CN211331826U - 金属空心体的非接触式新型激光修边装置 - Google Patents

Abstract

一种金属空心体的非接触式新型激光修边装置，包括固定架和转盘架。固定架上设有激光入射单元和激光反射单元，前者包括准直镜，激光束穿透准直镜射出至激光反射单元；激光反射单元包括第一及第二反射镜，激光束依次经第一和第二反射镜反射后射入激光出射单元；转盘架上设有至少一激光出射单元，其包括聚焦镜，激光束经聚焦镜聚焦后射出，对定位于旋转定位结构中的金属空心体进行切割修边。本实用新型更能满足高速切割金属空心体的技术要求，可长时间、不间断地使用高能量切割，切割一个产品为毫秒级别，且切割质量好、精度高；同时本实用新型能够适应多工位、高能量地切割，能够很好地匹配金属空心体的公转及自转速度。

Description

金属空心体的非接触式新型激光修边装置

技术领域

本实用新型涉及金属空心体的加工设备领域，具体涉及一种金属空心体的非接触式新型激光修边装置。

背景技术

金属空心体是一种一端开口的金属筒状体，常见的如金属罐和动力电池壳等。以金属罐（铁、铝等材质的两片罐）为例，通常金属罐由罐盖和罐身构成，在罐身拉伸成型后其高度方向上要进行裁切，以使罐身高度一致和去除罐口处的毛刺，故要使用到罐口修边装置。

目前金属罐的修边装置大多为机械修边装置，该机械装置存在的不足包括：结构复杂、精度要求高、刀具需要频繁更换、维护成本高、对维护人员要求高（尤其是刀头的调整）。

具体地，现有修边机由于采用机械切割装置因此存在以下问题：

一、为了连续、可靠地进行生产，制罐厂需要对一些易损件（如刀具）进行定期更换，并且根据易损件交期的长短和更换周期，需要库存一定的数量，从而导致维护成本高；

二、由于机械装置的结构限制，修边后产生的废料环宽度通常不低于3mm，一定程度上造成了原材料的浪费，并且修边后罐口存在一定程度的外翻或内翻；另外还存在瘪罐、卡罐等典型问题；

三、为了保证机械修边机能够稳定进罐，需要在拉伸机与修边机之间累积一定数量的罐子，因此徒增了拉伸机与机械修边机的距离；另外还需要对机械修边机的速度进行调控，以保证罐子累积的数量相对固定，这就需要机械修边机频繁地在高速与低速之间切换；

四、多罐型共线生产是现在一种发展趋势，现有修边机换型过程复杂，工时长，换型完成后还要根据实际情况进行不同程度的调试才能达到顺畅生产，因此不符合快速换型的要求，影响工厂的生产效率。

为了解决上述问题，申请人在先申请了实用新型专利《金属空心体的非接触式激光振镜修边装置》（申请号201920405876.2），该修边装置很好地解决了上述问题，然而该修边装置由振镜、场镜等组成的切割系统，依然存在其它待改进之处，例如：其保护镜设于场镜之后且距离场镜较远，因此可能导致在保护镜的位置激光的能量密度过大，一旦超过保护镜的承受能力可能导致保护镜被烧毁。

因此，如何解决上述现有技术存在的不足，便成为本实用新型所要研究解决的课题。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种金属空心体的非接触式新型激光修边装置。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种金属空心体的非接触式新型激光修边装置；包括固定架和转盘架，所述转盘架相对所述固定架转动；

所述固定架上设有激光入射单元和激光反射单元；所述激光入射单元包括一准直镜，该准直镜的入射面接收一发射源的激光束，该激光束穿透所述准直镜后，从准直镜的出射面射出至所述激光反射单元；

所述激光反射单元包括第一反射镜以及第二反射镜，所述第一反射镜相对所述固定架沿一第一转轴旋转，所述第二反射镜相对所述固定架沿一第二转轴旋转；所述激光束经所述准直镜射出后，依次经第一反射镜和第二反射镜反射，然后射入一激光出射单元中；

所述转盘架上设有至少一个所述激光出射单元，所述激光出射单元随转盘架一同旋转；

所述激光出射单元包括一聚焦镜，该聚焦镜的入射面对应所述第二反射镜设置，用于接收经第二反射镜反射的所述激光束，该激光束经所述聚焦镜聚焦后从聚焦镜的出射面射出。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1．上述方案中，所述转盘架的周部还设有至少一个旋转定位结构，该旋转定位结构对位所述激光出射单元的激光束射出端，用于对定位在该旋转定位结构中的待修边的金属空心体进行切割修边；当转盘架旋转时，所述旋转定位结构依次对位修边装置的上料工位、切割工位及下料工位。

2．上述方案中，所述第一反射镜的第一转轴平行于所述转盘架的转动平面，并与所述聚焦镜的中心线相交；

所述第二反射镜的第二转轴平行于所述转盘架的转动轴。

3．上述方案中，所述激光出射单元还包括气嘴结构，该气嘴结构具有一壳体，壳体的前端为喷气嘴；所述喷气嘴位于所述聚焦镜的前方，所述聚焦镜的中心与所述喷气嘴的中心连线为气嘴结构的长度方向中心线，该中心线的延长线相交于所述转盘架的转轴和金属空心体的自转转轴；

所述壳体上开设有进气口，该进气口与所述喷气嘴气路连通，使喷气嘴和聚焦镜之间形成一高压气室。

4．上述方案中，所述旋转定位结构包括定位芯棒以及定位座，两者同轴设置且同步绕轴旋转；切割时，所述定位芯棒伸入所述金属空心体中，从内部对金属空心体进行支撑，所述定位座对金属空心体的底部进行定位。

5．上述方案中，所述激光入射单元还包括一保护镜，该保护镜对应所述准直镜的出射面设置。

6．上述方案中，所述激光出射单元还包括两保护镜，两所述保护镜分别对应所述聚焦镜的入射面和出射面设置。

本实用新型的工作原理及优点如下：

本实用新型通过激光入射单元的准直径修正激光束，并将激光束射至激光反射单元中，激光束依次经过第一反射镜和第二反射镜的反射后穿透激光出射单元的聚焦镜，并经由喷气嘴射出；第一反射镜和第二反射镜相对转盘架转动装配，构成激光束的出射角度动态可调；反射镜的偏转与转盘架旋转同步，进而保持对旋转定位结构中金属罐的切割，且当所述金属空心体至少自转一圈后，激光束完成对金属空心体的修边，同时反射镜复位，等待下一个切割周期。本实用新型采用非接触式修边，可节省原材料、快速换型、提高切割质量、降低维护成本。

更为重要的是，相比于先前设计而言，本实用新型更能满足高速切割金属空心体的技术要求，可长时间、不间断地使用高能量切割，切割一个产品为毫秒级别，且切割质量好、精度高；能够适应多工位、高能量地切割，能够很好地匹配金属空心体的公转及自传速度；光学元件都安装在密封空间内，避免光学元件被污染，提高了光学元件的使用寿命。

附图说明

附图1为本实用新型实施例结构示意图；

附图2为图1的A-A向剖视示意图；

附图3为图1的B-B向剖视示意图；

附图4为本实用新型实施例金属罐的结构示意图。

以上附图中：0．激光束；1．金属罐；1a．修边后的金属罐；1b．废料环；1c．切割位置；2．转盘架；3．固定架；4．激光器接头；5．准直镜；6．保护镜；7．第一反射镜；8．第二反射镜；9．第一转轴；10．第二转轴；11．聚焦镜；12．上料工位；13．切割工位；14．下料工位；15．气嘴结构；16．喷气嘴；17．进气口；18．定位芯棒；19．定位座；20．上料转盘；21．上料口；22．下料转盘；23．下料口；24．脱模组件；24a．脱模组件的端面；25．支架。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例：以下将以图式及详细叙述对本案进行清楚说明，任何本领域技术人员在了解本案的实施例后，当可由本案所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本案的精神与范围。

本文的用语只为描述特定实施例，而无意为本案的限制。单数形式如“一”、“这”、“此”、“本”以及“该”，如本文所用，同样也包含复数形式。

关于本文中所使用的“第一”、“第二”等，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本案，其仅为了区别以相同技术用语描述的组件或操作。

关于本文中所使用的“连接”或“定位”，均可指二或多个组件或装置相互直接作实体接触，或是相互间接作实体接触，亦可指二或多个组件或装置相互操作或动作。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

关于本文中所使用的用词（terms），除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在本案内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本案的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本案之描述上额外的引导。

关于本文中所使用的“前”、“后”、“上”、“下”等，均为方向性用词，在本案中仅为说明各结构之间位置关系，并非用以限定本案保护反应及实际实施时的具体方向。

参见附图1~4所示，一种金属空心体的非接触式新型激光修边装置，所述金属空心体以金属罐1为例。

所述激光修边装置包括转盘架2和固定架3，所述转盘架2呈圆盘状，其转动轴位于圆盘中心。所述固定架3位于所述转盘架2的中心位置，不随转盘架2旋转，所述转盘架2相对所述固定架3转动。

所述固定架3上设有激光入射单元和激光反射单元。

所述激光入射单元包括激光器接头4以及一准直镜5，该准直镜5的入射面对应所述激光器接头4的出射端，激光器接头4的入射端接收一发射源的激光束，该激光束通过一激光器接头4接入激光入射单元，并射至准直镜5。所述准直镜5用于将激光器接头4发出的不平行的光束修正为平行光束。所述激光束穿透所述准直镜5后，从准直镜5的出射面射出至所述激光反射单元；所述激光入射单元还包括一保护镜6，该保护镜6对应所述准直镜5的出射面设置，对准直镜5起到保护作用。

所述激光反射单元包括第一反射镜7以及第二反射镜8，所述第一反射镜7相对所述固定架3沿一第一转轴9旋转，所述第二反射镜8相对所述固定架3沿一第二转轴10旋转；所述第一反射镜7的第一转轴9平行于所述转盘架2的转动平面，并与聚焦镜11的中心线相交；所述第二反射镜8的第二转轴10平行于所述转盘架2的转动轴。所述激光束0经所述准直镜5射出后，依次经第一反射镜7和第二反射镜8反射，然后射入一激光出射单元中。

所述转盘架2上设有至少一个所述激光出射单元，所述激光出射单元随转盘架2一同旋转；所述转盘架2的周部还设有至少一个旋转定位结构，该旋转定位结构与所述激光出射单元一一对应，且旋转定位结构对位所述激光出射单元的激光束射出端，用于对定位在该旋转定位结构中的待修边的金属罐1进行切割修边。当转盘架2旋转时，所述旋转定位结构依次对位修边装置的上料工位12、切割工位13及下料工位14。

所述激光出射单元包括聚焦镜11，该聚焦镜11的入射面对应所述第二反射镜8设置，用于接收经第二反射镜8反射的所述激光束0，该激光束0经所述聚焦镜11聚焦后从聚焦镜11的出射面射出；所述激光出射单元还包括两保护镜6，两所述保护镜6分别对应所述聚焦镜11的入射面和出射面设置，对聚焦镜11起到保护作用。

其中，所述激光出射单元还包括气嘴结构15，该气嘴结构15具有一壳体，壳体的前端为喷气嘴16；所述聚焦镜11位于壳体中，且喷气嘴16位于所述聚焦镜11的前方。所述聚焦镜11的中心与所述喷气嘴16的中心连线为气嘴结构15的长度方向中心线，该中心线的延长线相交于所述转盘架2的转轴和金属罐1的自转转轴；所述喷气嘴16可呈锥形，便于集中气压和流速，以便及时将熔渣吹走。所述壳体上开设有进气口17，该进气口17与所述喷气嘴16气路连通，使喷气嘴16和聚焦镜11之间形成一高压气室，限制气体只能从喷气嘴16喷出。

所述旋转定位结构包括定位芯棒18以及定位座19，两者同轴设置且同步绕轴旋转；切割时，所述定位芯棒18伸入所述金属罐1中，从内部对金属罐1进行支撑，使金属罐1的圆度变好，同时定位座19对金属罐1的底部进行定位。

当所述旋转定位结构随转盘架2旋转至与所述上料工位12对位配合时，待修边的金属罐1经由该上料工位12进入所述旋转定位结构中，旋转定位结构对该金属罐1进行定位并驱动金属罐1以其纵向中心线为轴自转；

当所述旋转定位结构随转盘架2旋转至所述切割工位13前侧的一初始切割位时，所述激光反射单元的第一反射镜7及第二反射镜8发生偏转，使激光束0朝向激光出射单元的聚焦镜11发射，激光束0经聚焦镜11聚焦后发射至旋转定位结构中的金属罐1，对金属罐1进行切割修边；

第一反射镜7及第二反射镜8的偏转与所述转盘架2旋转同步，进而保持对所述旋转定位结构中金属罐1的切割，且当所述金属罐1至少自转一圈后，激光束0完成对金属罐1的修边；

经修边后的金属罐1a随所述转盘架2继续旋转至与所述下料工位14对位配合，并在该下料工位14完成下料。

其中，还包括上料转盘20，该上料转盘20对应所述上料工位12设置，其转动轴平行于所述转盘架2的转动轴；所述上料转盘20设有多个上料口21，各上料口21在上料转盘20转动中心的圆周方向均匀布置。

还包括下料转盘22，该下料转盘22对应所述下料工位14设置，其转动轴平行于所述转盘架2的转动轴；所述下料转盘22设有多个下料口23，各下料口23在下料转盘22转动中心的圆周方向均匀布置。

其中，所述定位芯棒18中还设有吹气口（图中未绘出），该吹气口用于向被定位支撑的所述金属罐1的内腔吹入气体。借此设计，有助于膨胀金属罐1的表面，使得金属罐1在进行激光切割时，罐体的表面不会因为凹陷等不平整导致切割效果不稳定甚至发生不完全切割的情况，吹气后的罐体横截面接近或达到标准的圆形；所述气体优先选择高压惰性气体。另外，吹气还可将切割时产生的熔渣吹出，防止熔渣附着在金属罐1的内壁，减少对内壁的污染。所述吹气口可与所述气嘴结构15的进气口共用同一气源。

其中，所述定位芯棒18还通过一驱动机构（图中未绘出）驱动沿轴向做直线位移；修边装置还包括一脱模组件24，当所述金属罐1完成修边后，所述定位芯棒18带着废料环1b轴向位移至所述脱模组件24处，通过脱模组件的端面24a对所述废料环1b进行阻挡并脱离所述定位芯棒18。所述定位芯棒18和所述脱模组件24可设于一支架25上，该支架25与所述转盘架2同轴设置且同步转动。

其中，还包括一位置传感器（图中未绘出），该位置传感器对应所述旋转定位结构设置；当位置传感器检测到旋转定位结构中没有金属罐1时，将发出检测信号至一控制电路，所述控制电路不启动激光束的发射源工作。通过所述位置传感器以及所述控制电路的设置，使得每一个金属罐1在修边前将先经过到位确认，只有确认金属罐1确实已经进入旋转定位结构时，才可以按照正常时序激活激光束0的发射源工作。

其中，当所述旋转定位结构中定位有金属罐1时，在该旋转定位结构绕所述转盘架2的中心带着该金属罐1公转的同时，该旋转定位结构还可驱动该金属罐1自转，因此时间利用率极高。

现就本实用新型的工作原理说明如下：

待修边的各金属罐1逐个在上料工位12处通过所述上料转盘20进入所述转盘架2的旋转定位结构中，金属罐1每次只有一件进入所述旋转定位结构；

当金属罐1落入旋转定位结构后，金属罐1的底部被真空吸附在所述旋转定位结构的定位座19上，同时所述定位芯棒18从轴向进入金属罐1的内部；待定位芯棒18伸入金属罐1且越过切割位置1c后，定位芯棒18与金属罐1达成支撑定位并开始朝向金属罐1的内部吹入高压气体；

随后，所述定位芯棒18与所述定位座19以相同的转速和方向进行旋转；此时激光束0依次通过第一反射镜7、第二反射镜8反射后穿过聚焦镜11，并经由喷气嘴16射出至正在自转的金属罐1的表面，开始切割修边作业，同时气嘴结构15朝向切割位置1c喷射气体以清洁切割产生的渣滓；

当完成切割后，激光束0的发射源关闭，各反射镜复位，定位芯棒18开始带着废料环1b移出金属罐1a的罐口，定位芯棒18带着废料环1b朝向所述脱模组件24处继续轴向位移，通过脱模组件的端面24a将废料环1b从定位芯棒18上脱下；

于此同时，所述转盘架2继续转动，将修边完成后的金属罐1a移动至下料工位14；此时所述定位座19释放对金属罐1a底部的真空吸附，金属罐1a借助自身旋转或通过其他动力源（如高压气体）推送离开旋转定位结构，进入下料转盘22，并通过所述下料转盘22下料；至此，修边装置完成一个工作周期。

本实用新型通过激光入射单元的准直镜修正激光束，并将激光束射至激光反射单元中，激光束依次经过第一反射镜和第二反射镜的反射后穿透激光出射单元的聚焦镜，并经由喷气嘴射出；第一反射镜和第二反射镜相对转盘架转动装配，构成激光束的出射角度动态可调；反射镜的偏转与转盘架旋转同步，进而保持对旋转定位结构中金属罐的切割，且当所述金属罐1至少自转一圈后，激光束完成对金属罐1的修边，同时反射镜复位，等待下一个切割周期。本实用新型采用非接触式修边，可节省原材料、快速换型、提高切割质量、降低维护成本。

更为重要的是，相比于先前设计而言，本实用新型更能满足高速切割金属空心体的技术要求，可长时间、不间断地使用高能量切割，切割一个产品为毫秒级别，且切割质量好、精度高；能够适应多工位、高能量地切割，能够很好地匹配金属空心体的公转及自传速度；光学元件都安装在密封空间，避免光学元件被污染，提高了光学元件的使用寿命。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种金属空心体的非接触式新型激光修边装置，其特征在于：

包括固定架和转盘架，所述转盘架相对所述固定架转动；

所述固定架上设有激光入射单元和激光反射单元；所述激光入射单元包括一准直镜，该准直镜的入射面接收一发射源的激光束，该激光束穿透所述准直镜后，从准直镜的出射面射出至所述激光反射单元；

所述激光反射单元包括第一反射镜以及第二反射镜，所述第一反射镜相对所述固定架沿一第一转轴旋转，所述第二反射镜相对所述固定架沿一第二转轴旋转；所述激光束经所述准直镜射出后，依次经第一反射镜和第二反射镜反射，然后射入一激光出射单元中；

所述转盘架上设有至少一个所述激光出射单元，该激光出射单元随转盘架一同旋转；

所述激光出射单元包括一聚焦镜，该聚焦镜的入射面对应所述第二反射镜设置，用于接收经第二反射镜反射的所述激光束，该激光束经所述聚焦镜聚焦后从聚焦镜的出射面射出。

2.根据权利要求1所述的激光修边装置，其特征在于：所述转盘架的周部还设有至少一个旋转定位结构，该旋转定位结构对位所述激光出射单元的激光束射出端，用于对定位在该旋转定位结构中的待修边的金属空心体进行切割修边；当转盘架旋转时，所述旋转定位结构依次对位修边装置的上料工位、切割工位及下料工位。

3.根据权利要求1所述的激光修边装置，其特征在于：所述第一反射镜的第一转轴平行于所述转盘架的转动平面，并与所述聚焦镜的中心线相交；

所述第二反射镜的第二转轴平行于所述转盘架的转动轴。

4.根据权利要求1所述的激光修边装置，其特征在于：所述激光出射单元还包括气嘴结构，该气嘴结构具有一壳体，壳体的前端为喷气嘴；所述喷气嘴位于所述聚焦镜的前方，所述聚焦镜的中心与所述喷气嘴的中心连线为气嘴结构的长度方向中心线，该中心线的延长线相交于所述转盘架的转轴；

所述壳体上开设有进气口，该进气口与所述喷气嘴气路连通，构成喷气嘴和聚焦镜之形成一高压气室。

5.根据权利要求2所述的激光修边装置，其特征在于：所述旋转定位结构包括定位芯棒以及定位座，两者同轴设置且同步绕轴旋转；切割时，所述定位芯棒伸入所述金属空心体中，从内部对金属空心体进行支撑，所述定位座对金属空心体的底部进行定位。

6.根据权利要求1所述的激光修边装置，其特征在于：所述激光入射单元还包括一保护镜，该保护镜对应所述准直镜的出射面设置。

7.根据权利要求1所述的激光修边装置，其特征在于：所述激光出射单元还包括两保护镜，两所述保护镜分别对应所述聚焦镜的入射面和出射面设置。

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