CN206588492U - 二氧化碳激光光纤切割机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种二氧化碳激光光纤切割机器人，包括六轴机器人和二氧化碳激光光纤切割机构，二氧化碳激光光纤切割机构具有机箱、二氧化碳激光玻璃管、激光能量传输装置、关节臂和激光刀头，本实用新型将二氧化碳激光光纤切割机构与六轴机器人相结合，使得二氧化碳激光光纤切割机构能够与六轴机器人成为一个整体，完成六轴机器人所能完成的所有动作，其可使用二氧化碳激光对非金属3D工件进行切割，避免了直接和材料进行接触而造成的污染，切割质量好，切缝窄，速度快，切割面光滑，不受工件外形影响，不需要二次加工，不存在设备磨损的问题，使用寿命较长，在切割塑料、陶瓷和玻璃等非金属材料时，激光的吸收率远远优于YAG激光。

Description

二氧化碳激光光纤切割机器人

技术领域

本实用新型涉及工业机器人技术领域，更具体地说，是涉及一种二氧化碳激光光纤切割机器人。

背景技术

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器，常用于焊接、刷漆、组装、切割等工作，具有高效性、持久性、速度和准确性。

目前，市场上的工业机器人普遍是使用刀片或激光来进行切割，其中刀片易磨损，而且刀片和材料是直接接触，容易造成材料的污染，刀片切割的过程中，切割面产生了大量的披锋，需要人工进行二次处理。激光一般采用光纤激光器，其中用得较多的是YAG激光器，但YAG激光器转换效率较低，仅为1-3％，比二氧化碳激光器的效率约低一个数量级，因此YAG激光器每瓦输出功率的成本比二氧化碳激光贵不少，YAG激光棒在工作过程中存在内部温度梯度，因而会引起热应力和热透镜效应，限制了YAG激光器平均功率和光束质量的进一步提高。在切割塑料、陶瓷和玻璃等非金属材料时，这些材料对二氧化碳激光的吸收率要远远优于YAG激光。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提供一种无污染、无磨损、切缝窄、速度快、切割面光滑、切割质量好、不需要二次加工、不受工件外形影响、可用于塑料等非金属3D工件的切割的二氧化碳激光光纤切割机器人。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种二氧化碳激光光纤切割机器人，包括六轴机器人和二氧化碳激光光纤切割机构，所述二氧化碳激光光纤切割机构包括机箱、二氧化碳激光玻璃管、激光能量传输装置、关节臂和激光刀头，所述机箱装设在六轴机器人的第四轴上，所述二氧化碳激光玻璃管装设在机箱的内部，所述激光能量传输装置的一端连接在机箱的激光出射口处，所述激光能量传输装置的另一端与关节臂的入口端相连接，所述关节臂的入口端端部装设在六轴机器人的第五轴上，所述关节臂的出口端与激光刀头相连接，所述关节臂的出口端端部装设在六轴机器人的第六轴上，所述二氧化碳激光玻璃管输出的激光依次经过激光能量传输装置、关节臂和激光刀头后从激光刀头的激光口射出，所述关节臂能够跟随六轴机器人的第五轴、第六轴完成摆动和转动两个自由度的动作。

作为优选的实施方式，所述机箱通过机箱固定板装设在六轴机器人的第四轴上，所述关节臂的入口端端部通过关节臂过渡板装设在六轴机器人的第五轴上，所述关节臂的出口端端部通过关节臂过渡板装设在六轴机器人的第六轴上。

作为优选的实施方式，所述激光能量传输装置包括耦合装置、传输二氧化碳激光能量光纤和准直刀头，所述耦合装置装设在机箱的激光出射口处，所述传输二氧化碳激光能量光纤的一端与耦合装置相连接，所述传输二氧化碳激光能量光纤的另一端与准直刀头的一端相连接，所述准直刀头的另一端与关节臂的入口端相连接。

作为优选的实施方式，所述耦合装置包括固定镜架、耦合器、反射镜架、第一反射镜、第一压镜垫、透镜架、第二平凸ZnSe透镜和压镜圈，所述固定镜架装设在机箱的激光出射口处，所述耦合器的一端与固定镜架相连接，所述耦合器的另一端与传输二氧化碳激光能量光纤相连接，所述第一反射镜通过反射镜架安装在固定镜架的斜面上，所述第一反射镜能够将进入固定镜架的光路内的激光反射进入耦合器，所述第一压镜垫将第一反射镜固定在固定镜架的内部，所述透镜架装设在固定镜架与耦合器之间并位于耦合器的入口处，所述压镜圈将第二平凸ZnSe透镜固定在透镜架的内部。

作为优选的实施方式，所述准直刀头包括调焦镜架、第二聚焦筒、第一平凹ZnSe透镜、第三平凸ZnSe透镜和锁紧螺母，所述调焦镜架的一端连接在关节臂的入口端，所述第二聚焦筒的一端与传输二氧化碳激光能量光纤相连接，所述第二聚焦筒的另一端从调焦镜架的另一端插入到调焦镜架的内部，所述第一平凹ZnSe透镜装设在调焦镜架的内部，所述第三平凸ZnSe透镜装设在第二聚焦筒插入到调焦镜架内部的一端，所述锁紧螺母装设在调焦镜架与第二聚焦筒之间，以调节第一平凹ZnSe透镜与第三平凸ZnSe透镜之间的距离，使得传输二氧化碳激光能量光纤出射的二氧化碳激光被准直为平行激光。

作为另一优选的实施方式，所述激光能量传输装置包括导光管，所述导光管的一端连接在机箱的激光出射口处，所述导光管的另一端与关节臂的入口端相连接。

作为优选的实施方式，所述关节臂包括依次连接的第一关节体、第一连接臂、第二关节体、第二连接臂、第三关节体、第三连接臂、第四关节体、第四连接臂、第五关节体，所述激光能量传输装置的一端与第一关节体相连接，所述激光刀头与第五关节体相连接，每个关节体与各自对应连接的连接臂之间均设有轴承，以实现三百六十度旋转，每个关节体上分别装设有第二反射镜和第二压镜垫，每个第二压镜垫分别将相应的第二反射镜固定在每个关节体上。

作为优选的实施方式，所述激光刀头包括第一聚焦筒、镜头和第一平凸ZnSe透镜，所述第一聚焦筒的一端装设在关节臂的出口端，所述镜头装设在第一聚焦筒的另一端，所述第一平凸ZnSe透镜装设在第一聚焦筒与镜头之间。

作为优选的实施方式，所述激光刀头上装设有用于保护第一ZnSe透镜不受污染和排走激光烟雾的微型气嘴及烟罩，所述激光刀头的内部装设有用于使激光刀头出射的激光光斑直径更小从而改善激光的切割质量的准直装置。

作为优选的实施方式，所述烟罩可使用工作房代替，所述工作房内设有用于及时抽走烟尘的净化设备和用于控制二氧化碳激光玻璃管的电源开关按钮、能量调节按钮和急停按钮。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型将二氧化碳激光光纤切割机构与六轴机器人相结合，使得二氧化碳激光光纤切割机构能够与六轴机器人成为一个整体，完成六轴机器人所能完成的所有动作，其可使用二氧化碳激光对非金属3D工件进行切割，避免了直接和材料进行接触而造成的污染，切割质量好，切缝窄，速度快，切割面光滑，不受工件外形影响，不需要二次加工，不存在设备磨损的问题，使用寿命较长，在切割塑料、陶瓷和玻璃等非金属材料时，激光的吸收率远远优于YAG激光。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的二氧化碳激光光纤切割机器人的结构示意图；

图2是本实用新型提供的六轴机器人的结构示意图；

图3是本实用新型提供的二氧化碳激光光纤切割机构的结构示意图；

图4是本实用新型提供的机箱与二氧化碳激光玻璃管的装配图；

图5是本实用新型提供的耦合装置的剖面图；

图6是本实用新型提供的准直刀头的剖面图；

图7是本实用新型提供的关节臂的透视图；

图8是本实用新型提供的关节体的剖面图；

图9是本实用新型提供的激光刀头的剖面图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1，本实用新型的实施例提供了一种二氧化碳激光光纤切割机器人，该二氧化碳激光光纤切割机器人包括六轴机器人10和二氧化碳激光光纤切割机构20，下面结合附图对本实施例的各个组成部分进行详细说明。

如图2所示，六轴机器人10包括依次连接的第一轴11、第二轴12、第三轴13、第四轴14、第五轴15和第六轴16，其中，第四轴14能够完成旋转运动，第五轴15和第六轴16能够对应完成旋转和摆动两个自由度的运动。

如图3和图4所示，二氧化碳激光光纤切割机构20包括机箱21、二氧化碳激光玻璃管22、激光能量传输装置、关节臂26和激光刀头27，机箱21可以通过机箱固定板28装设在六轴机器人10的第四轴14上，这样二氧化碳激光光纤切割机构20可跟随六轴机器人10的第四轴14做旋转运动，二氧化碳激光玻璃管22装设在机箱21的内部，激光能量传输装置的一端连接在机箱21的激光出射口处，激光能量传输装置的另一端与关节臂26的入口端相连接，关节臂26的入口端端部通过关节臂过渡板29装设在六轴机器人10的第五轴15上，关节臂26的出口端与激光刀头27相连接，关节臂26的出口端端部通过关节臂过渡板29装设在六轴机器人10的第六轴16上，二氧化碳激光玻璃管22输出的激光依次经过激光能量传输装置、关节臂26和激光刀头27后从激光刀头27的激光口射出，关节臂26能够跟随六轴机器人10的第五轴15、第六轴16完成摆动和转动两个自由度的动作。二氧化碳激光光纤切割机构20能够与六轴机器人10成为一个整体，完成六轴机器人10所能完成的所有动作，二氧化碳激光光纤切割机构20不需要提供额外的动力。

在本实施例中，较佳的，该激光能量传输装置可以由耦合装置23、传输二氧化碳激光能量光纤24和准直刀头25组成，耦合装置23装设在机箱21的激光出射口处，传输二氧化碳激光能量光纤24的一端与耦合装置23相连接，传输二氧化碳激光能量光纤24的另一端与准直刀头25的一端相连接，准直刀头25的另一端与关节臂26的入口端相连接。下面将对耦合装置23、传输二氧化碳激光能量光纤24和准直刀头25进行详细的说明。

如图5所示，耦合装置23包括固定镜架231、耦合器232、反射镜架233、第一反射镜234、第一压镜垫235、透镜架236、第二平凸ZnSe(硒化锌)透镜237和压镜圈238，固定镜架231装设在机箱21的激光出射口处，耦合器232的一端与固定镜架231相连接，耦合器232的另一端与传输二氧化碳激光能量光纤24相连接，第一反射镜234通过反射镜架233安装在固定镜架231的45度斜面上，第一反射镜234能够将进入固定镜架231的光路内的激光反射90度后进入耦合器232，第一压镜垫235将第一反射镜234固定在固定镜架231的内部，透镜架236装设在固定镜架231与耦合器232之间并位于耦合器232的入口处，压镜圈238将第二平凸ZnSe透镜237固定在透镜架236的内部。

传输二氧化碳激光能量光纤24的两端可以分别与耦合装置23、准直刀头25通过螺纹连接，其结构简单、新颖，传输二氧化碳激光能量光纤24可柔性传输激光能量，长度可选。

如图6所示，准直刀头25包括调焦镜架251、第二聚焦筒252、第一平凹ZnSe透镜253、第三平凸ZnSe透镜254和锁紧螺母255，调焦镜架251的一端连接在关节臂26的入口端，第二聚焦筒252的一端与传输二氧化碳激光能量光纤24相连接，第二聚焦筒252的另一端从调焦镜架251的另一端插入到调焦镜架251的内部，第一平凹ZnSe透镜253装设在调焦镜架251的内部，第三平凸ZnSe透镜254装设在第二聚焦筒252插入到调焦镜架251内部的一端，锁紧螺母255装设在调焦镜架251与第二聚焦筒252之间，以调节第一平凹ZnSe透镜253与第三平凸ZnSe透镜254之间的距离，使得传输二氧化碳激光能量光纤24出射的二氧化碳激光被准直为平行激光。

在此需要说明的是，在另一实施例中，该激光能量传输装置也可以由导光管组成，即可用一根导光管进行替代耦合装置23、传输二氧化碳激光能量光纤24和准直刀头25。其中，导光管的一端可以连接在机箱21的激光出射口处，导光管的另一端与关节臂26的入口端相连接。相对而言，使用导光管对机箱21的安装位置要求更加精确。

如图7和图8所示，关节臂26包括依次连接的第一关节体261、第一连接臂262、第二关节体263、第二连接臂264、第三关节体265、第三连接臂266、第四关节体267、第四连接臂268、第五关节体269，激光能量传输装置的一端与第一关节体261相连接，激光刀头27与第五关节体269相连接，每个关节体与各自对应连接的连接臂之间均设有轴承2610，以实现三百六十度旋转，每个关节体上分别装设有第二反射镜2611和第二压镜垫2612，每个第二压镜垫2612分别将相应的第二反射镜2611固定在每个关节体上，第二反射镜2611能够将进入关节体的光路内的激光反射90度。在此需要说明的是，关节臂26的节数可根据实际需要进行增减，非本实施例为限。

如图9所示，激光刀头27包括第一聚焦筒271、镜头272和第一平凸ZnSe透镜273，第一聚焦筒271的一端装设在关节臂26的出口端，镜头272装设在第一聚焦筒271的另一端，第一平凸ZnSe透镜273装设在第一聚焦筒271与镜头272之间。

较佳的，激光刀头27上可以装设有用于保护第一ZnSe透镜273不受污染和排走激光烟雾的微型气嘴274及烟罩275。当然，该烟罩275也可以使用工作房代替，工作房内设有用于及时抽走烟尘的净化设备和用于控制二氧化碳激光玻璃管22的电源开关按钮、能量调节按钮和急停按钮。工作房用于观察切割过程和上下料的窗口均采用特制的激光防护玻璃，产生的烟尘在加工过程中利用净化设备及时抽走，从而保证了整个激光切割系统的安全性。

此外，激光刀头27的内部也可以增设一个准直装置，激光在聚焦前先进行一次准直，使激光刀头27出射的激光光斑直径更小，从而改善激光的切割质量。

综上所述，本实用新型能够使用二氧化碳激光对非金属3D工件进行切割，避免了直接和材料进行接触而造成的污染，切割质量好，切缝窄，速度快，切割面光滑，不受工件外形影响，不需要二次加工，不存在设备磨损的问题，使用寿命较长，在切割塑料、陶瓷和玻璃等非金属材料时，激光的吸吸率远远优于YAG激光。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种二氧化碳激光光纤切割机器人，包括六轴机器人(10)和二氧化碳激光光纤切割机构(20)，其特征在于：所述二氧化碳激光光纤切割机构(20)包括机箱(21)、二氧化碳激光玻璃管(22)、激光能量传输装置、关节臂(26)和激光刀头(27)，所述机箱(21)装设在六轴机器人(10)的第四轴(14)上，所述二氧化碳激光玻璃管(22)装设在机箱(21)的内部，所述激光能量传输装置的一端连接在机箱(21)的激光出射口处，所述激光能量传输装置的另一端与关节臂(26)的入口端相连接，所述关节臂(26)的入口端端部装设在六轴机器人(10)的第五轴(15)上，所述关节臂(26)的出口端与激光刀头(27)相连接，所述关节臂(26)的出口端端部装设在六轴机器人(10)的第六轴(16)上，所述二氧化碳激光玻璃管(22)输出的激光依次经过激光能量传输装置、关节臂(26)和激光刀头(27)后从激光刀头(27)的激光口射出，所述关节臂(26)能够跟随六轴机器人(10)的第五轴(15)、第六轴(16)完成摆动和转动两个自由度的动作。

2.根据权利要求1所述的二氧化碳激光光纤切割机器人，其特征在于：所述机箱(21)通过机箱固定板(28)装设在六轴机器人(10)的第四轴(14)上，所述关节臂(26)的入口端端部通过关节臂过渡板(29)装设在六轴机器人(10)的第五轴(15)上，所述关节臂(26)的出口端端部通过关节臂过渡板(29)装设在六轴机器人(10)的第六轴(16)上。

3.根据权利要求1所述的二氧化碳激光光纤切割机器人，其特征在于：所述激光能量传输装置包括耦合装置(23)、传输二氧化碳激光能量光纤(24)和准直刀头(25)，所述耦合装置(23)装设在机箱(21)的激光出射口处，所述传输二氧化碳激光能量光纤(24)的一端与耦合装置(23)相连接，所述传输二氧化碳激光能量光纤(24)的另一端与准直刀头(25)的一端相连接，所述准直刀头(25)的另一端与关节臂(26)的入口端相连接。

4.根据权利要求3所述的二氧化碳激光光纤切割机器人，其特征在于：所述耦合装置(23)包括固定镜架(231)、耦合器(232)、反射镜架(233)、第一反射镜(234)、第一压镜垫(235)、透镜架(236)、第二平凸ZnSe透镜(237)和压镜圈(238)，所述固定镜架(231)装设在机箱(21)的激光出射口处，所述耦合器(232)的一端与固定镜架(231)相连接，所述耦合器(232)的另一端与传输二氧化碳激光能量光纤(24)相连接，所述第一反射镜(234)通过反射镜架(233)安装在固定镜架(231)的斜面上，所述第一反射镜(234)能够将进入固定镜架(231)的光路内的激光反射进入耦合器(232)，所述第一压镜垫(235)将第一反射镜(234)固定在反射镜架(233)的内部，所述透镜架(236)装设在固定镜架(231)与耦合器(232)之间并位于耦合器(232)的入口处，所述压镜圈(238)将第二平凸ZnSe透镜(237)固定在透镜架(236)的内部。

5.根据权利要求3所述的二氧化碳激光光纤切割机器人，其特征在于：所述准直刀头(25)包括调焦镜架(251)、第二聚焦筒(252)、第一平凹ZnSe透镜(253)、第三平凸ZnSe透镜(254)和锁紧螺母(255)，所述调焦镜架(251)的一端连接在关节臂(26)的入口端，所述第二聚焦筒(252)的一端与传输二氧化碳激光能量光纤(24)相连接，所述第二聚焦筒(252)的另一端从调焦镜架(251)的另一端插入到调焦镜架(251) 的内部，所述第一平凹ZnSe透镜(253)装设在调焦镜架(251)的内部，所述第三平凸ZnSe透镜(254)装设在第二聚焦筒(252)插入到调焦镜架(251)内部的一端，所述锁紧螺母(255)装设在调焦镜架(251)与第二聚焦筒(252)之间，以调节第一平凹ZnSe透镜(253)与第三平凸ZnSe透镜(254)之间的距离，使得传输二氧化碳激光能量光纤(24)出射的二氧化碳激光被准直为平行激光。

6.根据权利要求1所述的二氧化碳激光光纤切割机器人，其特征在于：所述激光能量传输装置包括导光管，所述导光管的一端连接在机箱(21)的激光出射口处，所述导光管的另一端与关节臂(26)的入口端相连接。

7.根据权利要求1～6中任意一项所述的二氧化碳激光光纤切割机器人，其特征在于：所述关节臂(26)包括依次连接的第一关节体(261)、第一连接臂(262)、第二关节体(263)、第二连接臂(264)、第三关节体(265)、第三连接臂(266)、第四关节体(267)、第四连接臂(268)、第五关节体(269)，所述激光能量传输装置的一端与第一关节体(261)相连接，所述激光刀头(27)与第五关节体(269)相连接，每个关节体与各自对应连接的连接臂之间均设有轴承(2610)，以实现三百六十度旋转，每个关节体上分别装设有第二反射镜(2611)和第二压镜垫(2612)，每个第二压镜垫(2612)分别将相应的第二反射镜(2611)固定在每个关节体上。

8.根据权利要求1～6中任意一项所述的二氧化碳激光光纤切割机器人，其特征在于：所述激光刀头(27)包括第一聚焦筒(271)、镜头(272)和第一平凸ZnSe透镜(273)，所述第一聚焦筒(271)的一端装设在关节臂(26)的出口端，所述镜头(272)装设在第一聚焦筒(271)的另一端，所述第一平凸ZnSe透镜(273)装设在第一聚焦筒(271)与镜头(272)之间。

9.根据权利要求8所述的二氧化碳激光光纤切割机器人，其特征在于：所述激光刀头(27)上装设有用于保护第一平凸ZnSe透镜(273)不受污染和排走激光烟雾的微型气嘴(274)及烟罩(275)，所述激光刀头(27)的内部装设有用于使激光刀头(27)出射的激光光斑直径更小从而改善激光的切割质量的准直装置。

10.根据权利要求9所述的二氧化碳激光光纤切割机器人，其特征在于：所述烟罩(275)可使用工作房代替，所述工作房内设有用于及时抽走烟尘的净化设备和用于控制二氧化碳激光玻璃管(22)的电源开关按钮、能量调节按钮和急停按钮。