CN111660008A - 一种兼容通用的数控三轴激光头 - Google Patents

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章静
郭成龙
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Abstract

本发明公开了一种兼容通用的数控三轴激光头，包括光纤接口(1)、C轴(2)、A轴(3)、Z轴(4)、测距传感器(5)、C反射镜(6)、A反射镜(6.1)和透镜组(7)。本发明采用的C轴可作顺逆360°的旋转寻的运动，简称ZR寻的；A轴可作顺逆135°的旋转寻的运动，简称YR寻的；Z轴可作伸出和缩回往复的寻的运动，简称Z‑寻的；由此，本装置具备ZR寻的、YR寻的、Z‑寻的运动的三轴功能；加工时，数控机床和本装置的共同构成数控五轴运动功能；在激光焊接与切割切换时，测距传感器将间距的数据反馈至电脑，电脑数控所述Z‑寻的功能进行间距切换的技术方案，使激光加工达到了焊割兼容、降低成本、提高效率的目的。

Description

一种兼容通用的数控三轴激光头
技术领域
本发明涉及一种激光头，具体是指用于激光焊接和割加工的一种兼容通用的数控三轴激光头。
背景技术
说明，激光光热加工设备中用于引导激光光束输出的装置称为激光头；
现有技术的激光头是通过数控机床的引导实现对制品进行三维空间的寻的光热加工，即，现有技术的激光头自身并不具备三维空间的寻的功能；
现有技术激光加工设备的专业化很强，用于激光焊接、熔覆加工的三轴数控激光焊接机，简称激光焊接机，用于激光切割加工的数控五轴激光切割机，简称激光切割机；所述激光焊接机不能用于激光切割加工，所述激光切割机不能用于激光焊接加工，即，激光焊割加工互不兼容；在实际工业生产中，中小企业既要装备有激光焊接机，又要装备有激光切割机，致使投资高、成本高；对于同时需要激光焊割加工的制品，由于加工过程中需要更换加工设备，致使工序转换复杂，加工效率低；因此，现有技术存在焊割不兼容、成本高、效率低的问题与不足。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题与不足，本发明采用由光纤接口、C轴、A轴、Z轴、测距传感器、C反射镜、A反射镜、透镜组构成的装置，其中，光纤接口为用于与光纤进行光连接的器件，光纤接口内设有由若干光学凸透镜和凹透镜组合构成的透镜组；
C轴由C轴伺服电机和C节转毂构成，所述C轴伺服电机为设有中空管状通道转子轴的数控伺服电机，C轴伺服电机转子轴的管状通道称为C机道；所述C节转毂为内部设有垂直、水平直角弯管通道的钢质构件，C节转毂右部的通道为开口朝上、垂直的圆形通道称为C直通道，C节转毂左部的通道为开口朝左、水平的圆形通道称为C平通道，在所述C直通道和C平通道的拐角处设有45°夹角的平面反射镜称为C反射镜；C轴伺服电机位于C节转毂的上面，C轴伺服电机的转子输出端与C节转毂的上面固定连接，所述C直通道、C平通道和C机道相通；
A轴由A轴伺服电机和A节转毂构成，所述A轴伺服电机为设有中空管状转子轴的数控伺服电机，A轴伺服电机转子轴的管状通道称为A机道；所述A节转毂为内部设有水平、垂直直角弯管通道的钢质构件，A节转毂右部的通道为开口朝右、水平的圆形通道称为A平通道，A节转毂左部的通道为开口朝下、垂直的圆形通道称为A直通道，在所述A平通道和A直通道的拐角处设有45°夹角的平面反射镜称为A反射镜；A轴伺服电机位于A节转毂的右面，A轴伺服电机的转子输出端与A节转毂的右面固定连接，所述A机道、A平通道和A直通道相通；
Z轴由Z轴伺服电机和Z节伸缩管构成，所述Z轴伺服电机为输出端设有齿轮的伺服电机，所述Z节伸缩管为圆柱管形的钢质构件，Z节伸缩管的管外柱壁处设有上下方向的齿条，Z节伸缩管的内腔称为Z管通道；Z节伸缩管的下端设有圆锥形的激光束输出口，所述激光束输出口的下部设有测距传感器，所述测距传感器为电容感应式的电子元件；Z节伸缩管滑动位于所述A直通道内，Z轴伺服电机固定于A节转毂左部外壁处，Z轴伺服电机的所述齿轮与Z节伸缩管的所述齿条啮合连接；
光纤接口位于C轴的上面，光纤接口的下面与C轴伺服电机的上面固定连接；A轴位于C轴的左面，A轴伺服电机与C节转毂左端口固定连接；Z轴位于A轴的左部；所述透镜组、C机道、C直通道、C反射镜、C平通道、A机道、A平通道、A反射镜、A直通道、Z管通道和激光束输出口构成激光束的光路通道；
工作时，C轴的C节转毂在数控C轴伺服电机的驱动下，围绕垂直轴线，可作顺逆360°的旋转寻的运动，简称ZR寻的；A轴的A节转毂在数控A轴伺服电机的驱动下，围绕水平轴线，可作顺逆135°的旋转寻的运动，简称YR寻的；Z轴在数控Z轴伺服电机的驱动下，所述Z节伸缩管、激光束输出口和测距传感器，沿所述A直通道轴线，可作伸出和缩回往复的寻的运动，简称Z-寻的；由此，本装置具备ZR寻的、YR寻的、Z-寻的运动的三轴功能；说明，所述顺逆旋转是指既可以进行顺时针旋转，又可以进行逆时针旋转；
应用时，定义，直角坐标三轴数控机床简称数控机床；将本装置夹持在所述数控机床的Z向拖板处，光纤接口经光纤与激光源连接，工件固定在数控机床的工作台上，加工时，由数控机床带动本装置作X、Y、Z+向直角坐标寻的运动，简称直标寻的；数控机床的直标寻的和本装置的ZR寻的及YR寻的共同构成数控五轴运动功能；由于激光焊接加工与激光切割加工要求激光束输出口与工件之间的间距不同，因此，在激光焊接加工与激光切割加工切换时，测距传感器将所述间距的数据反馈至数控机床的电脑，电脑数控所述Z-寻的功能进行焊接与切割加工时的间距切换的技术方案，提供一种兼容通用的数控三轴激光头，旨在使激光加工达到焊割兼容、降低成本、提高效率的目的。
本发明的目的是这样实现的：一种兼容通用的数控三轴激光头，包括光纤接口、C轴、A轴、Z轴、测距传感器、C反射镜、A反射镜和透镜组，其中：所述的光纤接口为用于与光纤进行光连接的器件，光纤接口内设有由若干光学凸透镜和凹透镜组合构成的透镜组；
所述的C轴由C轴伺服电机和C节转毂构成，所述C轴伺服电机为设有中空管状通道转子轴的数控伺服电机，C轴伺服电机转子轴的管状通道称为C机道；所述C节转毂为内部设有垂直、水平直角弯管通道的钢质构件，C节转毂右部的通道为开口朝上、垂直的圆形通道称为C直通道，C节转毂左部的通道为开口朝左、水平的圆形通道称为C平通道，在所述C直通道和C平通道的拐角处设有45°夹角的平面反射镜称为C反射镜；C轴伺服电机位于C节转毂的上面，C轴伺服电机的转子输出端与C节转毂的上面固定连接，所述C直通道、C平通道和C机道相通；
所述的A轴由A轴伺服电机和A节转毂构成，所述A轴伺服电机为设有中空管状转子轴的数控伺服电机，A轴伺服电机转子轴的管状通道称为A机道；所述A节转毂为内部设有水平、垂直直角弯管通道的钢质构件，A节转毂右部的通道为开口朝右、水平的圆形通道称为A平通道，A节转毂左部的通道为开口朝下、垂直的圆形通道称为A直通道，在所述A平通道和A直通道的拐角处设有45°夹角的平面反射镜称为A反射镜；A轴伺服电机位于A节转毂的右面，A轴伺服电机的转子输出端与A节转毂的右面固定连接，所述A机道、A平通道和A直通道相通；
所述的Z轴由Z轴伺服电机和Z节伸缩管构成，所述Z轴伺服电机为输出端设有齿轮的伺服电机，所述Z节伸缩管为圆柱管形的钢质构件，Z节伸缩管的管外柱壁处设有上下方向的齿条，Z节伸缩管的内腔称为Z管通道；Z节伸缩管的下端设有圆锥形的激光束输出口，所述激光束输出口的下部设有测距传感器，所述测距传感器为电容感应式的电子元件；Z节伸缩管滑动位于所述A直通道内，Z轴伺服电机固定于A节转毂左部外壁处，Z轴伺服电机的所述齿轮与Z节伸缩管的所述齿条啮合连接；
光纤接口位于C轴的上面，光纤接口的下面与C轴伺服电机的上面固定连接；A轴位于C轴的左面，A轴伺服电机与C节转毂左端口固定连接；Z轴位于A轴的左部；所述透镜组、C机道、C直通道、C反射镜、C平通道、A机道、A平通道、A反射镜、A直通道、Z管通道和激光束输出口构成激光束的光路通道；
上述结构表述的方向面是基于本装置主视图的上、下、左、右的方向面。
工作原理及有益效果
工作时，C轴的C节转毂在数控C轴伺服电机的驱动下，围绕垂直轴线，可作顺逆360°的旋转寻的运动，简称ZR寻的；A轴的A节转毂在数控A轴伺服电机的驱动下，围绕水平轴线，可作顺逆135°的旋转寻的运动，简称YR寻的；Z轴在数控Z轴伺服电机的驱动下，经所述齿轮和齿条，所述Z节伸缩管、激光束输出口和测距传感器，沿所述A直通道轴线，可作伸出和缩回往复的寻的运动，简称Z-寻的；由此，本装置具备ZR寻的、YR寻的、Z-寻的运动的三轴功能；说明，所述顺逆旋转是指既可以进行顺时针旋转，又可以进行逆时针旋转；
应用时，定义，直角坐标三轴数控机床简称数控机床；将本装置夹持在所述数控机床的Z向拖板处，光纤接口经光纤与激光源连接，工件固定在数控机床的工作台上，加工时，由数控机床带动本装置作X、Y、Z+向直角坐标寻的运动，简称直标寻的；数控机床的直标寻的和本装置的ZR寻的及YR寻的共同构成数控五轴运动功能；由于激光焊接加工与激光切割加工要求激光束输出口与工件之间的间距不同，因此，在激光焊接加工与激光切割加工切换时，测距传感器将所述间距的数据反馈至数控机床的电脑，电脑数控所述Z-寻的功能进行焊接与切割加工时的间距切换。
本装置结构简单，工作可靠，具备ZR寻的、YR寻的、Z-寻的运动的三轴功能，中小企业可以利用价格便宜的数控机床结合本装置，可实现对制品的激光焊割兼容加工，使激光加工降低了成本、提高了效率。
上述，本发明采用由光纤接口、C轴、A轴、Z轴、测距传感器、C反射镜、A反射镜、透镜组构成的装置，其中，光纤接口为用于与光纤进行光连接的器件，光纤接口内设有由若干光学凸透镜和凹透镜组合构成的透镜组；C轴由C轴伺服电机和C节转毂构成，C轴伺服电机为设有中空管状通道转子轴的数控伺服电机，C节转毂内设有C反射镜；A轴由A轴伺服电机和A节转毂构成，A轴伺服电机为设有中空管状转子轴的数控伺服电机，A节转毂内设有A反射镜；Z轴由Z轴伺服电机和Z节伸缩管构成，Z轴伺服电机为输出端设有齿轮的伺服电机，Z节伸缩管为圆柱管形的钢质构件，Z节伸缩管设有齿条、激光束输出口和测距传感器；
Z节伸缩管滑动位于所述A直通道内，Z轴伺服电机固定于A节转毂左部外壁处，Z轴伺服电机的所述齿轮与Z节伸缩管的所述齿条啮合连接；光纤接口位于C轴的上面，光纤接口的下面与C轴伺服电机的上面固定连接；A轴位于C轴的左面，A轴伺服电机与C节转毂左端口固定连接；Z轴位于A轴的左部；所述透镜组、C机道、C直通道、C反射镜、C平通道、A机道、A平通道、A反射镜、A直通道、Z管通道和激光束输出口构成激光束的光路通道；
工作时，C轴的C节转毂在数控C轴伺服电机的驱动下，围绕垂直轴线，可作顺逆360°的旋转寻的运动，简称ZR寻的；A轴的A节转毂在数控A轴伺服电机的驱动下，围绕水平轴线，可作顺逆135°的旋转寻的运动，简称YR寻的；Z轴在数控Z轴伺服电机的驱动下，所述Z节伸缩管、激光束输出口和测距传感器，沿所述A直通道轴线，可作伸出和缩回往复的寻的运动，简称Z-寻的；由此，本装置具备ZR寻的、YR寻的、Z-寻的运动的三轴功能；应用时，将本装置夹持在所述数控机床的Z向拖板处，光纤接口经光纤与激光源连接，工件固定在数控机床的工作台上，加工时，由数控机床带动本装置作X、Y、Z+向直角坐标寻的运动，简称直标寻的；数控机床的直标寻的和本装置的ZR寻的及YR寻的共同构成数控五轴运动功能；由于激光焊接加工与激光切割加工要求激光束输出口与工件之间的间距不同，因此，在激光焊接加工与激光切割加工切换时，测距传感器将所述间距的数据反馈至数控机床的电脑，电脑数控所述Z-寻的功能进行焊接与切割加工时的间距切换的技术方案，克服了现有技术存在焊割不兼容、成本高、效率低的问题与不足，所提供的一种兼容通用的数控三轴激光头，使激光加工达到了焊割兼容、降低成本、提高效率的目的。
附图说明
图1是本发明的一种兼容通用的数控三轴激光头的主视剖视结构示意图；
图2是本发明的一种兼容通用的数控三轴激光头的外观轴测示意图。
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步详细说明，但不应理解为对本发明的任何限制。
图中：光纤接口1、C轴2、C轴伺服电机21、C机道211、C节转毂22、C直通道221、C平通道222、A轴3、A轴伺服电机31、A机道311、A节转毂32、A平通道321、A直通道322、Z轴4、Z轴伺服电机41、Z节伸缩管42、Z管通道421、激光束输出口43、测距传感器5、C反射镜6、A反射镜6.1、透镜组7、光路通道01、激光束02。
具体实施方式
参阅图1～图2，本发明的一种兼容通用的数控三轴激光头，包括光纤接口1、C轴2、A轴3、Z轴4、测距传感器5、C反射镜6、A反射镜6.1和透镜组7，其中：所述的光纤接口1为用于与光纤进行光连接的器件，光纤接口1内设有由若干光学凸透镜和凹透镜组合构成的透镜组7；
所述的C轴2由C轴伺服电机21和C节转毂22构成，所述C轴伺服电机21为设有中空管状通道转子轴的数控伺服电机，C轴伺服电机21转子轴的管状通道称为C机道211；所述C节转毂22为内部设有垂直、水平直角弯管通道的钢质构件，C节转毂22右部的通道为开口朝上、垂直的圆形通道称为C直通道221，C节转毂22左部的通道为开口朝左、水平的圆形通道称为C平通道222，在所述C直通道221和C平通道222的拐角处设有45°夹角的平面反射镜称为C反射镜6；C轴伺服电机21位于C节转毂22的上面，C轴伺服电机21的转子输出端与C节转毂22的上面固定连接，所述C直通道221、C平通道222和C机道211相通；
所述的A轴3由A轴伺服电机31和A节转毂32构成，所述A轴伺服电机31为设有中空管状转子轴的数控伺服电机，A轴伺服电机31转子轴的管状通道称为A机道311；所述A节转毂32为内部设有水平、垂直直角弯管通道的钢质构件，A节转毂32右部的通道为开口朝右、水平的圆形通道称为A平通道321，A节转毂32左部的通道为开口朝下、垂直的圆形通道称为A直通道322，在所述A平通道321和A直通道322的拐角处设有45°夹角的平面反射镜称为A反射镜6.1；A轴伺服电机31位于A节转毂32的右面，A轴伺服电机31的转子输出端与A节转毂32的右面固定连接，所述A机道311、A平通道321和A直通道322相通；
所述的Z轴4由Z轴伺服电机41和Z节伸缩管42构成，所述Z轴伺服电机41为输出端设有齿轮的伺服电机，所述Z节伸缩管42为圆柱管形的钢质构件，Z节伸缩管42的管外柱壁处设有上下方向的齿条，Z节伸缩管42的内腔称为Z管通道421；Z节伸缩管42的下端设有圆锥形的激光束输出口43，所述激光束输出口43的下部设有测距传感器5，所述测距传感器5为电容感应式的电子元件；Z节伸缩管42滑动位于所述A直通道322内，Z轴伺服电机41固定于A节转毂32左部外壁处，Z轴伺服电机41的所述齿轮与Z节伸缩管42的所述齿条啮合连接；
光纤接口1位于C轴2的上面，光纤接口1的下面与C轴伺服电机21的上面固定连接；A轴3位于C轴2的左面，A轴伺服电机31与C节转毂22左端口固定连接；Z轴4位于A轴3的左部；所述透镜组7、C机道211、C直通道221、C反射镜6、C平通道222、A机道311、A平通道321、A反射镜6.1、A直通道322、Z管通道421和激光束输出口43构成激光束02的光路通道01。
上述结构表述的方向面是基于本装置主视图的上、下、左、右的方向面。
工作原理及有益效果
工作时，C轴2的C节转毂22在数控C轴伺服电机21的驱动下，围绕垂直轴线，可作顺逆360°的旋转寻的运动，简称ZR寻的；A轴3的A节转毂32在数控A轴伺服电机31的驱动下，围绕水平轴线，可作顺逆135°的旋转寻的运动，简称YR寻的；Z轴4在数控Z轴伺服电机41的驱动下，经所述齿轮和齿条，所述Z节伸缩管42、激光束输出口43和测距传感器5，沿所述A直通道322轴线，可作伸出和缩回往复的寻的运动，简称Z-寻的；由此，本装置具备ZR寻的、YR寻的、Z-寻的运动的三轴功能；说明，所述顺逆旋转是指既可以进行顺时针旋转，又可以进行逆时针旋转；
应用时，定义，直角坐标三轴数控机床简称数控机床；将本装置夹持在所述数控机床的Z向拖板处，光纤接口1经光纤与激光源连接，工件固定在数控机床的工作台上，加工时，由数控机床带动本装置作X、Y、Z+向直角坐标寻的运动，简称直标寻的；数控机床的直标寻的和本装置的ZR寻的及YR寻的共同构成数控五轴运动功能；由于激光焊接加工与激光切割加工要求激光束输出口43与工件之间的间距不同，因此，在激光焊接加工与激光切割加工切换时，测距传感器5将所述间距的数据反馈至数控机床的电脑，电脑数控所述Z-寻的功能进行焊接与切割加工时的间距切换。
本装置结构简单，工作可靠，具备ZR寻的、YR寻的、Z-寻的运动的三轴功能，中小企业可以利用价格便宜的数控机床结合本装置，可实现对制品的激光焊割兼容加工，使激光加工降低了成本、提高了效率。

Claims (1)

1.一种兼容通用的数控三轴激光头，包括光纤接口(1)、C轴(2)、A轴(3)、Z轴(4)、测距传感器(5)、C反射镜(6)、A反射镜(6.1)和透镜组(7)，其特征在于：所述的光纤接口(1)为用于与光纤进行光连接的器件，光纤接口(1)内设有由若干光学凸透镜和凹透镜组合构成的透镜组(7)；
所述的C轴(2)由C轴伺服电机(21)和C节转毂(22)构成，所述C轴伺服电机(21)为设有中空管状通道转子轴的数控伺服电机，C轴伺服电机(21)转子轴的管状通道称为C机道(211)；所述C节转毂(22)为内部设有垂直、水平直角弯管通道的钢质构件，C节转毂(22)右部的通道为开口朝上、垂直的圆形通道称为C直通道(221)，C节转毂(22)左部的通道为开口朝左、水平的圆形通道称为C平通道(222)，在所述C直通道(221)和C平通道(222)的拐角处设有45°夹角的平面反射镜称为C反射镜(6)；C轴伺服电机(21)位于C节转毂(22)的上面，C轴伺服电机(21)的转子输出端与C节转毂(22)的上面固定连接，所述C直通道(221)、C平通道(222)和C机道(211)相通；
所述的A轴(3)由A轴伺服电机(31)和A节转毂(32)构成，所述A轴伺服电机(31)为设有中空管状转子轴的数控伺服电机，A轴伺服电机(31)转子轴的管状通道称为A机道(311)；所述A节转毂(32)为内部设有水平、垂直直角弯管通道的钢质构件，A节转毂(32)右部的通道为开口朝右、水平的圆形通道称为A平通道(321)，A节转毂(32)左部的通道为开口朝下、垂直的圆形通道称为A直通道(322)，在所述A平通道(321)和A直通道(322)的拐角处设有45°夹角的平面反射镜称为A反射镜(6.1)；A轴伺服电机(31)位于A节转毂(32)的右面，A轴伺服电机(31)的转子输出端与A节转毂(32)的右面固定连接，所述A机道(311)、A平通道(321)和A直通道(322)相通；
所述的Z轴(4)由Z轴伺服电机(41)和Z节伸缩管(42)构成，所述Z轴伺服电机(41)为输出端设有齿轮的伺服电机，所述Z节伸缩管(42)为圆柱管形的钢质构件，Z节伸缩管(42)的管外柱壁处设有上下方向的齿条，Z节伸缩管(42)的内腔称为Z管通道(421)；Z节伸缩管(42)的下端设有圆锥形的激光束输出口(43)，所述激光束输出口(43)的下部设有测距传感器(5)，所述测距传感器(5)为电容感应式的电子元件；Z节伸缩管(42)滑动位于所述A直通道(322)内，Z轴伺服电机(41)固定于A节转毂(32)左部外壁处，Z轴伺服电机(41)的所述齿轮与Z节伸缩管(42)的所述齿条啮合连接；
光纤接口(1)位于C轴(2)的上面，光纤接口(1)的下面与C轴伺服电机(21)的上面固定连接；A轴(3)位于C轴(2)的左面，A轴伺服电机(31)与C节转毂(22)左端口固定连接；Z轴(4)位于A轴(3)的左部；所述透镜组(7)、C机道(211)、C直通道(221)、C反射镜(6)、C平通道(222)、A机道(311)、A平通道(321)、A反射镜(6.1)、A直通道(322)、Z管通道(421)和激光束输出口(43)构成激光束(02)的光路通道(01)。
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CN212495951U (zh) * 2020-06-28 2021-02-09 宁波甬钿激光科技有限公司 一种兼容通用的数控三轴激光头

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