压力进行比较，当任一压力传感器(7)的输出信号大于或等于压力变化阈值时，比较单元向激光加工机床的数控系统发送碰撞信号，所述数控系统根据其收到的碰撞信号进行激光器关闭和机床运动轴去使能操作；

当激光加工头复位后，比较单元用于将所有压力传感器(7)的输出信号与额定压力进行比较，当所有压力传感器(7)的输出信号均小于压力变化阈值时，比较单元向激光加工机床的数控系统发送解除碰撞信号，所述数控系统根据其收到的解除碰撞信号进行激光器开启和机床运动轴上使能操作。

9.根据权利要求8所述的防撞装置，其特征在于：压力传感器(7)有三个，均布设置在加工头连接座(3)上。

10.根据权利要求8或9所述的防撞装置，其特征在于：所有压力传感器(7)的测量范围和测量精度一致。