CN216298269U - 一种自动化3d激光加工平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种自动化3D激光加工平台，包括机架，机架上有支撑平台，支撑平台上设多套电动升降机构；升降机构上有激光输出系统；输出系统包括激光器光隔头、3D动态聚焦激光加工机构和内置视觉定位机构；激光器光隔头设置在激光输出系统的输入端，加工头设置在激光输出系统的输出端；内置视觉定位机构设置在3D动态聚焦加工机构的前侧；支撑平台上设有电机模组，电机模组上固定有皮带线，皮带线上移动连接有加工平台；电机模组和皮带线的中间设有旋转电机；旋转电机在皮带线下降后与加工平台相连；机架内设有工控机。本实用新型能够满足复杂曲面同时加工要求，并且实现了来料自动上下料，自动视觉定位加工，减轻了作业劳动强度。

Description

一种自动化3D激光加工平台

技术领域

本实用新型涉及3D曲面激光加工设备技术领域，具体涉及一种自动化3D激光加工平台。

背景技术

目前，随着激光技术的不断更新，3D曲面应用及加工行业的迅速发展，3D激光设备逐渐遍布社会生产及应用的各个方面，但是现有的3D激光设备存在以下问题，1.3D曲面形状复杂且尺寸大，单一振镜加工时间长，导致效率低下，无法满足产能需求；2.手动定位打标位置，精度低，自动化程度低，严重影响了激光加工的效率，限制了3D曲面激光加工行业的发展。

经检索发现，公开号为CN207952944U的中国专利于2018年10月12日公开了一种三维激光打标机。包括移动机构，移动机构包括机座、伸缩组件与横移组件，所述伸缩组件包括移动底座，该移动底座可前后移动地设于所述机座上，所述横移组件包括横移电机与第一丝杆，所述横移电机设置于该移动底座一侧，所述第一丝杆可转动地设置于该移动底座上并与所述横移电机的输出轴连接，于该第一丝杆上可左右活动连接有第一丝杆螺母，该第一丝杆螺母上连接有工作台。通过设置伸缩组件与横移组件的相互配合，实现模具的前后移动与左右移动，能够精确并迅速地将模具移动到激光打标机下方，并且实现复杂曲面的精确加工。但存在单一激光头加工时间长的问题，另外，由于移动机构只能进行纵向和横向的移动而无法使待加工物体进行全圆周旋转，因此无法满足兼容不同高度的多角度复杂曲面物体的激光加工需求。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本实用新型提供一种自动化3D激光加工平台，解决了多角度复杂3D曲面在激光加工时存在的加工时间长、效率低下和自动化程度低的技术问题。

本实用新型是通过以下技术方案予以实现的：

一种自动化3D激光加工平台，包括机架，所述机架上设有支撑平台，所述支撑平台上设有XY直线电机模组和多套电动升降机构；多套所述电动升降机构设置在XY直线电机模组的上方；

所述电动升降机构上设有激光输出系统；所述激光输出系统包括激光器光隔头、3D动态聚焦激光加工机构和内置视觉定位机构；所述激光器光隔头设置在激光输出系统的输入端，所述3D动态聚焦激光加工机构的加工头设置在激光输出系统的输出端；所述内置视觉定位机构设置在3D动态聚焦加工机构的前侧；

所述XY直线电机模组上固定有皮带线，所述皮带线上移动连接有加工平台；所述皮带线通过XY直线电机模组上的气缸实现上升或下降，所述XY直线电机模组和皮带线的中间设置有旋转电机；所述旋转电机在皮带线下降后与加工平台相连；

所述机架内设置有工控机，所述工控机分别与多套电动升降机构、3D动态聚焦激光加工机构、内置视觉定位机构、XY直线电机模组、气缸和旋转电机相连。

上述技术方案中，机架和支撑平台为多套电动升降机构、XY直线电机模组和工控机提供了安装固定的空间；通过设置多套电动升降机构，可以根据所需高度对加工头进行上升或下降的调节，从而调整加工头与待加工物体的加工距离，提高了激光加工的精度；通过多个激光输出系统，实现了对3D曲面的同时加工，缩短了加工时长，提高了加工效率；通过设置内置视觉定位机构，实现了对待加工物体的精准视觉抓拍和定位的功能，提升了加工的精准度和便捷性；通过设置XY直线电机模组、皮带线、气缸和旋转电机，达到了根据加工需求对待加工物体进行合适的角度变换和位移的目的，加工平台为待加工物体提供了加工的空间；通过设置工控机，实现了对多套电动升降机构、3D动态聚焦激光加工机构、内置视觉定位机构、XY直线电机模组、气缸和旋转电机的控制和自动化调节。本实用新型能够对待加工物体进行合适的角度变换和位移操作，同时，激光输出系统可随时根据待加工物体的高度及幅面的不同进行调整，提高了3D曲面激光加工的精度和自动化程度，有效提高了加工效率，实用性好，能够满足市场需求。

优选的，所述电动升降机构有三套，左侧的所述电动升降机构同水平方向呈45度角分布，中间的所述电动升降机构呈垂直方向分布，右侧的所述电动升降机构同水平方向呈45度角分布。通过三套升降机构对三个激光输出系统进行位置调节，从而根据需要调整每个激光输出系统与待加工物体的加工距离，实现了对物品的同时加工，并且提高了加工精度，缩短了加工时间，提高了加工效率。

优选的，所述电动升降机构包括外壳体，所述外壳体内设置有导轨，所述导轨中间设置有丝杠，所述丝杠上套设有滑块，所述滑块与第一伺服电机相连，所述第一伺服电机与工控机相连。通过工控机对第一伺服电机进行控制，第一伺服电机对滑块进行上升或下降的控制，滑块在丝杠上进行上下移动，导轨为丝杠提供导向，从而实现了激光输出系统在工控机的控制下进行上下移动的功能，可以根据加工需求调整加工头与待加工物体的距离。

优选的，所述XY直线电机模组包括相互垂直交叉固定的X轴直线电机和Y轴直线电机，所述X轴直线电机设在Y轴直线电机的上端；所述X轴直线电机上设有第二伺服电机、阻挡气缸和提升气缸；所述第二伺服电机与皮带线移动连接；所述阻挡气缸设置在皮带线的内侧，所述提升气缸设置在皮带线的外侧；所述夹紧气缸设置在旋转电机的上端。通过第二伺服电机和皮带线的设置，使工作平台进行水平移动，实现上料和下料的流程；通过提升气缸实现对皮带线的上升或下降控制；阻挡气缸能够控制加工平台的上升和下降；夹紧气缸用于对加工平台进行夹持，旋转电机可以使待加工物体进行全圆周旋转，从而实现对待加工物体进行任意角度及方向的旋转调节。

优选的，所述内置视觉定位机构包括设在3D动态聚焦激光加工机构前侧的支架，以及位于支架上的相机和镜头，所述镜头与水平方向呈90度角。镜头用于接收来自3D动态聚焦激光加工系统内部的可见光，相机用于对镜头的视野范围进行定位抓拍。

优选的，所述加工头上设有光源、透镜和振镜，所述3D动态聚焦激光加工机构设置有合束镜，所述合束镜与水平方向呈45度角；所述光源发出的光通过透镜、振镜反射，再通过合束镜进行反射。加工头的光源发出的光先通过待加工物体表面进行反射，再经透镜和振镜反射，再经由合束镜反射后会在加工平台得到一片可视区域。因为经过合束镜的可见光与激光重合，所以可视区域即为加工区域，将待加工物体置于可视区域即可完成待加工物体的定位。

优选的，所述机架外设置有工作台，所述工作台上设置有显示器、键盘和鼠标；所述显示器、键盘和鼠标分别与工控机相连。

优选的，所述电动升降机构的下部的两端设有限位块。用于限制电动升降机构的向下活动范围，避免电动升降机构上激光输出系统脱离，发生安全事故，损坏位于电动升降机构上的3D动态聚焦激光加工系统。

优选的，所述支撑平台上设有抽尘嘴。通过抽尘嘴可及时排出加工平台内的烟尘及热量，保证机器的正常运行。

优选的，所述支撑平台由龙门式大理石结构拼接组立而成。具有稳定性好，维护保养方便，使用寿命长，价格低廉的优点。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型通过设置多套电动升降机构，实现了对加工头的上升或下降调节，从而实现加工距离的调整，提高了激光加工的精度；通过多个激光输出系统，实现了对3D曲面的同时加工，缩短了加工时长，提高了加工效率；通过设置内置视觉定位机构，实现了对待加工物体的精准视觉抓拍和定位的功能，提升了加工的精准度和便捷性；通过设置XY直线电机模组、皮带线、气缸和旋转电机，实现了根据加工需求对待加工物体进行合适的角度变换和位移；通过设置工控机，实现了对多套电动升降机构、3D动态聚焦激光加工机构、内置视觉定位机构、XY直线电机模组、气缸和旋转电机的控制和自动化调节。

(2)本实用新型能够对待加工物体进行合适的角度变换和位移操作，同时，激光输出系统可随时根据待加工物体的高度及幅面的不同进行调整，提高了3D曲面激光加工的精度和自动化程度，有效提高了加工效率，实用性好。

(3)本实用新型结构设计合理，结构布局规整，通过多个激光输出系统满足复杂曲面同时加工要求，兼容性好；并且实现了来料自动上料，自动视觉定位加工，及自动下料的功能，减轻了作业劳动强度。

(4)本实用新型可以随时根据被打标物体高度及幅面的不同进行调整，提高了打标的精度和自动化程度，有效提高了加工的效率，满足市场需求。

附图说明

图1为根据本实用新型实施例的一种自动化3D激光加工平台的结构示意图；

图2为根据本实用新型实施例的一种自动化3D激光加工平台的左视剖面图；

图3为根据本实用新型实施例的一种自动化3D激光加工平台的后视图；

图4为根据本实用新型实施例的一种自动化3D激光加工平台的XY直线电机模组和旋转电机的结构示意图；

图5为根据本实用新型实施例的一种自动化3D激光加工平台的激光输出系统的结构示意图；

图6为根据本实用新型实施例的一种自动化3D激光加工平台的电动升降机构的限位机构示意图。

图中，1、机架，2、工作台3、电动升降机构，4、加工平台，5、激光器光隔头，6、3D动态聚焦激光加工机构，7、加工头，8、工控机，9、显示器，10、键盘，11、鼠标，12、第二伺服电机，13、皮带线，14、限位块，15、旋转电机，16、支架，17、合束镜，18、相机，19、镜头，20、抽尘嘴，21、大理石平台，22、XY直线电机模组，23、提升气缸，24、阻挡气缸，25、夹紧气缸，26、光源，27、待加工物体。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述发实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本实用新型所保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。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所述特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；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实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例

如图1-6所示，一种自动化3D激光加工平台，包括机架1，机架1上端设有大理石平台21；大理石平台21上设有三套电动升降机构3；左侧电动升降机构3同水平方向呈45度角分布，中间电动升降机构3按垂直方向分布，右侧电动升降机构3同水平方向呈45角度分布。

电动升降机构3上设有激光输出系统，激光输出系统上安装有激光器光隔头5和3D动态聚焦激光加工机构6，3D动态聚焦激光加工机构6上设置有加工头7，加工头7设在激光输出系统的一端，激光器光隔头5设在激光输出系统的另一端；内置视觉定位机构设在3D动态聚焦激光加工机构6的上端。

大理石平台21上设有XY直线电机模组22，X轴直线电机设在Y轴直线电机的上端，两者成90度角垂直相交固定分布，X轴直线电机上设有第二伺服电机12，旋转电机15，加工平台4，皮带线13，提升气缸23和阻挡气缸24；旋转电机15跟皮带线13、提升气缸23及阻挡气缸24相对独立控制，夹紧气缸25设置在旋转电机15的上端。

机架1内还设有工控机8，工控机8分别与三套电动升降机构3、3D动态聚焦激光加工机构6、内置视觉定位机构、XY直线电机模组22、提升气缸23、阻挡气缸24、第二伺服电机12、旋转电机15相连。

本实施例中，电动升降机构3包括外壳体，所述外壳体内设置有导轨，所述导轨中间设置有丝杠，所述丝杠上套设有滑块，所述滑块与第一伺服电机相连，所述第一伺服电机与工控机8相连；所述电动升降机构3的下部的两端设有限位块14。

本实施例中，所述机架1外设有工作台2，工作台2设有与工控机8相连的显示器9、键盘10和鼠标11等设备，方便工作人员操作工控机8进而控制整个设备的正常运行。

本实施例中，所述电动升降机构3的下两端设有限位块14。可限制电动升降机构3的向下活动范围，避免电动升降机构3上激光输出系统脱离，发生安全事故，损坏位于电动升降机构3上的3D动态聚焦激光加工机构6。

本实施例中，所述内置视觉定位机构包括设在3D动态聚焦激光加工机构6前侧的支架16和位于支架16上的相机18和镜头19，所述镜头19与水平方向呈90度角，加工头7上设置有光源26、透镜和振镜；所述3D动态聚焦激光加工机构6设置有合束镜17。

工作原理：

在进行使用前，工作人员通过显示屏9、键盘10和鼠标11操作工控机8来控制整个设备运行，设备开启后工作台2面板的指示灯闪烁，第二伺服电机12启动，皮带线13随之启动。

启动后，将待加工物体放置在加工平台4上，经皮带线13传送至加工位，此时阻挡气缸24向上举升，使得加工平台4停止在激光加工区域；接着提升气缸23启动，将皮带线13下降至下限位，同时带有待加工物体27的加工平台4在重力作用下降落在旋转电机15上端面，其相互之间有导向销孔做定型，使加工平台4能够垂直下落，由夹紧气缸25夹住加工平台4，然后根据加工的需要，对带有待加工物体27的加工平台4进行任意角度及方向的旋转，通过XY直线电机模组22的驱动实现三个自由度的运动控制，实现大幅面多角度异形曲面的激光加工模式。

内置视觉定位机构在激光加工前对待加工物体27进行定位：加工头7的光源26发出的光经待加工物体27表面的反射，然后经加工头7上透镜和振镜反射，再通过与水平方向呈45度角的合束镜17反射后，会在加工平台软件上得到一片可视区域，镜头19通过接收合束镜17反射的可见光，通过相机18实现对所拍视野内定位抓拍，因经合束镜17的可见光与激光重合，故可视区域也是激光即将加工的区域，将待加工物体27置于可视区域内即可完成定位。

电动升降机构3通过工控机8对激光输出系统所需的升降高度进行调节，从而调节激光输出系统与不同高度曲面物体的激光加工距离。加工头7上的光源26照射在加工平台4上的幅面随加工头7高度的变化而变化，同时设在大理石平台21上共三套相邻成45度夹角分布的激光输出系统，可实现兼容多角度复杂曲面且不同高度物体激光加工的要求。

加工头7对待加工物体27进行激光加工。加工完成后，旋转电机15停在加工区域且保证加工平台4处于前述上料前状态，接着提升气缸23向上举起整个皮带线13，使得带有加工后物体的工作平台4回落至皮带线13的上端，此时第二伺服电机12启动，皮带线13传送带有加工后物体的工作平台4到达另一端下料位，实现物料下料流程。

作为一种实施方式，所述大理石平台21上设有抽尘嘴20。在对物件进行激光器加工的过程中，会产生热量和一些烟尘，大量的热及烟尘的积聚会缩短设备的使用寿命，故通过抽尘嘴20可及时排出加工平台4内的烟尘及热量，保证机器的正常运行。

大理石平台21上的XY直线电机模组22，旋转电机15及各气缸及上端激光输出系统按前述动作流程按操作者设定的指令动作，同时抽尘嘴20辅助实现抽尘，完成整个加工流程。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案。

Claims (10)

1.一种自动化3D激光加工平台，其特征在于，包括机架，所述机架上设有支撑平台，所述支撑平台上设有XY直线电机模组和多套电动升降机构；多套所述电动升降机构设置在XY直线电机模组的上方；

所述电动升降机构上设有激光输出系统；所述激光输出系统包括激光器光隔头、3D动态聚焦激光加工机构和内置视觉定位机构；所述激光器光隔头设置在激光输出系统的输入端，所述3D动态聚焦激光加工机构的加工头设置在激光输出系统的输出端；所述内置视觉定位机构设置在3D动态聚焦加工机构的前侧；

所述XY直线电机模组上固定有皮带线，所述皮带线上移动连接有加工平台；所述皮带线通过XY直线电机模组上的气缸实现上升或下降，所述XY直线电机模组和皮带线的中间设置有旋转电机；所述旋转电机在皮带线下降后与加工平台相连；

所述机架内设置有工控机，所述工控机分别与多套电动升降机构、3D动态聚焦激光加工机构、内置视觉定位机构、XY直线电机模组、气缸和旋转电机相连。

2.根据权利要求1所述的一种自动化3D激光加工平台，其特征在于，所述电动升降机构有三套，左侧的所述电动升降机构同水平方向呈45度角分布，中间的所述电动升降机构呈垂直方向分布，右侧的所述电动升降机构同水平方向呈45度角分布。

3.根据权利要求1所述的一种自动化3D激光加工平台，其特征在于，所述电动升降机构包括外壳体，所述外壳体内设置有导轨，所述导轨中间设置有丝杠，所述丝杠上套设有滑块，所述滑块与第一伺服电机相连，所述第一伺服电机与工控机相连。

4.根据权利要求1所述的一种自动化3D激光加工平台，其特征在于，所述XY直线电机模组包括相互垂直交叉固定的X轴直线电机和Y轴直线电机，所述X轴直线电机设在Y轴直线电机的上端；所述X轴直线电机上设有第二伺服电机、阻挡气缸和提升气缸；所述第二伺服电机与皮带线移动连接；所述阻挡气缸设置在皮带线的内侧，所述提升气缸设置在皮带线的外侧；所述旋转电机的上端设置有夹紧气缸。

5.根据权利要求1所述的一种自动化3D激光加工平台，其特征在于，所述内置视觉定位机构包括设在3D动态聚焦激光加工机构前侧的支架，以及位于支架上的相机和镜头，所述镜头与水平方向呈90度角。

6.根据权利要求1所述的一种自动化3D激光加工平台，其特征在于，所述加工头上设有光源、透镜和振镜，所述3D动态聚焦激光加工机构设置有合束镜，所述合束镜与水平方向呈45度角；所述光源发出的光通过透镜、振镜反射，再通过合束镜进行反射。

7.根据权利要求1所述的一种自动化3D激光加工平台，其特征在于，所述机架外设置有工作台，所述工作台上设置有显示器、键盘和鼠标；所述显示器、键盘和鼠标分别与工控机相连。

8.根据权利要求1所述的一种自动化3D激光加工平台，其特征在于，所述电动升降机构的下部的两端设有限位块。

9.根据权利要求1所述的一种自动化3D激光加工平台，其特征在于，所述支撑平台由龙门式大理石结构拼接而成。

10.根据权利要求1所述的一种自动化3D激光加工平台，其特征在于，所述支撑平台上设有抽尘嘴。

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