CN114932319B - 一种用于激光加工的测控仪器 - Google Patents

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    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Abstract

本发明涉及激光加工技术领域，公开了一种用于激光加工的测控仪器，包括第一平台，第一平台上设有与其转动连接的旋转座和下球座；旋转座连接用于驱动其自转的第一旋转动力源，旋转座上设有与半圆形凹口间隙配合的半圆形凸起以及与纵向弧槽间隙配合的滑动套，滑动套通过连接板与旋转座连接，滑动套的中心设有激光加工头；下球座远离旋转座的一侧设有第一固定单元；旋转座的中心设有贯通旋转座的图像采集器；本发明能够通过精确的测控和校正实现对于球形工件表面倒U字形轨道的激光加工。

Description

一种用于激光加工的测控仪器
技术领域
本发明涉及激光加工技术领域，更具体地说，它涉及一种用于激光加工的测控仪器。
背景技术
激光加工利用高功率密度的激光束照射工件，使材料熔化气化而进行穿孔，切割和焊接等的特种加工。现有技术中对于平面的加工面的激光加工的控制成熟度较高，但是对于一些非平面工件的复杂造型的加工难以精确的进行测控。
发明内容
本发明提供一种用于激光加工的测控仪器，解决相关技术中对于一些非平面工件的复杂造型的加工难以精确的进行测控的技术问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于激光加工的测控仪器，包括第一平台，第一平台上设有与其转动连接的旋转座和下球座，旋转座与下球座的旋转轴线相互垂直，下球座的顶部设有用于容纳工件的半球形凹槽，下球座上设有多个从半球形凹槽的上沿向半球形凹槽的底部延伸的纵向弧槽，相邻的两个纵向弧槽之间设有一个半圆形凹口；
旋转座连接用于驱动其自转的第一旋转动力源，旋转座上设有与半圆形凹口间隙配合的半圆形凸起以及与纵向弧槽间隙配合的滑动套，滑动套通过连接板与旋转座连接，滑动套的中心设有激光加工头；
下球座远离旋转座的一侧设有第一固定单元，第一固定单元连接第一滑台，第一滑台上设有用于驱动第一固定单元绕旋转座的轴线旋转的第二旋转动力源，第一滑台连接用于驱动其沿下球座的旋转轴线移动的第一直线驱动机构，第一直线驱动机构连接用于驱动其和第一滑台共同沿旋转座的转动轴线移动的第二直线驱动机构；
旋转座的中心设有贯通旋转座的图像采集器；
下球座的底部设有第二固定单元；所述第一固定单元和第二固定单元均采用吸盘。所述第一固定单元和第二固定单元的外径小于半圆形凹口的内径的2/3。
第一平台连接用于驱动其沿下球座的旋转轴线移动的第三直线驱动机构，第三直线驱动机构连接用于驱动其和第一平台共同沿垂直于下球座的旋转轴的方向移动的第四直线驱动机构；
第一平台的上方设有第二平台，第二平台的底部设有与其转动连接的上球座，上球座与下球座为对称结构，上球座和下球座绕同一转动轴线旋转运动；
第二平台连接用于驱动其沿下球座的旋转轴线移动的第五直线驱动机构。
所述第一直线驱动机构连接第一滑座，第一滑座通过滑轨连接第一平台，第一滑座连接第二直线驱动机构的输出端。
所述第三直线驱动机构连接第一平台，第一平台通过第一导柱连接第二滑座，第一导柱贯通第一平台，并与第一平台之间通过直线轴承连接，第三直线驱动机构设置于第二滑座上，第三直线驱动机构的输出端连接第一平台，第二滑座连接第四直线驱动机构的输出端，第四直线驱动机构设置于机架上，第二滑座通过滑轨连接机架。
所述第五直线驱动机构设置于机架上，第二平台通过第二导柱连接机架，第二导柱贯通第二平台，并与第二平台之间通过直线轴承连接。
所述第一旋转动力源的输出端通过第一传动箱连接旋转座的转轴，第一传动箱为减速传动箱。
所述第二旋转动力源的输出端通过第二传动箱连接第一固定单元的转轴，第二传动箱为减速传动箱。
根据本发明的一个方面，提供了上述用于激光加工的测控仪器的测控加工工件的方法，包括以下步骤：
步骤S1，在工件上绘制一个环绕工件一周的圆形标记线，圆形标记线的直径等于工件的直径；
步骤S2，将工件通过第二固定单元固定与下球座上，然后第三直线驱动机构、第四直线驱动机构和第五直线驱动机构驱动上球座和下球座复位，上球座与下球座的半球形凹槽拼接构成球形腔，上球座和下球座的半圆形凹口拼接构成圆形口；
步骤S3，图像采集器采集第一图像，第一图像上绘制一个穿过第一图像上的工件的圆心的第一基准线；参照第一图像的圆形标记线的中点相对于第一基准线的位置计算工件需要校正的俯仰角；
步骤S4，第一直线驱动机构驱动第一固定单元接触工件，解除第二固定单元对于工件的固定，然后第二直线驱动机构驱动第一固定单元移动，此时由于收到上球座和下球座的限制工件只能够转动，第一固定单元的上下移动会带动工件调整俯仰角，直至圆形标记线的中点与第一基准线重合；
步骤S5，图像采集器采集第二图像，在第二图像上绘制一个穿过第二图像上的工件的圆心的第二基准线，参照圆形标记线与第二基准线的夹角计算工件需要校正的旋转角，该旋转角是以旋转座的旋转轴线进行旋转的角度；
步骤S6，第二旋转动力源驱动第一固定单元绕旋转座的旋转轴线旋转，参照旋转角，使第二基准线与圆形标记线重合；
步骤S7，解除第一固定单元对工件的固定，第一直线驱动机构驱动第一固定单元复位；
步骤S8，开启激光加工头，驱动旋转座旋转一周，控制旋转座在工件表面上加工一个与倒U字形轨道一致的预加工槽，在旋转座的旋转轴线对准下球座的纵向弧槽时采集第三图像，判断预加工槽的直线段与圆形标记线的夹角是否为90°，如果为90°进行步骤S9，如果不为90°则进行步骤S10；
步骤S9，驱动旋转座反向旋转一周复位，然后开启激光加工头，驱动旋转座旋转一周，控制旋转座在工件表面上加工全部的倒U字形轨道；
步骤S10，驱动旋转座反向旋转一周复位，然后返回步骤S3。
进一步地，步骤S6之前先通过第二固定单元固定工件，解除第一固定单元对工件的固定，然后第一直线驱动机构驱动第一固定单元接触固定工件之后解除第二固定单元对工件的固定。
本发明的有益效果在于：
本发明能够通过精确的测控和校正实现对于球形工件表面倒U字形轨道的激光加工。
附图说明
图1是本发明的工件的结构示意图；
图2是本发明的一种用于激光加工的测控仪器的结构示意图；
图3是图2A处放大图；
图4是本发明的第一平台的结构示意图；
图5是本发明的上球座和下球座的组合结构示意图；
图6是本发明的下球座的仰视图；
图7是本发明的一种用于激光加工的测控仪器的测控加工方法的流程图一；
图8是本发明的一种用于激光加工的测控仪器的测控加工方法的流程图二；
图9是本发明的第一图像的示意图；
图10是本发明的第二图像的示意图；
图11是本发明的第三图像的示意图。
图中：工件1，倒U字形轨道2，第一平台101，旋转座102，下球座103，纵向弧槽104，半圆形凹口105，第一旋转动力源106，滑动套107，激光加工头108，第一固定单元109，第一滑台110，第二旋转动力源111，图像采集器112，第二平台113，上球座114，半圆形凸起115，第一直线驱动机构201，第二直线驱动机构202，第三直线驱动机构203，第四直线驱动机构204，第五直线驱动机构205，第一滑座206，第二滑座207，机架208，第一基准线301，第二基准线302，圆形标记线303，预加工槽304。
具体实施方式
现在将参考示例实施方式讨论本文描述的主题。应该理解，讨论这些实施方式只是为了使得本领域技术人员能够更好地理解从而实现本文描述的主题，并非是对权利要求书中所阐述的保护范围、适用性或者示例的限制。可以在不脱离本说明书内容的保护范围的情况下，对所讨论的元素的功能和排列进行改变。各个示例可以根据需要，省略、替代或者添加各种过程或组件。另外，相对一些示例所描述的特征在其他例子中也可以进行组合。
实施例一
本发明的一种用于激光加工的测控仪器用于加工一种球形的工件1，该球形的工件1的表面待加工多个连续的倒U字形轨道2；如图1所示，在球形工件1的表面设有四个连续的倒U字形轨道2，这四个倒U字形轨道2是相互连通的。
如图2-图6所示，本发明的一种用于激光加工的测控仪器，包括第一平台101，第一平台101上设有与其转动连接的旋转座102和下球座103，旋转座102与下球座103的旋转轴线相互垂直，下球座103的顶部设有用于容纳工件1的半球形凹槽，下球座103上设有多个从半球形凹槽的上沿向半球形凹槽的底部延伸的纵向弧槽104，纵向弧槽104均匀环形阵列分布，相邻的两个纵向弧槽104之间设有一个半圆形凹口105；
旋转座102连接用于驱动其自转的第一旋转动力源106，旋转座102上设有与半圆形凹口105间隙配合的半圆形凸起115以及与纵向弧槽104间隙配合的滑动套107，滑动套107通过连接板与旋转座102连接，滑动套107的中心设有激光加工头108；
下球座103远离旋转座102的一侧设有第一固定单元109，第一固定单元109连接第一滑台110，第一滑台110上设有用于驱动第一固定单元109绕旋转座102的轴线旋转的第二旋转动力源111，第一滑台110连接用于驱动其沿下球座103的旋转轴线移动的第一直线驱动机构201，第一直线驱动机构201连接用于驱动其和第一滑台110共同沿旋转座102的转动轴线移动的第二直线驱动机构202；
旋转座102的中心设有贯通旋转座102的图像采集器112；
下球座103的底部设有第二固定单元；
第一平台101连接用于驱动其沿下球座103的旋转轴线移动的第三直线驱动机构203，第三直线驱动机构203连接用于驱动其和第一平台101共同沿垂直于下球座103的旋转轴的方向移动的第四直线驱动机构204；
第一平台101的上方设有第二平台113，第二平台113的底部设有与其转动连接的上球座114，上球座114与下球座103为对称结构，上球座114和下球座103绕同一转动轴线旋转运动；
第二平台113连接用于驱动其沿下球座103的旋转轴线移动的第五直线驱动机构205。
对于本发明上述实施例中的用于激光加工的测控仪器，其加工的过程如下：
第五直线驱动机构205和第三直线驱动机构203分别驱动第一平台101和第二平台113移动，使上球座114和下球座103相互分离，然后第四直线驱动机构204驱动第一平台101移动，使上球座114脱离下球座103的下方，然后通过外部的机械手等将工件1放入下球座103，下球座103的第二固定单元将工件1固定；
第三直线驱动机构203、第四直线驱动机构204和第五直线驱动机构205驱动上球座114和下球座103复位，上球座114与下球座103的半球形凹槽拼接构成球形腔，上球座114和下球座103的半圆形凹口105拼接构成圆形口；
启动激光加工头108和第一旋转动力源106，第一旋转动力源106驱动滑动套107沿下球座103的纵向弧槽104移动，滑动套107带动下球座103与工件1同步转动，激光加工头108在工件1表面加工倒U字形轨道2的下半部分；
之后，滑动套107沿上球座114的纵向弧槽104移动，带动上球座114转动，但由于上球座114与工件1并无固定关系，此时工件1被第二固定单元固定与下球座103上，旋转座102的半圆形凸起115嵌入下球座103的半圆形凹口105内限制了下球座103的旋转，因此此时工件1不会发生移动，激光加工头108在工件1表面加工倒U字形轨道2的上半部分。
如图7和图8所示，为了提高加工的精度，本发明提供一种上述的用于激光加工的测控仪器的测控加工方法，包括：
步骤S1，在工件1上绘制一个环绕工件1一周的圆形标记线303，圆形标记线303的直径等于工件1的直径；
步骤S2，将工件1通过第二固定单元固定与下球座103上，然后第三直线驱动机构203、第四直线驱动机构204和第五直线驱动机构205驱动上球座114和下球座103复位，上球座114与下球座103的半球形凹槽拼接构成球形腔，上球座114和下球座103的半圆形凹口105拼接构成圆形口；
步骤S3，图像采集器112采集第一图像，如图9所示，第一图像上绘制一个穿过第一图像上的工件1的圆心的第一基准线301；（放置工件1到下球座103时已经通过圆形标记线303对照下球座103的边沿进行初步的校正，不会出现第一图像上无法采集到圆形标记线303的问题）；
参照第一图像的圆形标记线303的中点相对于第一基准线301的位置计算工件1需要校正的俯仰角；（计算球上两点的仰角和方位角为常规数学计算方法，在此不再进行说明）。
步骤S4，第一直线驱动机构201驱动第一固定单元109接触工件1，解除第二固定单元对于工件1的固定，然后第二直线驱动机构202驱动第一固定单元109移动，此时由于受到上球座114和下球座103的限制工件1只能够转动，第一固定单元109的上下移动会带动工件1调整俯仰角，直至圆形标记线303的中点与第一基准线301重合；
步骤S5，图像采集器112采集第二图像，如图10所示，在第二图像上绘制一个穿过第二图像上的工件1的圆心的第二基准线302，参照圆形标记线303与第二基准线302的夹角计算工件1需要校正的旋转角，该旋转角是以旋转座102的旋转轴线进行旋转的角度；
步骤S6，第二旋转动力源111驱动第一固定单元109绕旋转座102的旋转轴线旋转，参照旋转角，使第二基准线302与圆形标记线303重合；
步骤S6之前可以先通过第二固定单元固定工件1，解除第一固定单元109对工件1的固定，然后第一直线驱动机构201驱动第一固定单元109接触固定工件1之后解除第二固定单元对工件1的固定。避免步骤S4的校正对于步骤S6的影响。
步骤S7，解除第一固定单元109对工件1的固定，第一直线驱动机构201驱动第一固定单元109复位；
步骤S8，开启激光加工头108，驱动旋转座102旋转一周，控制旋转座102在工件1表面上加工一个与倒U字形轨道2一致的预加工槽304，在旋转座102的旋转轴线对准下球座103的纵向弧槽104时采集第三图像，如图11所示，判断预加工槽304的直线段与圆形标记线303的夹角是否为90°，如果为90°进行步骤S9，如果不为90°则进行步骤S10；
步骤S9，驱动旋转座102反向旋转一周复位，然后开启激光加工头108，驱动旋转座102旋转一周，控制旋转座102在工件1表面上加工全部的倒U字形轨道2；
步骤S10，驱动旋转座102反向旋转一周复位，然后返回步骤S3；
在步骤S9中旋转座102正向旋转的第一周适当提高转速，因为已经加工预加工槽304，需要增加转速减少激光加工头108的停留时间。
在本发明的实施例中，第一固定单元109和第二固定单元均采用吸盘，便于随时取消对于工件1的固定，吸盘的外径小于半圆形凹口105的内径的2/3，吸盘可以采用真空吸盘，如果工件1可以为磁性金属还可以采用磁性吸盘。
在本发明的一个实施例中，滑动套107的轴线指向下球座103的半球形凹槽的球心。有利于提高加工质量。
在本发明的实施例中，第一直线驱动机构201连接第一滑座206，第一滑座206通过滑轨连接第一平台101，第一滑座206连接第二直线驱动机构202的输出端。
第三直线驱动机构203连接第一平台101，第一平台101通过第一导柱连接第二滑座207，第一导柱贯通第一平台101，并与第一平台101之间通过直线轴承连接，第三直线驱动机构203设置于第二滑座207上，第三直线驱动机构203的输出端连接第一平台101，第二滑座207连接第四直线驱动机构204的输出端，第四直线驱动机构204设置于机架208上，第二滑座207通过滑轨连接机架208。
第五直线驱动机构205设置于机架208上，第二平台113通过第二导柱连接机架208，第二导柱贯通第二平台113，并与第二平台113之间通过直线轴承连接。
本实施例中的直线移动的机构通过上述的方式进行布置，通过导向能够保持移位的稳定性和精确度。
对于第一直线驱动机构201、第二直线驱动机构202、第三直线驱动机构203、第四直线驱动机构204、第五直线驱动机构205均可以采用直线电机或推杆电机或气缸或液压缸。
在本发明的实施例中，第一旋转动力源106的输出端通过第一传动箱连接旋转座102的转轴。第一传动箱为减速传动箱，能够使旋转座102的转速处于低速。
在本发明的实施例中，第二旋转动力源111的输出端通过第二传动箱连接第一固定单元109的转轴。第二传动箱为减速传动箱，能够使第一固定单元109的转速处于低速，便于精确的调整工件1。
上面结合附图对本实施例的实施例进行了描述，但是本实施例并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实施例的启示下，在不脱离本实施例宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本实施例的保护之内。

Claims (9)

1.一种用于激光加工的测控仪器，其特征在于，包括第一平台，第一平台上设有与其转动连接的旋转座和下球座，旋转座与下球座的旋转轴线相互垂直，下球座的顶部设有用于容纳工件的半球形凹槽，下球座上设有多个从半球形凹槽的上沿向半球形凹槽的底部延伸的纵向弧槽，相邻的两个纵向弧槽之间设有一个半圆形凹口；
旋转座连接用于驱动其自转的第一旋转动力源，旋转座上设有与半圆形凹口间隙配合的半圆形凸起以及与纵向弧槽间隙配合的滑动套，滑动套通过连接板与旋转座连接，滑动套的中心设有激光加工头；
下球座远离旋转座的一侧设有第一固定单元，第一固定单元连接第一滑台，第一滑台上设有用于驱动第一固定单元绕旋转座的轴线旋转的第二旋转动力源，第一滑台连接用于驱动其沿下球座的旋转轴线移动的第一直线驱动机构，第一直线驱动机构连接用于驱动其和第一滑台共同沿旋转座的转动轴线移动的第二直线驱动机构；
旋转座的中心设有贯通旋转座的图像采集器；
下球座的底部设有第二固定单元；
第一平台连接用于驱动其沿下球座的旋转轴线移动的第三直线驱动机构，第三直线驱动机构连接用于驱动其和第一平台共同沿垂直于下球座的旋转轴的方向移动的第四直线驱动机构；
第一平台的上方设有第二平台，第二平台的底部设有与其转动连接的上球座，上球座与下球座为对称结构，上球座和下球座绕同一转动轴线旋转运动；
第二平台连接用于驱动其沿下球座的旋转轴线移动的第五直线驱动机构；
其测控加工工件的方法包括以下步骤：
步骤S1，在工件上绘制一个环绕工件一周的圆形标记线，圆形标记线的直径等于工件的直径；
步骤S2，将工件通过第二固定单元固定与下球座上，然后第三直线驱动机构、第四直线驱动机构和第五直线驱动机构驱动上球座和下球座复位，上球座与下球座的半球形凹槽拼接构成球形腔，上球座和下球座的半圆形凹口拼接构成圆形口；
步骤S3，图像采集器采集第一图像，第一图像上绘制一个穿过第一图像上的工件的圆心的第一基准线；参照第一图像的圆形标记线的中点相对于第一基准线的位置计算工件需要校正的俯仰角；
步骤S4，第一直线驱动机构驱动第一固定单元接触工件，解除第二固定单元对于工件的固定，然后第二直线驱动机构驱动第一固定单元移动，此时由于收到上球座和下球座的限制工件只能够转动，第一固定单元的上下移动会带动工件调整俯仰角，直至圆形标记线的中点与第一基准线重合；
步骤S5，图像采集器采集第二图像，在第二图像上绘制一个穿过第二图像上的工件的圆心的第二基准线，参照圆形标记线与第二基准线的夹角计算工件需要校正的旋转角，该旋转角是以旋转座的旋转轴线进行旋转的角度；
步骤S6，第二旋转动力源驱动第一固定单元绕旋转座的旋转轴线旋转，参照旋转角，使第二基准线与圆形标记线重合；
步骤S7，解除第一固定单元对工件的固定，第一直线驱动机构驱动第一固定单元复位；
步骤S8，开启激光加工头，驱动旋转座旋转一周，控制旋转座在工件表面上加工一个与倒U字形轨道一致的预加工槽，在旋转座的旋转轴线对准下球座的纵向弧槽时采集第三图像，判断预加工槽的直线段与圆形标记线的夹角是否为90°，如果为90°进行步骤S9，如果不为90°则进行步骤S10；
步骤S9，驱动旋转座反向旋转一周复位，然后开启激光加工头，驱动旋转座旋转一周，控制旋转座在工件表面上加工全部的倒U字形轨道；
步骤S10，驱动旋转座反向旋转一周复位，然后返回步骤S3。
2.根据权利要求1所述的一种用于激光加工的测控仪器，其特征在于，所述第一固定单元和第二固定单元均采用吸盘。
3.根据权利要求1所述的一种用于激光加工的测控仪器，其特征在于，所述第一固定单元和第二固定单元的外径小于半圆形凹口的内径的2/3。
4.根据权利要求1所述的一种用于激光加工的测控仪器，其特征在于，所述第一直线驱动机构连接第一滑座，第一滑座通过滑轨连接第一平台，第一滑座连接第二直线驱动机构的输出端。
5.根据权利要求1所述的一种用于激光加工的测控仪器，其特征在于，所述第三直线驱动机构连接第一平台，第一平台通过第一导柱连接第二滑座，第一导柱贯通第一平台，并与第一平台之间通过直线轴承连接，第三直线驱动机构设置于第二滑座上，第三直线驱动机构的输出端连接第一平台，第二滑座连接第四直线驱动机构的输出端，第四直线驱动机构设置于机架上，第二滑座通过滑轨连接机架。
6.根据权利要求1所述的一种用于激光加工的测控仪器，其特征在于，所述第五直线驱动机构设置于机架上，第二平台通过第二导柱连接机架，第二导柱贯通第二平台，并与第二平台之间通过直线轴承连接。
7.根据权利要求1所述的一种用于激光加工的测控仪器，其特征在于，所述第一旋转动力源的输出端通过第一传动箱连接旋转座的转轴，第一传动箱为减速传动箱。
8.根据权利要求1所述的一种用于激光加工的测控仪器，其特征在于，所述第二旋转动力源的输出端通过第二传动箱连接第一固定单元的转轴，第二传动箱为减速传动箱。
9.根据权利要求1所述的一种用于激光加工的测控仪器，其特征在于，步骤S6之前先通过第二固定单元固定工件，解除第一固定单元对工件的固定，然后第一直线驱动机构驱动第一固定单元接触固定工件之后解除第二固定单元对工件的固定。
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