CN114918936B - 一种环保型工业激光切割机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光切割技术领域，且公开了一种环保型工业激光切割机器人，包括切割头，所述切割头内开设有加工腔，所述加工腔的顶部固定连接有环形的放置座，所述放置座上插接有镜片座，所述镜片座上固定套接有凸透镜，所述切割头的底部开设有对称的T字槽，所述T字槽靠近加工腔的槽道内活动套接有活动板。本发明通过手动拨动拨杆，使喷口附近的凹透镜以铰接球Ⅱ为铰接点转动，使凹透镜呈一定角度与会聚的激光束部分接触，从而使部分接触的会聚的激光束在穿过呈一定角度的凹透镜后发生二次折射发散，使从会聚的激光束在分散下呈直线状态从喷口喷出，完成切割，避免了会聚的激光束切割物品后，切口呈V字形，还需要二次加工的问题。

Description

一种环保型工业激光切割机器人

技术领域

本发明涉及激光切割技术领域，具体为一种环保型工业激光切割机器人。

背景技术

激光切割是用聚焦镜将二氧化碳激光束聚焦在材料表面，使材料熔化完成切割的一种方法，激光束在经过聚焦镜的聚焦后，会形成V字形，导致切口也呈现V字形，即切口会呈一定的角度，在很多时候，需要对切口进行二次打磨，从而使切口平滑符合实际需求，费时费力。

同时在切割过程中，需要向凸透镜输送冷却液，对凸透镜进行冷却处理，避免激光束导致凸透镜过热而损坏，但是为了避免激光束通过流动的冷却液而发生多次不定向折射，使得冷却液只能包围在凸透镜外侧进行换热冷却，这种冷却方式的冷却效果并不如意，且在切割过程中，还需要输入辅助气体，使辅助气体喷向切口进行切口的冷却与废屑的清除，但是辅助气体在进入切割头内腔后，会呈无序状态，使得辅助气体在最终从喷口喷出时，吹气不集中，冲击效果差，导致废屑清除效果差，冷却效果也因为切割头的快速移动而导致气流冲击切口的时间短，使得冷却效果差，同时无序的气流使得喷口处气压分布无规律，容易使得部分废屑最终被吸入切割头内腔，使得后续的气流带动废屑在内腔中浮动，导致废屑与激光接触发生无效折射，或者废屑贴在凸透镜上导致凸透镜的折射效果无法达到标准，严重影响成品的切口形状。

发明内容

针对背景技术中提出的现有激光切割机器人在使用过程中存在的不足，本发明提供了一种环保型工业激光切割机器人，具备手动调节凹透镜角度、激光束穿过成一定角度的凹透镜发生发散、V字形激光经过凹透镜发散形成直线型激光、辅助气流在螺旋槽道的导向下呈螺旋状并逐渐压缩、部分气流上升至凸透镜进行直接冷却、螺旋气流包裹激光束从喷口喷出对切口进行强冷、螺旋气流四散带走废屑、螺旋气流对转动的凹透镜直径冷却的优点，解决了上述背景技术中提出凸透镜冷却效果差、V字形激光束切口不达标、辅助气体冲击力差、辅助气体冷却效果差、废屑进入内腔导致激光束偏折的技术问题。

本发明提供如下技术方案：一种环保型工业激光切割机器人，包括切割头，所述切割头内开设有加工腔，所述加工腔的顶部固定连接有环形的放置座，所述放置座上插接有镜片座，所述镜片座上固定套接有凸透镜，所述切割头的底部开设有对称的T字槽，所述T字槽靠近加工腔的槽道内活动套接有活动板，所述T字槽远离加工腔的槽道两端固定连接有限位杆，所述限位杆上活动连接有拨杆，所述拨杆的一端与活动板的一端活动连接，所述活动板背对拨杆的一端固定连接有滑动杆，所述滑动杆上活动套接有套杆，所述套杆远离活动板的一端固定连接有铰接球Ⅰ，所述加工腔的底部固定连接有对称的定位块，所述定位块内活动连接有传动齿轮，所述传动齿轮的底端中心固定连接有连接杆，所述连接杆的底端固定连接有铰接球Ⅱ，所述铰接球Ⅱ上活动连接有凹透镜，所述凹透镜的外侧开设有环槽，所述铰接球Ⅰ活动连接在滑动槽内。

优选的，所述加工腔的底部呈倒圆台状，所述加工腔的底端开设有喷口。

优选的，所述凸透镜的底部开设有冷却腔，所述凸透镜的底端开设有均布的气道，所述气道靠近镜片座，所述放置座的底端固定连接有分隔筒，所述分隔筒呈空心的倒圆台形，所述分隔筒的外侧壁上开设有螺旋槽道，所述冷却腔通过气道与分隔筒的内腔接通，所述切割头上固定连接有输出管，所述输出管的一端与冷却腔接通。

优选的，所述切割头的顶部固定连接有输气筒，所述输气筒的一端与加工腔接通，所述输气筒与加工腔接通的一端靠近分隔筒的顶端，所述分隔筒的内腔底端开口与加工腔接通。

优选的，所述T字槽靠近加工腔的槽道长度值大于远离加工腔的槽道直径值。

优选的，所述切割头的底部外侧壁上固定连接有对称的电机，所述电机的输出端固定连接有主动齿轮，所述主动齿轮上啮合有齿链，所述齿链活动套接在定位块内，所述传动齿轮与齿链啮合。

优选的，所述铰接球Ⅱ上开设有对称的滑动槽，所述凹透镜与铰接球Ⅱ的连接处固定连接有对称的限位凸起，其中一个所述限位凸起的重量大于凹透镜的重量。

优选的，所述限位凸起活动套接在滑动槽内，当凹透镜平行于水平面时，所述限位凸起处于滑动槽的中部。

本发明具备以下有益效果：

1、本发明通过手动拨动拨杆，使喷口附近的凹透镜以铰接球Ⅱ为铰接点转动，使凹透镜呈一定角度与会聚的激光束部分接触，从而使部分接触的会聚的激光束在穿过呈一定角度的凹透镜后发生二次折射发散，使从会聚的激光束在分散下呈直线状态从喷口喷出，完成切割，避免了会聚的激光束切割物品后，切口呈V字形，还需要二次加工的问题。

2、本发明通过辅助气体从输气筒喷入加工腔后，冲击在分隔筒上，并在分隔筒的螺旋凹槽影响下，向下呈螺旋状移动，并在加工腔直径逐渐变小的状况下不断压缩，最终包裹在激光外侧呈螺旋状喷向切口，使辅助风更集中、更强力的对切口进行冷却与废屑清除，避免了废屑和灰尘在辅助气体无序喷出时从喷口进入加工腔内，导致加工腔内杂质增加，后续杂质影响激光折射的问题。

3、本发明通过电机带动主动齿轮转动，并通过齿链带动连接杆同步转动，从而使铰接球Ⅱ上的滑动槽挤压限位凸起带动凹透镜同步转动，使凹透镜在持续转动中，与激光接触的部位在不断变化，使螺旋风能对凹透镜接触过激光的部位能进行直接接触，完成凹透镜的高效冷却。

4、压缩的螺旋风在经过分隔筒的底部端口时，分隔筒内腔的低压环境与加工腔此时的高压环境，使部分螺旋风在压差下从分隔筒的底部端口上升进入分隔筒的内腔中，在分隔筒内腔的持续扩大下，使进入螺旋风持续降压上升并接触凸透镜的底端，从气道进入冷却腔后从输出管排出，使凸透镜受到螺旋风的高效冷却处理。

附图说明

图1为本发明立体结构示意图；

图2为本发明加工腔结构示意图；

图3为本发明分隔筒结构示意图；

图4为本发明图3中A处结构局部放大示意图；

图5为本发明齿链传动结构示意图；

图6为本发明凹透镜结构示意图；

图7为本发明限位凸起结构示意图；

图8为本发明铰接球Ⅱ结构示意图

图中：1、切割头；2、加工腔；3、放置座；4、镜片座；5、输出管；6、凸透镜；7、冷却腔；701、气道；8、分隔筒；9、输气筒；10、T字槽；11、活动板；12、拨杆；13、限位杆；14、滑动杆；15、套杆；16、铰接球Ⅰ；17、定位块；18、连接杆；181、传动齿轮；19、齿链；20、电机；21、主动齿轮；22、铰接球Ⅱ；23、滑动槽；24、凹透镜；25、环槽；26、限位凸起。

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至图3，一种环保型工业激光切割机器人，包括切割头1，切割头1内开设有加工腔2，加工腔2的底部呈倒圆台状，加工腔2的底端开设有喷口，使加工腔2从上方到下方的容腔不断变小，从而使辅助气体在通入加工腔2，向喷口方向前进时，受到容腔变化影响而不断压缩加压，提高冲击力，加工腔2的顶部固定连接有环形的放置座3，放置座3上插接有镜片座4，镜片座4上固定套接有凸透镜6，凸透镜6的底部开设有冷却腔7，凸透镜6的底端开设有均布的气道701，气道701靠近镜片座4，使激光束在通过凸透镜6进行向中心的会聚后，不会再通过气道701发生多次折射，避免了会聚的激光束向其它方向折射导致切割头1受到激光的影响而损坏，冷却腔7通过气道701与分隔筒8的内腔接通，切割头1上固定连接有输出管5，输出管5的一端与冷却腔7接通，使螺旋辅助气流在进入分隔筒8后，能通过气道701进入冷却腔7对凸透镜6进行全面冷却，并最终从输出管5排出，切割头1的顶部固定连接有输气筒9，输气筒9的一端与加工腔2接通，输气筒9与加工腔2接通的一端靠近分隔筒8的顶端，使辅助气体在通入加工腔2后，能直接喷在分隔筒8上，受分隔筒8上的螺旋气道引导而逐渐形成螺旋气流。

参阅图2至图3，放置座3的底端固定连接有分隔筒8，分隔筒8呈空心的倒圆台形，分隔筒8的外侧壁上开设有螺旋槽道，使分隔筒8的外侧壁与加工腔2的内壁间的间距形成狭小的空间，配合螺旋槽道引导辅助气流形成螺旋风，分隔筒8的内腔底端开口与加工腔2接通，使螺旋风经过分隔筒8的底端端口时，在加工腔2与分隔筒8内腔的压差下，部分螺旋风呈螺旋状从端口向上喷入分隔筒8的内腔，并在分隔筒8向上逐渐变大的容腔下降压，使降压螺旋风吹向凸透镜6的底端，完成后续对凸透镜6的冷却。

参阅图1至图4，切割头1的底部开设有对称的T字槽10，T字槽10靠近加工腔2的槽道长度值大于远离加工腔2的槽道直径值，使活动板11有足够的活动空间，T字槽10靠近加工腔2的槽道内活动套接有活动板11，活动板11始终密闭加工腔2，使活动板11在往复运动时，依然能堵塞加工腔2与T字槽10的连通部位，避免了螺旋气流在此处的泄漏失压，导致后续从喷口喷出的气流冲击力不足的问题，T字槽10远离加工腔2的槽道两端固定连接有限位杆13，限位杆13上活动连接有拨杆12，拨杆12的一端与活动板11的一端活动连接，使限位杆13能限制拨杆12的位置，使拨杆12能以限位杆13为圆心进行转动，并带动活动板11上下运动。

参阅图2至图4，活动板11背对拨杆12的一端固定连接有滑动杆14，滑动杆14上活动套接有套杆15，套杆15远离活动板11的一端固定连接有铰接球Ⅰ16，铰接球Ⅰ16活动连接在滑动槽23内，使活动板11能带动滑动杆14同步移动，使套杆15同步移动，使铰接球Ⅰ16在套杆15的带动下凹透镜24以铰接球Ⅱ22为中心转动，使凹透镜24与V字形激光束的接触角度不断改变，最终使穿过凹透镜24的激光束整体呈直线状态。

切参阅图3至图5，割头1的底部外侧壁上固定连接有对称的电机20，电机20的输出端固定连接有主动齿轮21，主动齿轮21上啮合有齿链19，加工腔2的底部固定连接有对称的定位块17，齿链19活动套接在定位块17内，定位块17内活动连接有传动齿轮181，传动齿轮181与齿链19啮合，传动齿轮181的底端中心固定连接有连接杆18，连接杆18的底端固定连接有铰接球Ⅱ22，铰接球Ⅱ22上开设有对称的滑动槽23，使启动电机20后，使电机20通过主动齿轮21带动齿链19转动，使传动齿轮181在齿链19的带动下带动连接杆18转动，使连接杆18通过铰接球Ⅱ22挤压限位凸起26，使凹透镜24同步转动，使凹透镜24处于同一圆周上的不同位置间歇式与激光束接触，从而使螺旋风对凹透镜24间歇性接触激光束的位置进行直接冷却。

参阅图2至图4，图6至图8，铰接球Ⅱ22上活动连接有凹透镜24，凹透镜24只有靠近加工腔2中心的一部分会接触激光束，使凹透镜24在进行角度调节时，于其连接的部件不会与激光束接触，避免了各部件被激光束损坏的问题，凹透镜24的外侧开设有环槽25，环槽25呈环状，使凹透镜24在转动的过程中，铰接球Ⅰ16能在环槽25内自由滑动，不会阻碍凹透镜24的转动，凹透镜24与铰接球Ⅱ22的连接处固定连接有对称的限位凸起26，其中一个限位凸起26的重量大于凹透镜24的重量，使电机20停止运动后，凹透镜24停止转动，此时较重的限位凸起26在自重下带动凹透镜24向斜下方转动，此时铰接球Ⅱ22同步转动，使滑动槽23再次与铰接球Ⅰ16处于同一水平面内，限位凸起26活动套接在滑动槽23内，当凹透镜24平行于水平面时，限位凸起26处于滑动槽23的中部，使铰接球Ⅰ16在进行上下移动时，凹透镜24能受其挤压而同步绕铰接球Ⅱ22转动完成角度调节，此时滑动槽23与铰接球Ⅰ16处于同一平面内，不会阻碍其正常转动。

本发明的使用方法（工作原理）如下：

首先，机器人移动切割头至待切割位置，接着测试激光束射向凸透镜6，使测试激光束通过凸透镜6后发生一次会聚，并在经过冷却腔7后再次通过凸透镜6的底部发生二次折射，使激光束最终向中部会聚通入分隔筒8的内腔，此时测试激光呈V字形通过分隔筒8的底端端口射向凹透镜24，使测试激光束外侧部分与凹透镜24的一部分接触，使穿过凹透镜24的激光束发散，使整个激光束呈发散状从喷口射出，此时通过手动拨动一侧的拨杆12，使拨杆12以限位杆13为中心转动，使拨杆12带动活动板11在T字槽10的长条状腔中上下移动，使活动板11带动滑动杆14同步移动，使套杆15同步移动，使铰接球Ⅰ16在套杆15的带动下，带动凹透镜24以铰接球Ⅱ22为中心转动，使凹透镜24与V字形激光束的接触角度不断改变，当穿过凹透镜24的激光束使激光束整体呈直线状态时停止拨动拨杆12，并通过现有的固定装置（例如卡扣、垫片等）使拨杆12的位置固定；

然后，测试激光束关闭，辅助气体开始通过输气筒9喷入加工腔2，使辅助气体喷向分隔筒8，并在分隔筒8上螺旋槽道的导向下逐渐呈螺旋状向下移动，在加工腔2容腔不断变小的状况下，螺旋风将持续压缩，当螺旋风经过分隔筒8的底端端口时，在加工腔2与分隔筒8内腔的压差下，部分螺旋风呈螺旋状从端口向上喷入分隔筒8的内腔，并在分隔筒8向上逐渐变大的容腔下降压，使降压螺旋风吹向凸透镜6的底端，并从靠外侧的气道701进入冷却腔7，在冷却腔7内进行充分流动冷却后从输出管5喷出，同时其它螺旋风继续向下，从喷口喷出，此时切割激光束射向凸透镜6，经过二次折射后射向调整过角度的凹透镜24，进行第三次折射，使激光束呈直线，在螺旋风的包裹下从喷口射出，对待切割部位进行切割；

最后，启动电机20，使电机20通过主动齿轮21带动齿链19转动，使传动齿轮181在齿链19的带动下带动连接杆18转动，使连接杆18通过铰接球Ⅱ22挤压限位凸起26，使凹透镜24同步转动，使凹透镜24处于同一圆周上的不同位置间歇式与激光束接触，从而使螺旋风对凹透镜24间歇性接触激光束的位置进行直接冷却，然后螺旋风从喷口喷出，对切割部位进行冲击强冷，并在撞击在切口后向四周扩散，使废屑在扩散的气流中被带走，通过机器人按照程序不断移动，完成切割操作，当切割停止后，电机20停止运动，凹透镜24停止转动，此时较重的限位凸起26在自重下带动凹透镜24向斜下方转动，此时铰接球Ⅱ22同步转动，使滑动槽23再次与铰接球Ⅰ16处于同一水平面内即可。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种环保型工业激光切割机器人，包括切割头（1），其特征在于：所述切割头（1）内开设有加工腔（2），所述加工腔（2）的顶部固定连接有环形的放置座（3），所述放置座（3）上插接有镜片座（4），所述镜片座（4）上固定套接有凸透镜（6），所述切割头（1）的底部开设有对称的T字槽（10），所述T字槽（10）靠近加工腔（2）的槽道内活动套接有活动板（11），所述T字槽（10）远离加工腔（2）的槽道两端固定连接有限位杆（13），所述限位杆（13）上活动连接有拨杆（12），所述拨杆（12）的一端与活动板（11）的一端活动连接，所述活动板（11）背对拨杆（12）的一端固定连接有滑动杆（14），所述滑动杆（14）上活动套接有套杆（15），所述套杆（15）远离活动板（11）的一端固定连接有铰接球Ⅰ（16），所述加工腔（2）的底部固定连接有对称的定位块（17），所述定位块（17）内活动连接有传动齿轮（181），所述传动齿轮（181）的底端中心固定连接有连接杆（18），所述连接杆（18）的底端固定连接有铰接球Ⅱ（22），所述铰接球Ⅱ（22）上活动连接有凹透镜（24），所述凹透镜（24）的外侧开设有环槽（25），所述铰接球Ⅰ（16）活动连接在滑动槽（23）内；

所述切割头（1）的底部外侧壁上固定连接有对称的电机（20），所述电机（20）的输出端固定连接有主动齿轮（21），所述主动齿轮（21）上啮合有齿链（19），所述齿链（19）活动套接在定位块（17）内，所述传动齿轮（181）与齿链（19）啮合，所述铰接球Ⅱ（22）上开设有对称的滑动槽（23），所述凹透镜（24）与铰接球Ⅱ（22）的连接处固定连接有对称的限位凸起（26），其中一个所述限位凸起（26）的重量大于凹透镜（24）的重量，所述限位凸起（26）活动套接在滑动槽（23）内，当凹透镜（24）平行于水平面时，所述限位凸起（26）处于滑动槽（23）的中部。

2.根据权利要求1所述的一种环保型工业激光切割机器人，其特征在于：所述加工腔（2）的底部呈倒圆台状，所述加工腔（2）的底端开设有喷口。

3.根据权利要求1所述的一种环保型工业激光切割机器人，其特征在于：所述凸透镜（6）的底部开设有冷却腔（7），所述凸透镜（6）的底端开设有均布的气道（701），所述气道（701）靠近镜片座（4），所述放置座（3）的底端固定连接有分隔筒（8），所述分隔筒（8）呈空心的倒圆台形，所述分隔筒（8）的外侧壁上开设有螺旋槽道，所述冷却腔（7）通过气道（701）与分隔筒（8）的内腔接通，所述切割头（1）上固定连接有输出管（5），所述输出管（5）的一端与冷却腔（7）接通。

4.根据权利要求3所述的一种环保型工业激光切割机器人，其特征在于：所述切割头（1）的顶部固定连接有输气筒（9），所述输气筒（9）的一端与加工腔（2）接通，所述输气筒（9）与加工腔（2）接通的一端靠近分隔筒（8）的顶端，所述分隔筒（8）的内腔底端开口与加工腔（2）接通。

5.根据权利要求1所述的一种环保型工业激光切割机器人，其特征在于：所述T字槽（10）靠近加工腔（2）的槽道长度值大于远离加工腔（2）的槽道直径值。

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