CN211759209U - 一种用于复杂构件三维机器人激光加工设备 - Google Patents

Abstract

本申请属于三维激光加工技术领域，尤其涉及一种用于复杂构件三维机器人激光加工设备，包括主柜体、至少一个加工夹具和激光系统，加工夹具设于主柜体上，激光系统包括驱动机构、激光头和光纤激光器，驱动机构包括X轴线性模组和多轴机器人，X轴线性模组设置于主柜体上，多轴机器人设置于X轴线性模组上，激光头设置于多轴机器人的抓取端，光纤激光器和激光头相连接。多轴机器人可在X轴线性模组的带动下，实现对复杂构件逐序进行三维激光蚀刻、切割、焊接作业，如此，多轴机器人和线性模组的结合便实现了对多个复杂构件的快速激光蚀刻、切割、焊接，显著降低了作业用时，显著提升了工作效率，同时也显著降低了作业成本。

Description

一种用于复杂构件三维机器人激光加工设备

技术领域

本申请属于三维激光加工技术领域，尤其涉及一种用于复杂构件三维机器人激光加工设备。

背景技术

三维激光加工技术是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密三维激光加工方法，其在汽车工业、船舶制造、航空工业以及电子工业中均有着重要的应用。现有技术中，激光精密加工设备中，主要是通过线性模组驱动激光头移动，进而对待加工物件的不同位置实现激光加工作业。然而，当待加工物件为复杂构件时，单纯依靠线性模组的驱动往往难以实现激光头对复杂表面的有效定位，如此会使得对复杂构件的三维激光加工较为耗时费力。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种用于复杂构件三维机器人激光加工设备，旨在解决现有技术中的激光加工设备对复杂构件进行激光精密加工时耗时费力的技术问题。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：一种用于复杂构件三维机器人激光加工设备，包括主柜体、至少一个用于装夹复杂构件的加工夹具和激光系统，各所述加工夹具沿X轴逐序设置于所述主柜体上，所述激光系统包括驱动机构、激光头和光纤激光器，所述驱动机构包括X轴线性模组和多轴机器人，所述X轴线性模组设置于所述主柜体上，所述多轴机器人设置于所述X轴线性模组上，所述激光头设置于所述多轴机器人的抓取端，所述多轴机器人用于驱动所述激光头实现三维运动，所述光纤激光器设置于所述主柜体内，并和所述激光头相连接。

可选地，所述多轴机器人包括转动座、多轴臂和抓取头，所述转动座设置于所述X轴线性模组上，并能够在X轴和Y轴形成的平面上转动，所述多轴臂设置于所述转动座上，所述抓取头和所述多轴臂相连接，所述激光头设置于所述抓取头上。

可选地，所述多轴臂包括支撑臂、第一转动臂和第二转动臂，所述支撑臂设置于所述转动座上，所述第一转动臂的第一端和所述支撑臂的上端相连接，并能够相对于所述支撑臂转动，所述第二转动臂的第一端和所述支撑臂的第二端相连接，并能够相对于所述第二转动臂转动，所述抓取头和所述第二转动臂的第二端相连接。

可选地，所述抓取头包括第一转动部和第二转动部，所述第一转动部设置于所述第二转动臂的第一端，并能够相对于所述第二转动臂转动，所述第二转动部设置于所述第一转动部上，并能够相对于所述第一转动部转动，所述第一转动部和所述第二转动部的转动方向垂直。

可选地，所述第二转动臂的第一端开设有装配缺口，所述第二转动部位于所述装配缺口内，且所述第二转动部的相对两端和所述装配缺口的相对两侧内壁转动连接。

可选地，所述用于复杂构件三维机器人激光加工设备还包括控制模组，所述控制模组和所述激光头、所述光纤激光器、所述X轴线性模组和所述多轴机器人均和所述控制模组电连接。

可选地，所述激光系统还包括水冷装置，所述水冷装置设置于所述主柜体内，并用于向所述光纤激光器输送冷却液。

可选地，所述用于复杂构件三维机器人激光加工设备还包括若干驱动电机，各所述驱动电机均设置于所述主柜体内，并分别和各所述加工夹具相连接，以驱动所述加工夹具转动。

可选地，所述主柜体的上端面设置有工作台，各所述加工夹具均转动设置于所述工作台上，各所述驱动电机均设置于所述工作台的下方，且各所述驱动电机的驱动端均穿过所述工作台并和对应的所述加工夹具相连接。

本申请实施例至少具有如下的有益效果：本申请实施例提供的用于复杂构件三维机器人激光加工设备，通过将多轴机器人设置于X轴线性模组上，并在主柜体上沿X轴逐序设置多个加工夹具，这样一方面多轴机器人可实现对装夹于加工夹具上的复杂构件的三维激光焊接作业，进而实现对复杂构件的高效且精准的三维激光焊接，另一方面多轴机器人可在X轴线性模组的带动下，实现对装夹于多个加工夹具上的各个复杂构件分别逐个地进行三维激光焊接、蚀刻和切割作业，如此，多轴机器人和线性模组的结合便实现了对多个复杂构件的快速激光焊接、蚀刻和切割，显著降低了作业用时，显著提升了工作效率，同时也显著降低了作业成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种用于复杂构件三维机器人激光加工设备的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种用于复杂构件三维机器人激光加工设备的另一角度的结构示意图；

图3为图1中所示的本申请实施例提供的一种用于复杂构件三维机器人激光加工设备的爆炸结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种用于复杂构件三维机器人激光加工设备的多轴机器人的结构示意图。

其中，图中各附图标记：

10—主柜体 11—工作台 20—加工夹具

21—隔离网 30—激光系统 31—驱动机构

32—激光头 33—X轴线性模组 34—多轴机器人

35—多轴臂 36—转动座 37—支撑臂

38—第一转动臂 39—第二转动臂 40—输入设备

391—抓取头 392—第一转动部 393—第二转动部。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图1～4描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

如图1～3所示，本申请实施例提供了一种用于复杂构件三维机器人激光加工设备，包括主柜体10、至少一个用于装夹复杂构件的加工夹具20和激光系统 30，各加工夹具20沿X轴逐序设置于主柜体10上，其中，相邻的两加工夹具 20之间设置有隔离网21，以阻挡焊接、蚀刻和切割过程中形成的碎屑飞溅，激光系统30包括驱动机构31、激光头32和光纤激光器，驱动机构31包括X轴线性模组33和多轴机器人34，其中多轴机器人34可优选为五轴机器人，X轴线性模组33设置于主柜体10上，多轴机器人34设置于X轴线性模组33上，激光头32设置于多轴机器人34的抓取端，多轴机器人34用于驱动激光头32 实现三维运动，光纤激光器设置于主柜体10内，并和激光头32相连接。

具体地，本申请实施例提供的用于复杂构件三维机器人激光加工设备，得益于多轴机器人34和线性模组的组合，其操作灵活性高，智能化程度高，尤其适合小批量的具有复杂构型的钣金件的三维激光焊接，同时，通过调整光纤激光器的激光输出功率，激光头32还可实现激光切割，比如对钣金件的激光切孔，可实现切孔和修边工序一次性完成，且焊接后形成孔的切口整齐，无需后续工艺处理，显著缩短了工艺流程，降低了人工成本和模具费用的投入，也提高了激光切割产品的质量档次和附加值。

而激光焊接、蚀刻和切割手段对于待加工件的材料适应性强，激光头32配合多轴机器人34和线性模组可基本实现对任意构型的待加工件进行焊接、蚀刻和切割作业。而当需要焊接、蚀刻和切割不同构型的多个待加工件时，仅需调出设备内预存的对应的程序即可，省时方便，实现了一台设备内存储不同的控制程序即可实现多种功能。

同时，得益于本申请实施例提供的用于复杂构件三维机器人激光加工设备的灵活高效且自动化程度高的特点，也有利于保证产品的激光加工质量和生产效率，同时也能够有效缩短产品的开发周期，降低了操作者的劳动强度，节省了原材料的消耗。

进一步地，通过设置光纤激光器，那么光纤激光器相比于传统激光器，其激光的传导效率较高，损耗较小，激光束能量精度也较高，这样便保证了激光焊接的成型精度。同时，光纤激光器内的控制模块可通过光纤实现和多轴机器人34建立通信连接，这样可使得光纤激光器和多轴机器人34之间的通信更为高效，保证了光纤激光器和多轴机器人34之间的实时通信，如此进一步提升了设备整体的激光加工作业的灵活性。

同时，用于复杂构件三维机器人激光加工设备还配备有专业的控制模组，如此能够实现对多轴机器人34、激光头32、光纤激光器和X轴线性模组33的精确控制，进而有效保证激光加工质量，使得焊接、蚀刻和切割工作更方便，操作更为简单，智能化程度高，设备的激光束速度、精度和可靠性均较高。激光头32可配置为进口激光头32，反应灵敏、准确，能够与多轴机器人34有效配合，避免激光头32与加工板材碰撞，并能保证焊接焦点位置，保证焊接质量稳定。可选地，用于复杂构件三维机器人激光加工设备内还可设置有吊装卡具、向加工夹具喷射保护气体(清洁干燥压缩空气、高纯氧气和高纯氮气)的气路系统、向加工夹具喷射冷却液的水路系统、排烟系统、稳压电源以及输入设备 40(显示器、键盘和鼠标等)。

以下对本申请实施例提供的用于复杂构件三维机器人激光加工设备作进一步说明：目前的现有技术中，多是以五轴机床实现对复杂构件的三维立体焊接、蚀刻和切割，而五轴机床操作复杂繁琐，且运行成本较高，比如耗电成本和系统维护成本总是居高不下，且五轴机床所占的工位面积通常也较大。而本申请实施例提供的用于复杂构件三维机器人激光加工设备，通过将多轴机器人34设置于X轴线性模组33上，并在主柜体10上沿X轴逐序设置多个加工夹具20，这样一方面多轴机器人34可实现对装夹于加工夹具20上的复杂构件的三维激光焊接、蚀刻和切割作业，进而实现对复杂构件的高效且精准的三维激光焊接、蚀刻和切割，如此便显著降低了三维激光焊接、蚀刻和切割的实现成本和设备成本，减少了设备耗电和维护费用，同时也降低了设备所占工位的体积。另一方面多轴机器人34可在X轴线性模组33的带动下，实现对装夹于多个加工夹具20上的复杂构件逐序进行三维激光焊接、蚀刻和切割作业，如此，多轴机器人34和线性模组的结合便实现了对多个复杂构件的快速激光加工，显著降低了加工复杂构件时的作业用时，显著提升了激光加工效率，同时也显著降低了作业成本。

在本申请的另一些实施例中，如图1、图3和图4所示，多轴机器人34包括转动座36、多轴臂35和抓取头391，转动座36设置于X轴线性模组33上，并能够在X轴和Y轴形成的平面上转动，多轴臂35设置于转动座36上，抓取头391和多轴臂35相连接，激光头32设置于抓取头391上。具体地，多轴机器人34工作时，转动座36可相对于X轴线性模组33的转动，从而实现多轴机器人34的整体转动，而多轴壁则可带动激光头32实现多个自由度的运动，进而实现对复杂构件的三维激光焊接、蚀刻或切割作业。

在本申请的另一些实施例中，如图4所示，多轴臂35包括支撑臂37、第一转动臂38和第二转动臂39，支撑臂37设置于转动座36上，第一转动臂38的第一端和支撑臂37的上端相连接，并能够相对于支撑臂37转动，第二转动臂 39的第一端和支撑臂37的第二端相连接，并能够相对于第二转动臂39转动，抓取头391和第二转动臂39的第二端相连接。具体地，多轴臂35在工作时，第一转动臂38可相对于支撑臂37转动，第二转动臂39可相对于第一转动臂38 转动，从而实现多轴臂35在三维空间中的转动。可选地，各个转动臂可通过伺服电机带动实现转动。

在本申请的另一些实施例中，如图4所示，抓取头391包括第一转动部392 和第二转动部393，第一转动部392设置于第二转动臂39的第一端，并能够相对于第二转动臂39转动，第二转动部393设置于第一转动部392上，并能够相对于第一转动部392转动，第一转动部392和第二转动部393的转动方向垂直。具体地，通过设置第一转动部392和第二转动部393，这样第一转动部392和第二转动部393可实现抓取头391在三维空间内的转动，如此抓取头391可和多轴臂35联动，实现多轴机器人34在三维空间内的灵活运动。

在本申请的另一些实施例中，如图4所示，第二转动臂39的第一端开设有装配缺口，第二转动部393位于装配缺口内，且第二转动部393的相对两端和装配缺口的相对两侧内壁转动连接。具体地，通过将第二转动部393容置于装配缺口内，这样一方面保证了第二转动部393的转动灵活性，另一方面也优化了多轴机器人34的整体结构。

在本申请的另一些实施例中，用于复杂构件三维机器人激光加工设备还包括控制模组(图未示)，控制模组和激光头32、光纤激光器、X轴线性模组33 和多轴机器人34均和控制模组电连接。具体地，控制模组可以是带有工业空调的PLC工控机。激光系统30还包括水冷装置，水冷装置设置于主柜体10内，并用于向光纤激光器输送冷却液。具体地，通过设置水冷装置，这样水冷装置即可在光纤激光器工作时向其输送冷却液，进而保证光纤激光器工作时的高效散热。

在本申请的另一些实施例中，用于复杂构件三维机器人激光加工设备还包括若干驱动电机(图未示)，各驱动电机均设置于主柜体10内，并分别和各加工夹具20相连接，以驱动加工夹具20转动。具体地，通过设置驱动电机，这样各加工夹具20即可在驱动电机的驱动下实现转动，如此可与多轴机器人34 和X轴线性模组33实现联动，进一步提升了激光焊接作业、蚀刻和切割中，待加工件的激光加工位置转变的灵活性，适于具有复杂构型的待加工件的三维激光焊接、蚀刻和切割作业。

在本申请的另一些实施例中，如图1～3所示，主柜体10的上端面设置有工作台11，各加工夹具20均转动设置于工作台11上，各驱动电机均设置于工作台11的下方，且各驱动电机的驱动端均穿过工作台11并和对应的加工夹具20 相连接。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于复杂构件三维机器人激光加工设备，其特征在于：包括主柜体、至少一个用于装夹复杂构件的加工夹具和激光系统，各所述加工夹具沿X轴逐序设置于所述主柜体上，所述激光系统包括驱动机构、激光头和光纤激光器，所述驱动机构包括X轴线性模组和多轴机器人，所述X轴线性模组设置于所述主柜体上，所述多轴机器人设置于所述X轴线性模组上，所述激光头设置于所述多轴机器人的抓取端，所述多轴机器人用于驱动所述激光头实现三维运动，所述光纤激光器设置于所述主柜体内，并和所述激光头相连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于复杂构件三维机器人激光加工设备，其特征在于：所述多轴机器人包括转动座、多轴臂和抓取头，所述转动座设置于所述X轴线性模组上，并能够在X轴和Y轴形成的平面上转动，所述多轴臂设置于所述转动座上，所述抓取头和所述多轴臂相连接，所述激光头设置于所述抓取头上。

3.根据权利要求2所述的一种用于复杂构件三维机器人激光加工设备，其特征在于：所述多轴臂包括支撑臂、第一转动臂和第二转动臂，所述支撑臂设置于所述转动座上，所述第一转动臂的第一端和所述支撑臂的上端相连接，并能够相对于所述支撑臂转动，所述第二转动臂的第一端和所述支撑臂的第二端相连接，并能够相对于所述第二转动臂转动，所述抓取头和所述第二转动臂的第二端相连接。

4.根据权利要求3所述的一种用于复杂构件三维机器人激光加工设备，其特征在于：所述抓取头包括第一转动部和第二转动部，所述第一转动部设置于所述第二转动臂的第一端，并能够相对于所述第二转动臂转动，所述第二转动部设置于所述第一转动部上，并能够相对于所述第一转动部转动，所述第一转动部和所述第二转动部的转动方向垂直。

5.根据权利要求4所述的一种用于复杂构件三维机器人激光加工设备，其特征在于：所述第二转动臂的第一端开设有装配缺口，所述第二转动部位于所述装配缺口内，且所述第二转动部的相对两端和所述装配缺口的相对两侧内壁转动连接。

6.根据权利要求1～5任一项所述的一种用于复杂构件三维机器人激光加工设备，其特征在于：所述用于复杂构件三维机器人激光加工设备还包括控制模组，所述控制模组和所述激光头、所述光纤激光器、所述X轴线性模组和所述多轴机器人均和所述控制模组电连接。

7.根据权利要求1～5任一项所述的一种用于复杂构件三维机器人激光加工设备，其特征在于：所述激光系统还包括水冷装置，所述水冷装置设置于所述主柜体内，并用于向所述光纤激光器输送冷却液。

8.根据权利要求1～5任一项所述的一种用于复杂构件三维机器人激光加工设备，其特征在于：所述用于复杂构件三维机器人激光加工设备还包括若干驱动电机，各所述驱动电机均设置于所述主柜体内，并分别和各所述加工夹具相连接，以驱动所述加工夹具转动。

9.根据权利要求8所述的一种用于复杂构件三维机器人激光加工设备，其特征在于：所述主柜体的上端面设置有工作台，各所述加工夹具均转动设置于所述工作台上，各所述驱动电机均设置于所述工作台的下方，且各所述驱动电机的驱动端均穿过所述工作台并和对应的所述加工夹具相连接。

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