CN109940280A - 一种多自由度激光打标机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多自由度激光打标机，包括机体装置、光路控制装置、移动平台装置和控制装置，所述机体装置包括主机支架、Z方向转动伺服电机、风机和光纤激光器，所述主机支架中设置有Z方向导轨、Z方向丝杆和Z方向导杆，所述Z方向转动伺服电机位于主机支架内部且与Z方向丝杆相连接，所述风机位于主机支架中且与吸气口、排气口相连接，位于所述主机支架内部的Z方向移动平台在Z方向转动伺服电机的驱动下沿Z方向导轨作上、下运动。本发明实现多轴联动加工形式，使得原有表面加工转变为立体加工，保证激光表面加工精度，同时提高表面加工效率。

Description

一种多自由度激光打标机

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，具体涉及一种多自由度激光打标机。

背景技术

激光表面加工是用激光束在各种不同的物质表面打上永久的标记。加工的方式是通过表层物质的蒸发露出深层物质，或者是通过光能导致表层物质的化学物理变化而"刻"出痕迹，或者是通过光能烧掉部分物质，显出所需刻蚀的图案、文字。

激光表面加工广泛应用于电工电子、手机、五金、汽车、钟表首饰和建材等领域。现阶段激光表面加工仅局限于平面和圆弧面等规则面，对于复杂平面难以加工，对加工平面形状要求较高，降低了激光表面加工的加工范围。在不考虑形状的影响下进行加工易出现加工效果差、精度低等特点，为解决上述问题，特提出了此种多自由度激光表面加工机床。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多自由度激光打标机，其可以有效解决背景技术中所提到的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种多自由度激光打标机，包括机体装置、光路控制装置、移动平台装置和控制装置；

所述机体装置包括主机支架、Z方向转动伺服电机、风机和光纤激光器，所述主机支架中设置有Z方向导轨、Z方向丝杆和Z方向导杆，所述Z方向转动伺服电机位于主机支架内部且与Z方向丝杆相连接，所述风机位于主机支架中且与吸气口、排气口相连接，位于所述主机支架内部的Z方向移动平台在Z方向转动伺服电机的驱动下沿Z方向导轨作上、下运动；

所述光路控制装置包括Z方向移动平台和光纤激光光路系统，所述光纤激光光路系统位于Z方向移动平台上，光路管一位于光纤激光光路系统的前端面，振镜一放置盒位于Z方向移动平台上表面并与光路管一连接，振镜一位于振镜一放置盒的内部且两侧通过振镜一安装体来固定，振镜二放置盒位于Z方向移动平台的下端并与振镜一放置盒之间相通，振镜二位于振镜二放置盒的内部且两侧通过振镜二安装体来固定，压盖位于振镜二放置盒的上端且压盖外圈为一蜗轮，光路管二位于振镜二放置盒的右侧，激光头安装体连接在光路管二上，激光头通过销轴连接在激光头安装体上，振镜三位于激光头安装体的内部并与振镜电机的一输出轴相互连接，振镜四位于激光头安装体的内部并与振镜电机的另一输出轴相互连接，振镜四放置方向与振镜三相互垂直，振镜电机安装在激光头安装体的内侧且两输出轴连线方向与水平面呈45度角，激光头转向电机安装在激光头安装体的右侧外表面的电机安装支架上，激光头安装体转向电机位于Z方向移动平台的下端面，且靠近振镜二放置盒，F-θ透镜位于激光头光路的出口处，激光头安装体转向电机带动输出端的激光头安装体转向电机蜗杆转动，激光头安装体转向电机蜗杆与压盖外圈蜗轮相互啮合；

所述移动平台装置包括工件夹具安装平台和工件夹具安装平台支撑架、和移动平台装置承载板，所述工件夹具安装平台支撑架位于工件夹具安装平台的下方，X方向移动丝杆位于X方向移动装置下安装体的内部安装支架上，X方向移动装置下安装体位于移动平台装置承载板的上表面，Y方向移动装置支撑架位于Y方向移动装置下安装体的下方，Y方向移动丝杆位于Y方向移动装置下安装体的内部安装支架上，Y方向移动导轨位于Y方向移动装置下安装体内部安装支架上，Y方向移动伺服电机的输出轴与Y方向移动丝杆连接；所述Y方向移动装置下安装体位于Y方向移动装置支撑架的上表面，所述移动平台装置承载板位于主机支架上，X方向移动伺服电机带动X方向移动丝杆转动并使得Y方向移动装置支撑架沿X方向移动导轨上移动，Y方向移动伺服电机带动Y方向移动丝杆转动并使得工件夹具安装平台支撑架沿Y方向移动导轨上移动；

所述控制装置包括控制面板、控制面板支撑杆、控制面板支撑杆安装支架和控制器主机，所述控制面板支撑杆的一端连接控制面板相互连接，另一端与控制面板支撑杆安装支架相连接，控制器主机将加工程序编码转化为控制信号发送给Z方向转动伺服电机、X方向移动伺服电机和Y方向移动伺服电机。

优选地，所述主机支架的后端面处通过通过铰链连接机箱盖，Z方向移动装置后盖位于主机支架后端面上并通过螺钉与主机支架连接在一起。

优选地，所述激光头安装体的外表面下侧设置有防尘罩一和防尘罩二，所述防尘罩一和防尘罩二分别位于激光头安装体的外表面的下侧和上侧。

优选地，所述振镜一放置盒的上端面设置有振镜一放置盒上盖，所述振镜二放置盒的下端面设置有振镜二放置盒上盖。

优选地，所述控制面板上设有工作指示灯和急停控制系统。

优选地，所述控制装置具有系统自动存储的功能。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供一种多自由度激光打标机，其结构简单、新颖，使用方便，可以完成不规则形体的表面激光加工工作，使得激光表面加工效率大大提升，提高了加工的精度，降低了加工过程存在的误差，在一定程度上减少激光表面加工的复杂过程，本发明主要利用控制系统主机或外接计算机对机器设定操作，具有可推广的价值。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明后侧面结构示意图；

图3是本发明另一后侧面内部结构示意图；

图4是本发明光路控制装置示意图；

图5是本发明光路控制装置的内部结构示意图；

图6是本发明光路控制装置右视图；

图7是本发明振镜二安装体及激光头的结构示意图；

图8是本发明振镜二安装体及激光头的内部结构示意图；

图9是本发明移动平台装置结构示意图；

图10是本发明移动平台装置内部结构示意图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-10所示，一种多自由度激光表面加工机床，包括机体装置100、光路控制装置200、移动平台装置300和控制装置400；

所述机体装置100包括主机支架101、吸气口102、Z方向导轨103、Z方向丝杆104、Z方向导杆105、Z方向转动伺服电机106、Z方向转动伺服电机支架107、风机108、排气口109、机箱盖110、Z方向移动装置后盖111、光纤激光器112和电源开关113，所述主机支架101分为上下两层，前端面及上端面为开口端面，下端面为封闭状态，后端面下层为开口部分，后端面上部凸起部位前后面均为开口状态，上下层利用隔板相互隔开；所述吸气口102位于隔板的四个拐角处，所述Z方向导轨103位于主机支架101后端面凸起部分的内壁上，且靠近凸起部分的后端面，对称的设置为两个，所述Z方向丝杆104位于主机支架101后端面的凸起部位里，且垂直放置在中心位置；所述Z方向导杆105也位于主机支架101后端面凸起部位里，且关于Z方向丝杆104对称设置两个，所述Z方向转动伺服电机106位于主机支架101后端面凸起部分的上短，且与Z方向丝杆104的端部相互连接，所述Z方向转动伺服电机支架107设置在主机支架101后端面凸起部位上端底板上，主要起到支撑Z方向转动伺服电机106的作用，所述风机108位于主机支架101下层的右侧，其与吸气口102和排气口109相互连接，所述排气口109位于主机支架101左端面的下侧部位；所述机箱盖110位于主机支架101的后端面的下层部位，通过铰链与主机支架101连接在一起；所述Z方向移动装置后盖111位于主机支架101后端面凸起部位的后端面上通过螺钉与主机支架101连接在一起，所述光纤激光器112位于主机支架101的下层中间位置；所述电源开关113位于主机支架101右端面的下侧部位。

所述光路控制装置200包括Z方向移动平台201、光纤激光光路系统202、光路管一203、振镜一放置盒204、振镜一安装体205、振镜一206、振镜一放置盒上盖207、振镜二放置盒208、振镜二安装体209、振镜二210、振镜二放置盒上盖211、压盖212、推力球轴承213、吊装体214、光路管二215、激光头安装体216、激光头217、振镜三218、振镜四219、振镜电机220、激光头转向电机221、激光头安装体转向电机222、防尘罩一223、防尘罩二224、F-θ透镜225和激光头安装体转向电机蜗杆226。所述Z方向移动平台201位于主机支架101的上层内部，与Z方向导轨103、Z方向丝杆104、Z方向导杆105连接在一起，能够在Z方向转动伺服电机106的驱动下，与丝杆相配合完成上下移动；所述光纤激光光路系统202位于Z方向移动平台201上，通过螺钉紧固连接在Z方向移动平台201上端面；所述光路管一203位于光纤激光光路系统202的前端面，通过螺钉连接；所述振镜一放置盒204位于Z方向移动平台201上表面，且其后端面与光路管一203通过螺钉连接在一起；所述振镜一安装体205位于振镜一放置盒204位的内表面的中间部分且对称的设置为两个，起到夹紧振镜一206的作用；所述振镜一206位于振镜一放置盒204的内部，其两侧通过振镜一安装体205来固定，使其吊装在振镜一放置盒204的内部；所述振镜一放置盒上盖207位于振镜一放置盒204的上端面；所述振镜二放置盒208位于Z方向移动平台201的下端，与振镜一放置盒204之间相通；所述振镜二安装体209位于振镜二放置盒208位的内表面的中间部分且对称的设置为两个，起到夹紧振镜二210的作用；所述振镜二210位于振镜二放置盒208的内部，其两侧通过振镜二安装体209来固定，使其吊装在振镜二放置盒208的内部；所述振镜二放置盒上盖211位于振镜二放置盒208的下端面；所述压盖212位于振镜二放置盒208的上端，与振镜二放置盒208通过螺钉相互连接，且压盖212外圈为一蜗轮；所述推力球轴承213位于压盖212的下方；所述吊装体214与振镜一放置盒204下凸体的下方，通过螺钉与振镜一放置盒204下凸体连接，也位于振镜二放置盒208的上入口处，其和压盖212一同作用使得推力球轴承213被夹紧，同时吊装体214作为整个激光光头主体的支撑构件；所述光路管二215位于振镜二放置盒208的右侧，且通过螺钉与振镜二放置盒208连接；所述激光头安装体216的左侧凸台通过螺钉连接在光路管二215的右侧，激光头安装体216的右侧为开式结构；所述激光头217通过销轴连接在激光头安装体216上，且可沿着销轴的轴线方向旋转，销轴孔位于激光头安装体216的两侧表面上；所述振镜三218位于激光头安装体216的内部，与振镜电机220的一输出轴相互连接；所述振镜四219也位于激光头安装体216的内部，与振镜电机220的另一输出轴相互连接，且其放置方向与振镜三218相互垂直；所述振镜电机220安装在激光头安装体216的内侧，其两输出轴连线方向与水平面呈45度角，以便于激光的通过，对光路传播不产生干涉；所述激光头转向电机221安装在激光头安装体216的右侧外表面的电机安装支架上；所述激光头安装体转向电机222位于Z方向移动平台201的下端面，且靠近振镜二放置盒208；所述防尘罩一223位于激光头安装体216的外表面上且位于下侧，与激光头217连接在一起；所述防尘罩二224位于激光头安装体216的外表面上且位于上侧，与激光头217连接在一起；所述F-θ透镜225位于激光头217光路的出口处；所述激光头安装体转向电机蜗杆226安装在激光头安装体转向电机222的输出轴上，且激光头安装体转向电机蜗杆226与压盖212外圈蜗轮相互配合。

所述移动平台装置300包括工件夹具安装平台301、工件夹具安装平台301支撑架302、X方向移动丝杆303、X方向移动导轨304、X方向移动伺服电机305、X方向移动装置下安装体306、X方向移动装置上盖307、Y方向移动装置支撑架308、Y方向移动丝杆309、Y方向移动导轨310、Y方向移动伺服电机311、Y方向移动装置下安装体312、Y方向移动装置上盖313和移动平台装置承载板314。所述工件夹具安装平台301位于整个移动平台装置300的最上层，其为工件夹具安装提供了相应的安装孔；所述工件夹具安装平台301支撑架302位于工件夹具安装平台301的下方，且与Y方向移动丝杆309、Y方向移动导轨310进行相应的配合；所述X方向移动丝杆303位于X方向移动装置下安装体306的内部安装支架上；所述X方向移动导轨304也位于X方向移动装置下安装体306内部安装支架上，且关于X方向移动丝杆303对称设置两个；所述X方向移动伺服电机305，位于X方向移动装置下安装体306一端，且其输出轴与X方向移动丝杆303连接；所述X方向移动装置下安装体306位于移动平台装置承载板314的上表面，其作为X方向移动装置的主安装体；所述X方向移动装置上盖307位于X方向移动装置下安装体306的上表面；所述Y方向移动装置支撑架308，位于Y方向移动装置下安装体312的下方，且与X方向移动丝杆303、X方向移动导轨304进行相应的配合；所述Y方向移动丝杆309位于Y方向移动装置下安装体312的内部安装支架上；所述Y方向移动导轨310也位于Y方向移动装置下安装体312内部安装支架上，且关于Y方向移动丝杆309对称设置两个；所述Y方向移动伺服电机311，位于Y方向移动装置下安装体312一端，且其输出轴与Y方向移动丝杆309连接；所述Y方向移动装置下安装体312位于Y方向移动装置支撑架308的上表面，其作为Y方向移动装置的主安装体；所述Y方向移动装置上盖313位于Y方向移动装置下安装体312的上表面；所述移动平台装置承载板314位于主机支架101中间隔板的上表面，其作为整个移动平台装置300的承载装置。

所述控制装置400包括控制面板401、控制面板支撑杆402、控制面板支撑杆安装支架403和控制器主机404。所述控制面板401位于整体支架的左侧，其通过控制面板401支架支撑悬挂在整体支架右侧；所述控制面板支撑杆402为三段式，两两之间均可发生转动，其末端与控制面板401相互连接，始端与位于整体支架右侧面的控制面板支撑杆安装支架403相互连接；所述控制面板支撑杆安装支架403位于整体支架的右侧面上，且通过螺钉与整体支架连接；所述控制器主机404位于整体支架下层的右侧，其为真个控制装置400的核心部件。

工作过程：在工作前，工作人员将待加工工件通过夹具固定在工件夹具安装平台301上，通过控制面板401将需加工的程序输入至控制器主机404内。

启动装置开关，控制器主机404将加工程序进行翻译转化为电信号发送至各伺服电机，使得各部分开始运动；Z方向转动伺服电机106在接收到电信号时发生转动，带动Z方向丝杆104发生转动，由于Z方向移动平台201与Z方向丝杆104之间为螺纹配合，从而使得Z方向移动平台201实现上下移动。移动平台装置上的X方向移动伺服电机305和Y方向移动伺服电机311也发生运动，X方向移动伺服电机305转动下，促使X方向移动丝杆303转动从而带动Y方向移动装置支撑架308在X方向移动导轨304上移动，Y方向移动伺服电机311转动下，促使Y方向移动丝杆309转动从而带动工件夹具安装平台支撑架302在Y方向移动导轨310上移动；激光头安装体转向电机222在电信还的驱动下发生转动，在其输出端的激光头安装体转向电机蜗杆226发生转动，由于激光头安装体转向电机蜗杆226与压盖212外圈蜗轮相互配合，带动振镜二放置盒210和激光头安装体216等部件同时发生转动，同时激光头217在激光头转向电机221的转动下发生转动；振镜三218和振镜四219两振镜在安装时呈垂直状态放置，通过振镜电机220的转动来调整振镜的角度，改变光路的方向；通过上述各电机的转动和各零部件的相互运动来完成装置调整焦距的任务。

工作时，装置将沿着程序指令来完成不同角度和不同型面的表面加工。由光纤激光器112产生的激光束，通过光纤管连接到光纤激光光路系统202内部，然后传出到达振镜一206表面，振镜一206呈45度放置在振镜一放置盒204内部，利用光的反射原理将接受到的激光束呈45度角反射到达振镜二210表面，振镜二210放置在振镜二放置盒208内也是呈45度放置，光依旧会被呈45度反射出去，在加工位于0到-90度这一区间范围内的工件表面时，振镜电机220按照顺时针进行转动，使得振镜四219与水平面为呈负角，激光束经振镜二210反射后到达振镜四219表面，振镜四219将接收到激光束在反射出去到达F-θ透镜225，再次通过折射原理使得激光束达到工件表面，进行0到-90度的工件表面激光加工；在加工位于0到90度这一区间范围内的工件表面时，振镜电机220按照逆时针进行转动，使得振镜三218与水平面为呈正角，激光束经振镜二210反射后到达振镜三218表面，振镜三218将接收到激光束在反射出去到达F-θ透镜225，再次通过折射原理使得激光束达到工件表面，进行0到90度的工件表面激光加工；在加工0度工件表面时，振镜电机220转动使得振镜三218和振镜四219均位于激光束的两侧，对激光束不产生反射工作，此时激光束直接穿过F-θ透镜225经折射到达待加工工件表面。在加工过程中风机108均属于开启状态，将加工过程中产生的废气和颗粒物通过吸气口102经风机108然后通过排气口109排除机体进行相应的收集和净化。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种多自由度激光打标机，其特征在于，包括机体装置(100)、光路控制装置(200)、移动平台装置(300)和控制装置(400)；

所述机体装置(100)包括主机支架(101)、Z方向转动伺服电机(106)、风机(108)和光纤激光器(112)，所述主机支架(101)中设置有Z方向导轨(103)、Z方向丝杆(104)和Z方向导杆(105)，所述Z方向转动伺服电机(106)位于主机支架(101)内部且与Z方向丝杆(104)相连接，所述风机(108)位于主机支架(101)中且与吸气口(102)、排气口(109)相连接，位于所述主机支架(101)内部的Z方向移动平台(201)在Z方向转动伺服电机(106)的驱动下沿Z方向导轨(103)作上、下运动；

所述光路控制装置(200)包括Z方向移动平台(201)和光纤激光光路系统(202)，所述光纤激光光路系统(202)位于Z方向移动平台(201)上，光路管一(203)位于光纤激光光路系统(202)的前端面，振镜一放置盒(204)位于Z方向移动平台(201)上表面并与光路管一(203)连接，振镜一(206)位于振镜一放置盒(204)的内部且两侧通过振镜一安装体(205)来固定，振镜二放置盒(208)位于Z方向移动平台(201)的下端并与振镜一放置盒(204)之间相通，振镜二(210)位于振镜二放置盒(208)的内部且两侧通过振镜二安装体(209)来固定，压盖(212)位于振镜二放置盒(208)的上端且压盖(212)外圈为一蜗轮，光路管二(215)位于振镜二放置盒(208)的右侧，激光头安装体(216)连接在光路管二(215)上，激光头(217)通过销轴连接在激光头安装体(216)上，振镜三(218)位于激光头安装体(216)的内部并与振镜电机(220)的一输出轴相互连接，振镜四(219)位于激光头安装体(216)的内部并与振镜电机(220)的另一输出轴相互连接，振镜四(219)放置方向与振镜三(218)相互垂直，振镜电机(220)安装在激光头安装体(216)的内侧且两输出轴连线方向与水平面呈45度角，激光头转向电机(221)安装在激光头安装体(216)的右侧外表面的电机安装支架上，激光头安装体转向电机(222)位于Z方向移动平台(201)的下端面，且靠近振镜二放置盒(208)，F-θ透镜(225)位于激光头(217)光路的出口处，激光头安装体转向电机(222)带动输出端的激光头安装体转向电机蜗杆(226)转动，激光头安装体转向电机蜗杆(226)与压盖(212)外圈蜗轮相互啮合；

所述移动平台装置(300)包括工件夹具安装平台(301)和工件夹具安装平台支撑架(302)、和移动平台装置承载板(314)，所述工件夹具安装平台支撑架(302)位于工件夹具安装平台(301)的下方，X方向移动丝杆(303)位于X方向移动装置下安装体(306)的内部安装支架上，X方向移动装置下安装体(306)位于移动平台装置承载板(314)的上表面，Y方向移动装置支撑架(308)位于Y方向移动装置下安装体(312)的下方，Y方向移动丝杆(309)位于Y方向移动装置下安装体(312)的内部安装支架上，Y方向移动导轨(310)位于Y方向移动装置下安装体(312)内部安装支架上，Y方向移动伺服电机(311)的输出轴与Y方向移动丝杆(309)连接；所述Y方向移动装置下安装体(312)位于Y方向移动装置支撑架(308)的上表面，所述移动平台装置承载板(314)位于主机支架(101)上，X方向移动伺服电机(305)带动X方向移动丝杆(303)转动并使得Y方向移动装置支撑架(308)沿X方向移动导轨(304)上移动，Y方向移动伺服电机(311)带动Y方向移动丝杆(309)转动并使得工件夹具安装平台支撑架(302)沿Y方向移动导轨(310)上移动；

所述控制装置(400)包括控制面板(401)、控制面板支撑杆(402)、控制面板支撑杆安装支架(403)和控制器主机(404)，所述控制面板支撑杆(402)的一端连接控制面板(401)相互连接，另一端与控制面板支撑杆安装支架(403)相连接，控制器主机(404)将加工程序编码转化为控制信号发送给Z方向转动伺服电机(106)、X方向移动伺服电机(305)和Y方向移动伺服电机(311)。

2.根据权利要求1所述的一种多自由度激光打标机，其特征在于：所述主机支架(101)的后端面处通过通过铰链连接机箱盖(110)，Z方向移动装置后盖(111)位于主机支架(101)后端面上并通过螺钉与主机支架(101)连接在一起。

3.根据权利要求1或2所述的一种多自由度激光打标机，其特征在于：所述激光头安装体(216)的外表面下侧设置有防尘罩一(223)和防尘罩二(224)，所述防尘罩一(223)和防尘罩二(224)分别位于激光头安装体(216)的外表面的下侧和上侧。

4.根据权利要求3所述的一种多自由度激光打标机，其特征在于：所述振镜一放置盒(204)的上端面设置有振镜一放置盒上盖(207)，所述振镜二放置盒(208)的下端面设置有振镜二放置盒上盖(211)。

5.根据权利要求4所述的一种多自由度激光打标机，其特征在于：所述控制面板(401)上设有工作指示灯和急停控制系统。

6.根据权利要求5所述的一种多自由度激光打标机，其特征在于：所述控制装置(400)具有系统自动存储的功能。