CN217776993U - 一种机器人三维激光切割装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种机器人三维激光切割装置，包括机器人（1）和激光器，所述的机器人（1）的机械臂（11）中内置有激光导光臂，且在机械臂（11）末端安装有带激光切割头（14）的位置调节装置（13），机器人（1）和激光器之间通过光路连接装置（2）连接，从激光器输出的激光束经由光路连接装置（2）传输到机器人（1）上的机器人入光口（15），激光束由机器人入光口（15）进入机械臂（11）内部的激光导光臂，经激光导光臂传输的激光束最后由激光切割头（14）输出对工件进行加工。本实用新型能够解决外导光机器人激光设备中导光臂与机械臂干涉的问题，并用于各种金属和非金属材料的三维激光切割。

Description

一种机器人三维激光切割装置

技术领域

本实用新型涉及激光加工技术领域，具体地说是一种用于各种金属和非金属材料三维激光切割的机器人三维激光切割装置。

背景技术

现有技术中的机器人三维激光切割装置一般是采用外导光机器人和激光器配套构建的，外导光机器人是由各自独立的外导光臂和机械臂构成的，在实际运行中外导光臂和机械臂容易发生干涉，影响设备的加工范围。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种用于各种金属和非金属材料的三维激光切割的机器人三维激光切割装置，该装置能够解决外导光机器人激光设备中导光臂与机械臂干涉的问题。

本实用新型的目的是通过以下技术方案解决的：

一种机器人三维激光切割装置，包括机器人和激光器，其特征在于：所述的机器人的机械臂中内置有激光导光臂，且在机械臂末端安装有带激光切割头的位置调节装置，机器人和激光器之间通过光路连接装置连接，从激光器输出的激光束经由光路连接装置传输到机器人上的机器人入光口，激光束由机器人入光口进入机械臂内部的激光导光臂，经激光导光臂传输的激光束最后由激光切割头输出对工件进行加工。

所述的机器人包括机械臂和立柱，机械臂固定安装在立柱顶部前侧的凸台上，凸台使机械臂与立柱的本体之间保持足够宽的距离以确保机械臂在三维空间中不断变换姿态时避免与立柱发生碰撞；所述立柱的顶部设置有机器人入光口，激光束通过该机器人入光口进入机械臂内部的激光导光臂中。

所述的激光器为光纤激光器，则光路连接装置为光纤。

所述的激光器为二氧化碳激光器，则光路连接装置包括导光管和能够将水平光路转换成竖直光路的光路转向装置，导光管包括水平设置的第一导光管和竖直设置的第二导光管，第一导光管的第一入光口与二氧化碳激光器的出光口同轴连接、第一导光管的出光口与光路转向装置的入光口对接；第二导光管的第二入光口与光路转向装置的出光口同轴连接、第二导光管的出光口与机器人入光口同轴连接。

所述的光路转向装置包括入口端组件、光路转换组件和出口端组件，其中，入口端组件用于完成第一导光管的出光口与光路转换组件上的入光口的对接；光路转换组件能够将沿第一导光管水平传输的激光束转变为沿第二导光管竖直向上传输的激光束；出口端组件用于完成光路转换组件上的出光口与第二导光管的对接。

所述的入口端组件包括第一可调导光筒、安装支架、过渡法兰和连接法兰，第一可调导光筒的一端通过螺纹与第一导光管的出光口连接、另一端依次通过过渡法兰和连接法兰与光路转换组件的入光口对接；安装支架固定设置在机器人的立柱后侧的面板上并用于支撑过渡法兰，截面为L形的过渡法兰的底面与安装支架的顶面固定连接，过渡法兰的立面垂直于安装支架的顶面并用于支撑连接第一可调导光筒和连接法兰。

所述的出口端组件包括第二可调导光筒、安装法兰，第二可调导光筒的一端通过螺纹与第二导光管连接、另一端通过安装法兰与光路转换组件的出光口对接；所述的安装法兰通过紧固件与调节板组件固定连接，通过调节调节板组件的位置能够实现对安装法兰位置的微调。

所述的调节板组件包括调节底板和调节面板，调节底板能够调节安装法兰与立柱之间的相对位置，调节面板能够调节安装法兰在水平方向上的位置。

所述的调节底板为两条水平边沿呈凸条状的矩形板，矩形的调节面板镶嵌在调节底板的两根水平凸条之间并能够在凸条限制的范围内水平移动；所述调节面板在调节底板上的位置确定后通过紧固件将调节面板固定在调节底板上，然后将安装法兰固定设置在调节面板上。

所述的调节底板通过调节螺栓组件固定在立柱后侧的面板上，调节螺栓组件包括螺纹套和内六角圆柱头螺钉，螺纹套嵌置在调节底板上，与螺纹套螺纹连接的内六角圆柱头螺钉穿过螺纹套后与立柱后侧的面板螺纹固定。

本实用新型相比现有技术有如下优点：

本实用新型通过光路连接装置实现从激光器到机器人的光路连接，连接二氧化碳激光器的光路连接装置中多处可调节设计使光路连接变得精准快捷，通过导光管和可调导光筒之间的螺纹连接可调节光路的总长度，通过调节板组件可调节安装法兰的位置，从而满足光路调节的需要；并且还能通过改变过渡法兰在安装支架上的安装位置来满足二氧化碳激光器和机器人相对位置的改变，以适应设备安装现场的空间限制。

附图说明

附图1是本实用新型的采用二氧化碳激光器的机器人三维激光切割装置的立体结构示意图；

附图2是本实用新型的采用二氧化碳激光器的机器人三维激光切割装置的主视图；

附图3是本实用新型的采用二氧化碳激光器的机器人三维激光切割装置的俯视图；

附图4是本实用新型的采用二氧化碳激光器的机器人三维激光切割装置的后视图；

附图5是附图4中的圆圈部分的光路转向装置的局部放大图；

附图6是附图5中的光路转向装置的入口端组件的B-B向剖视图；

附图7是附图5中的光路转向装置的出口端组件的A-A向剖视图；

附图8是本实用新型的调节板组件主视图；

附图9是本实用新型的调节板组件的C-C向剖视图；

附图10是本实用新型的采用光纤激光器的机器人三维激光切割装置的主视图。

其中：1—机器人；11—机械臂；12—立柱；13—位置调节装置；14—激光切割头；15—机器人入光口；2—光路连接装置；3—二氧化碳激光器；4—导光管；41—第一导光管；411—第一入光口；42—第二导光管；421—第二入光口；5—光路转向装置；51—入口端组件；511—第一可调导光筒；512—安装支架；513—过渡法兰；514—连接法兰；52—光路转换组件；53—出口端组件；531—第二可调导光筒；532—安装法兰；6—调节板组件；61—调节底板；62—调节面板；7—调节螺栓组件；71—螺纹套；72—内六角圆柱头螺钉；8—光纤激光器；9—光纤。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1-4、图10所示：一种机器人三维激光切割装置，包括机器人1和激光器，机器人1包括机械臂11和立柱12，机械臂11固定安装在立柱12顶部前侧的凸台上，凸台使机械臂11与立柱12的本体之间保持足够宽的距离以确保机械臂11在三维空间中不断变换姿态时避免与立柱12发生碰撞；在机械臂11中内置有激光导光臂，且在机械臂11末端安装有带激光切割头14的位置调节装置13，机器人1和激光器之间通过光路连接装置2连接；且在立柱12的顶部设置有机器人入光口15，激光束通过该机器人入光口15进入机械臂11内部的激光导光臂中。具体来说，从激光器输出的激光束经由光路连接装置2传输到机器人1上的机器人入光口15，激光束由机器人入光口15进入机械臂11内部的激光导光臂，经激光导光臂传输的激光束最后由激光切割头14输出对工件进行加工。

实施例一

如图1-9所示：一种机器人三维激光切割装置，包括机器人1、光路连接装置2、二氧化碳激光器3，机器人1包括机械臂11和立柱12，立柱12垂直于地面并用于固定安装机械臂11、光路连接装置2和电控柜，机械臂11固定安装在立柱12顶部前侧的凸台上，凸台使机械臂11与立柱12的本体之间保持足够宽的距离，确保机械臂11在三维空间中不断变换姿态时不会与立柱12发生碰撞，立柱12顶部设置有机器人入光口15，激光束通过该入光口15可以进入机械臂11内部的导光臂中。在机器人1的机械臂11中内置有激光导光臂，且在机械臂11末端安装有带激光切割头14的位置调节装置13；二氧化碳激光器3和机器人1之间通过光路连接装置2连接，从二氧化碳激光器3输出的激光束经由光路连接装置2传输到机器人1的机器人入光口15，激光束由机器人入光口15进入机械臂11内部的激光导光臂，经激光导光臂传输的激光束最后由激光切割头14输出对工件进行加工。

如图4-5所示：光路连接装置2包括导光管4和光路转向装置5，导光管4分为两段，其中第一导光管41水平设置，第一导光管41的第一入光口411与二氧化碳激光器3的出光口同轴连接、第一导光管41的出光口与光路转向装置5对接；第二导光管42竖直设置，第二导光管42的第二入光口421与光路转向装置5的出光口同轴连接、第二导光管42的出光口与机器人入光口15同轴连接。

如图5-8所示：光路转向装置5包括入口端组件51、光路转换组件52和出口端组件53，其中，入口端组件51用于完成第一导光管41的出光口与光路转换组件52上的入光口的对接；入口端组件51包括第一可调导光筒511、安装支架512、过渡法兰513和连接法兰514，第一可调导光筒511的一端通过螺纹与第一导光管41连接、另一端依次通过过渡法兰513和连接法兰514与光路转换组件52的入光口对接，在第一可调导光筒511的入口端有一段较长的外螺纹且用于与第一导光管41端口的内螺纹连接，因第一可调导光筒511上的外螺纹较长，所以能够通过螺纹旋入的深度调节第一可调导光筒511与第一导光管41连接后的总长度；安装支架512固定设置在立柱12后侧的面板上并用于支撑过渡法兰513，过渡法兰513截面为L形，过渡法兰513的底面与安装支架512的顶面固定连接，过渡法兰513的立面垂直于安装支架512的顶面并用于支撑连接第一可调导光筒511和连接法兰514；过渡法兰513在安装支架512上的安装角度确定了第一导光管41与立柱12之间形成的夹角，从而也确定了二氧化碳激光器3和机器人1之间的位置，如果设备安装现场空间有限，可以通过调节过渡法兰513在安装支架512上的安装位置，来调整二氧化碳激光器3和机器人1之间的相对位置，以满足安装现场的空间要求。光路转换组件52能够将沿第一导光管41水平传输的激光束转变为沿第二导光管42竖直向上传输的激光束；光路转换组件52是一个内部中空的腔体组件，包括入光口、出光口和镜座，入光口和出光口的中轴线相互垂直相交，在交点处设置一块激光反射镜，该镜片通过镜座安装在光路转换组件52上，激光反射镜与入光口和出光口中轴线的夹角均为45°，能够将沿入光口中轴线入射的激光束反射后沿出光口中轴线方向输出，由此将沿第一导光管41水平传输的激光束转变为沿第二导光管42竖直向上传输的激光束。出口端组件53用于完成光路转换组件52上的出光口与第二导光管42的对接；出口端组件53包括第二可调导光筒531、安装法兰532，第二可调导光筒531的一端通过螺纹与第二导光管42连接，另一端通过安装法兰532与光路转换组件52的出光口对接；在第二可调导光筒531的入口端有一段较长的外螺纹，用于与第二导光管42端口的内螺纹连接，因第二可调导光筒531上的外螺纹较长，所以能够通过螺纹旋入的深度调节第二可调导光筒531与第二导光管42连接后的总长度；安装法兰532通过紧固件与调节板组件6固定连接，通过调节调节板组件6的位置能够实现对安装法兰532位置的微调，以满足光路调节过程中各零部件位置的精准调节。

如图8-9所示：上述的调节板组件6包括调节底板61和调节面板62，调节底板61能够调节安装法兰532与立柱12之间的相对位置，调节面板62能够调节安装法兰532在水平方向上的位置。其中调节底板61为两条水平边沿呈凸条状的矩形板，调节面板62是较调节底板61小的矩形板、镶嵌在调节底板61的两根水平凸条之间并能够在凸条限制的范围内水平移动；调节面板62在调节底板61上的位置确定后通过紧固件将其固定在调节底板61上，然后将安装法兰532固定设置在调节面板62上。上述的调节底板61通过调节螺栓组件7固定在立柱12后侧的面板上，调节螺栓组件7包括螺纹套71和内六角圆柱头螺钉72，调节底板61的四个角上各有一个直径相同的内螺纹通孔，每个内螺纹通孔中套设一个与之匹配的螺纹套71，螺纹套71中心的通孔中穿插有与之配套的内六角圆柱头螺钉72，立柱12后侧的面板上有四个与内六角圆柱头螺钉72对应设置的内螺纹沉孔。将螺纹套71套设在调节底板61四角上的内螺纹通孔中，旋转螺纹套71使之穿透调节底板61，将内六角圆柱头螺钉72穿过螺纹套71中心的通孔并螺旋插入到立柱12上的内螺纹沉孔中，可以将调节底板61固定在立柱12上。在将内六角圆柱头螺钉72锁死之前，应先通过螺纹套71来调节调节底板61与立柱12的间距，螺纹套71穿透调节底板61上的内螺纹通孔后与立柱12抵触，螺纹套71穿透内螺纹通孔后突出的长度正好是调节底板61与立柱12的间距，因此可以通过调节螺纹套71穿透调节底板61后凸出的长度来调节调节底板61与立柱12的间距，调节到合适间距时即可将内六角圆柱头螺钉72锁死，将调节底板61固定在立柱12上，调节底板61的四个角都可以通过这种方式调节调节底板61与立柱12的间距，以此调节调节底板61的位置，因安装法兰532固定安装的调节板组件6上，因此安装法兰532的位置也实现了调节。

实施例二

如图10所示：一种机器人三维激光切割装置，包括机器人1、光纤9和光纤激光器8，机器人1包括机械臂11和立柱12，立柱12垂直于地面并用于固定安装机械臂11、光路连接装置2和电控柜，机械臂11固定安装在立柱12顶部前侧的凸台上，凸台使机械臂11与立柱12的本体之间保持足够宽的距离，确保机械臂11在三维空间中不断变换姿态时不会与立柱12发生碰撞，立柱12顶部设置有机器人入光口15，激光束通过该机器人入光口15能够进入机械臂11内部的导光臂中。在机器人1的机械臂11中内置有激光导光臂，且在机械臂11末端安装有带激光切割头14的位置调节装置13；光纤激光器8和机器人1之间通过光纤9连接，从光纤激光器8输出的激光经由光纤9传输到机器人1的机器人入光口15，激光束由机器人入光口15进入机械臂11内部的激光导光臂，经激光导光臂传输的激光束最后由激光切割头14输出对工件进行加工。

实施例二就是把实施例一中的二氧化碳激光器3更换为光纤激光器8，因光纤激光能够直接由光纤激光器8经由光纤传输到机械臂11内部的激光导光臂中，不需要采用实施例一中的复杂光路连接装置2传输，结构更简单，装配更方便，但是因为光纤激光的波长特性，不适宜切割非金属材料，因此一般配置二氧化碳激光器3的机器人三维激光切割装置用于非金属材料切割，配置光纤激光器8的机器人三维激光切割装置用于金属材料切割。

本实用新型通过光路连接装置2实现从激光器到机器人1的光路连接，连接二氧化碳激光器3的光路连接装置2中的多处可调节设计使光路连接变得精准快捷，通过导光管和可调导光筒之间的螺纹连接可调节光路的总长度，通过调节板组件6可调节安装法兰532的位置，从而满足光路调节的需要；并且还能通过改变过渡法兰513在安装支架512上的安装位置来满足二氧化碳激光器3和机器人1相对位置的改变，以适应设备安装现场的空间限制。

以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内；本实用新型未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种机器人三维激光切割装置，包括机器人（1）和激光器，其特征在于：所述的机器人（1）的机械臂（11）中内置有激光导光臂，且在机械臂（11）末端安装有带激光切割头（14）的位置调节装置（13），机器人（1）和激光器之间通过光路连接装置（2）连接，从激光器输出的激光束经由光路连接装置（2）传输到机器人（1）上的机器人入光口（15），激光束由机器人入光口（15）进入机械臂（11）内部的激光导光臂，经激光导光臂传输的激光束最后由激光切割头（14）输出对工件进行加工。

2.根据权利要求1所述的机器人三维激光切割装置，其特征在于：所述的机器人（1）包括机械臂（11）和立柱（12），机械臂（11）固定安装在立柱（12）顶部前侧的凸台上，凸台使机械臂（11）与立柱（12）的本体之间保持足够宽的距离以确保机械臂（11）在三维空间中不断变换姿态时避免与立柱（12）发生碰撞；所述立柱（12）的顶部设置有机器人入光口（15），激光束通过该机器人入光口（15）进入机械臂（11）内部的激光导光臂中。

3.根据权利要求1或2所述的机器人三维激光切割装置，其特征在于：所述的激光器为光纤激光器（8），则光路连接装置（2）为光纤（9）。

4.根据权利要求1或2所述的机器人三维激光切割装置，其特征在于：所述的激光器为二氧化碳激光器（3），则光路连接装置（2）包括导光管（4）和能够将水平光路转换成竖直光路的光路转向装置（5），导光管（4）包括水平设置的第一导光管（41）和竖直设置的第二导光管（42），第一导光管（41）的第一入光口（411）与二氧化碳激光器（3）的出光口同轴连接、第一导光管（41）的出光口与光路转向装置（5）的入光口对接；第二导光管（42）的第二入光口（421）与光路转向装置（5）的出光口同轴连接、第二导光管（42）的出光口与机器人入光口（15）同轴连接。

5.根据权利要求4所述的机器人三维激光切割装置，其特征在于：所述的光路转向装置（5）包括入口端组件（51）、光路转换组件（52）和出口端组件（53），其中，入口端组件（51）用于完成第一导光管（41）的出光口与光路转换组件（52）上的入光口的对接；光路转换组件（52）能够将沿第一导光管（41）水平传输的激光束转变为沿第二导光管（42）竖直向上传输的激光束；出口端组件（53）用于完成光路转换组件（52）上的出光口与第二导光管（42）的对接。

6.根据权利要求5所述的机器人三维激光切割装置，其特征在于：所述的入口端组件（51）包括第一可调导光筒（511）、安装支架（512）、过渡法兰（513）和连接法兰（514），第一可调导光筒（511）的一端通过螺纹与第一导光管（41）的出光口连接、另一端依次通过过渡法兰（513）和连接法兰（514）与光路转换组件（52）的入光口对接；安装支架（512）固定设置在机器人（1）的立柱（12）后侧的面板上并用于支撑过渡法兰（513），截面为L形的过渡法兰（513）的底面与安装支架（512）的顶面固定连接，过渡法兰（513）的立面垂直于安装支架（512）的顶面并用于支撑连接第一可调导光筒（511）和连接法兰（514）。

7.根据权利要求5所述的机器人三维激光切割装置，其特征在于：所述的出口端组件（53）包括第二可调导光筒（531）、安装法兰（532），第二可调导光筒（531）的一端通过螺纹与第二导光管（42）连接、另一端通过安装法兰（532）与光路转换组件（52）的出光口对接；所述的安装法兰（532）通过紧固件与调节板组件（6）固定连接，通过调节调节板组件（6）的位置能够实现对安装法兰（532）位置的微调。

8.根据权利要求7所述的机器人三维激光切割装置，其特征在于：所述的调节板组件（6）包括调节底板（61）和调节面板（62），调节底板（61）能够调节安装法兰（532）与立柱（12）之间的相对位置，调节面板（62）能够调节安装法兰（532）在水平方向上的位置。

9.根据权利要求8所述的机器人三维激光切割装置，其特征在于：所述的调节底板（61）为两条水平边沿呈凸条状的矩形板，矩形的调节面板（62）镶嵌在调节底板（61）的两根水平凸条之间并能够在凸条限制的范围内水平移动；所述调节面板（62）在调节底板（61）上的位置确定后通过紧固件将调节面板（62）固定在调节底板（61）上，然后将安装法兰（532）固定设置在调节面板（62）上。

10.根据权利要求8或9所述的机器人三维激光切割装置，其特征在于：所述的调节底板（61）通过调节螺栓组件（7）固定在立柱（12）后侧的面板上，调节螺栓组件（7）包括螺纹套（71）和内六角圆柱头螺钉（72），螺纹套（71）嵌置在调节底板（61）上，与螺纹套（71）螺纹连接的内六角圆柱头螺钉（72）穿过螺纹套（71）后与立柱（12）后侧的面板螺纹固定。

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