CN205496801U - 一种机器人光纤激光三维切割器 - Google Patents

Abstract

一种机器人光纤激光三维切割器，包括机器人、光纤激光头单元，光纤激光头单元通过法兰连接盘与机器人手连接；机器人包括法兰连接盘、机器人手执杆、机器人手、小臂、大臂、拉杆、支杆、转盘、主轴；主轴安装在转盘上，大臂的一端通过轴承与主轴连接，另一端与小臂铰接；拉杆的一端与小臂铰接，另一端与支杆铰接；支杆的另一端与主轴固定连接；机器人手设置在小臂的端部，机器人手执杆铰接在机器人手上，法兰连接盘固定在机器人手执杆的端部。本实用新型体积小、重量轻、切割精度高、动态性能稳定、切割缝隙小、变形小、切割时无噪声、断面质量好，效率高。可实现大尺寸和复杂零件的切割。使用灵活、应用范围广。

Description

一种机器人光纤激光三维切割器

技术领域

本实用新型涉及激光三维切割领域，尤其涉及一种机器人光纤激光三维切割器。

背景技术

激光切割是激光加工行业中最重要的一项应用技术，它占整个激光加工业的70％以上。激光切割与其他切割方法相比，激光切割以其切割精度高、稳定性好、动态性能稳定、可持续长时间工作、切割断面质量好，迅速地抢占了切割激光行业的市场。尤其是大功率光纤激光器的应用，为用于金属切割带来了新途径。在同类加工设备中，它体积小、重量轻、功耗低、使用灵活。

光纤激光器的应用，部分场合可以取代传统的等离子加工技术。

近期，激光切割绝大多数都是以机床形式加工平板材料，有些激光三维切割也采用机床形式加工。对于立体薄板激光切割，机床形式加工有些场合不方便实现。

与传统机床加工相比，机器人激光切割不但具有成本优势，还具有运动范围大，加工效率高等优点。机器人激光切割整套系统价格大概只有机床的三分之一，根据当前汽车行业的发展，机器人激光加工系统，特别是机器人光纤激光三维切割器，具有很大的市场需求，但是目前机器人光纤激光三维切割器使用很少，亟待开发这类系统。

如专利授权的CN 203664930U和CN 203124971及CN 203751534U中，尽管使用了机器人，但它仍旧将机器人倒装在桥式或龙方式机床上，其运动空间受机床限制，且结构庞大笨重。

实用新型内容

为克服现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种机器人光纤激光三维切割器，采用多自由度机器人对工件进行三维激光切割。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：

一种机器人光纤激光三维切割器，包括机器人、光纤激光头单元，光纤激光头单元通过法兰连接盘与机器人手连接；机器人包括法兰连接盘、机器人手执杆、机器人手、小臂、大臂、拉杆、支杆、转盘、主轴；主轴通过支架安装在转盘上，大臂的一端通过轴承与主轴连接，另一端与小臂铰接；拉杆的一端与小臂铰接，另一端与支杆铰接；支杆的一端铰接拉杆，另一端与主轴固定连接；机器人手设置在小臂的端部，机器人手执杆铰接在机器人手上，法兰连接盘固定在机器人手执杆的端部。

所述光纤激光头单元包括激光切割头、输气腔，输气腔中的两个气路分别与激光切割头的保护气路和助切气路连通。

所述激光切割头包括助切气路、保护气路、激光整理腔、聚光镜、扩束系统、动态聚焦系统，扩束系统、动态聚焦系统、聚光镜由上至下依次设置在激光整理腔内，助切气路和保护气路分别设置在激光整理腔的两侧并通向激光切割喷嘴。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型采用光纤激光器相对于现有传统切割加工制造技术，光纤激光切割具有体积小、重量轻、切割过程容易实现自动化控制、高适应性、切割精度高、稳定性好、动态性能稳定、可持续长时间工作、切割缝隙小、变形小、切割时无噪声、断面质量好，效率高等特点。

2、本实用新型采用多自由度机器人三维光纤激光切割系统，可实现大尺寸和复杂零件的切割。激光切割平板材或三维工件时，不需要三维导轨传动装置和模具，可以替代一些需要采用复杂大型模具的冲切加工方法，能大大缩短生产周期和降低成本。

3、本实用新型采用多自由度机器人三维光纤激光切割系统，可适应多种结构的加工对象，使用灵活、应用范围广，是一种柔性很强的加工系统。

附图说明

图1是本实用新型一种机器人光纤激光三维切割器结构组成图；

图2是图1的A向视图；

图3是本实用新型中激光切割头单元结构组成图；

图4是本实用新型中控制单元的控制原理图；

图中：1-保护气输气管、2-助割气输气管、3-法兰连接盘、4-激光头连杆、5-机器人手执杆、6-机器人手、7-光纤激光器传输光纤及电缆、8-机器人手腕、9-小臂、10-电缆固定环、11-大臂-小臂铰接轴、12-执杆轴、13-小臂架、14-拉杆-小臂铰接轴、15-拉杆、16-支杆、17-大臂、18-电机、19-支架、20-转盘、21-拉杆-支杆铰接轴、22-主轴、23-底座、24-光纤电缆拖链、100-激光切割头单元、102-激光切割头、102-2助切气路、102-3外罩、102-4保护气路、102-5光纤激光束、104激光整理腔、104-1聚光镜、104-2扩束系统、104-3动态聚焦系统、108-输气腔。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型进行详细地描述，但是应该指出本实用新型的实施不限于以下的实施方式。

如图1-图3所示，一种机器人光纤激光三维切割器，包括机器人、光纤激光头单元100，光纤激光头单元100通过法兰连接盘3与机器人手6连接；机器人包括法兰连接盘3、机器人手执杆5、机器人手6、小臂9、大臂17、拉杆15、支杆16、转盘20、主轴22；主轴22通过支架19安装在转盘20上，大臂17的一端通过轴承与主轴22连接，另一端与小臂9铰接；拉杆15的一端与小臂9铰接，另一端与支杆16铰接；支杆16的一端铰接拉杆15，另一端与主轴22固定连接；机器人手6设置在小臂9的端部，机器人手执杆5铰接在机器人手6上，法兰连接盘3固定在机器人手执杆5的端部。

转盘20安装在底座23上，转盘20内设置有转动驱动装置，可以带动固定于上端的支架19旋转。主轴22的两端架设在支架19上，主轴22与支架19之间安装有轴承。电机18固定在支架19上，电机18的输出轴连接主轴22。

在小臂9的底部固定有小臂架13，小臂架13上设置有大臂-小臂铰接轴11、拉杆-小臂铰接轴14，分别与大臂17和拉杆15铰接。

小臂架13、拉杆15、支杆16与大臂17形成一个平行四边形的结构，四个角由铰接轴连接，其中支杆16与主轴22固定连接，当主轴22转动时，带动支杆16摆动，随着平行四边形4个角的角度变化，小臂架13、拉杆15与大臂17会随着支杆16的摆动产生连锁运动，从而带动小臂9做抬起、下降或伸缩的动作。

在小臂9内设置有电机，电机的输出轴与机器人手6连接，机器人手6在机器人手腕8处进行旋转。机器人手6上设置有执杆轴12，机器人手执杆5与执杆轴12固定连接。执杆轴12通过电机带动旋转。

所述光纤激光头单元100包括激光切割头102、输气腔108，输气腔108中的两个气路分别与激光切割头的保护气路102-4和助切气路102-2连通。

输气腔108与激光切割头的外罩102-3固定连接，激光头连杆4与输气腔108固定连接，在激光头连杆4的另一端也固定有法兰连接盘3，与机器人手执杆5上的法兰连接盘3通过螺栓连接。

在输气腔108的上端设置有气嘴，分别连接保护气输气管1和助割气输气管2。

所述激光切割头102包括助切气路102-2、保护气路102-4、激光整理腔104、聚光镜104-1、扩束系统104-2、动态聚焦系统104-3，扩束系统104-2、动态聚焦系统104-3、聚光镜104-1由上至下依次设置在激光整理腔104内，助切气路102-2和保护气路102-4分别设置在激光整理腔104的两侧并通向激光切割喷嘴。

在激光切割头204的上端设置有光纤电缆拖链24，光纤激光器传输光纤及电缆7由上端进入激光切割头204，光纤激光束从上端进入，经激光整理腔104扩束、聚焦后从喷嘴射出，助切气与保护气从光纤激光束102-5的两侧同时喷出。

在控制单元的统一协调和控制下，机器人手臂操控光纤激光头单元100实现对工件的三维切割。见图4，控制单元包括光纤激光器智能控制系统、视觉检测定位单元、GPRS/LTE移动物联网单元、激光测距单元、助切气与保护气供给控制单元、图像采集系统、Robot机械臂控制系统，光纤激光器智能控制系统分别与视觉检测定位单元、GPRS/LTE移动物联网单元、激光测距单元、助切气与保护气供给控制单元、图像采集系统、Robot机械臂控制系统连接通讯。图像采集系统将来自摄像头的图像采集信号发送给光纤激光器智能控制系统、视觉检测定位单元、激光测距单元。激光测距单元跟踪激光焦距，光纤激光器智能控制系统接收激光测距单元的焦距跟踪信号以及视觉检测定位单元的平面位置信号，经计算后将信号偏移给Robot机器臂控制系统，Robot机器臂控制系统控制机器人手移至切割位置，视觉检测定位单元校验切割位置是否准确，确定位置准确后，光纤激光器智能控制系统同时控制助切气与保护气供给控制单元以及激光头开始激光切割。切割结束，视觉检测定位单元检测切割效果，图像正确，机器人返回等待点。

Claims (3)

1.一种机器人光纤激光三维切割器，其特征在于，包括机器人、光纤激光头单元；光纤激光头单元通过法兰连接盘与机器人手连接，机器人包括法兰连接盘、机器人手执杆、机器人手、小臂、大臂、拉杆、支杆、转盘、主轴；主轴通过支架安装在转盘上，大臂的一端通过轴承与主轴连接，另一端与小臂铰接；拉杆的一端与小臂铰接，另一端与支杆铰接；支杆的一端铰接拉杆，另一端与主轴固定连接；机器人手设置在小臂的端部，机器人手执杆铰接在机器人手上，法兰连接盘固定在机器人手执杆的端部。

2.根据权利要求1所述的一种机器人光纤激光三维切割器，其特征在于，所述光纤激光头单元包括激光切割头、输气腔，输气腔中的两个气路分别与激光切割头的保护气路和助切气路连通。

3.根据权利要求2所述的一种机器人光纤激光三维切割器，其特征在于，所述激光切割头包括助切气路、保护气路、激光整理腔、聚光镜、扩束系统、动态聚焦系统，扩束系统、动态聚焦系统、聚光镜由上至下依次设置在激光整理腔内，助切气路和保护气路分别设置在激光整理腔的两侧并通向激光切割喷嘴。