RU164382U1 - LASER TECHNOLOGICAL INSTALLATION FOR DIMENSIONAL PROCESSING - Google Patents

LASER TECHNOLOGICAL INSTALLATION FOR DIMENSIONAL PROCESSING Download PDF

Info

Publication number
RU164382U1
RU164382U1 RU2015148622/02U RU2015148622U RU164382U1 RU 164382 U1 RU164382 U1 RU 164382U1 RU 2015148622/02 U RU2015148622/02 U RU 2015148622/02U RU 2015148622 U RU2015148622 U RU 2015148622U RU 164382 U1 RU164382 U1 RU 164382U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
laser
optical
cutting head
collimator
optical cutting
Prior art date
Application number
RU2015148622/02U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Викторович Блинков
Дмитрий Иванович Кондратюк
Владимир Николаевич Косинов
Original Assignee
Российская Федерация от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) filed Critical Российская Федерация от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России)
Priority to RU2015148622/02U priority Critical patent/RU164382U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU164382U1 publication Critical patent/RU164382U1/en

Links

Images

Abstract

Лазерная технологическая установка для размерной обработки изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ), содержащая стол и вращатель для закрепления изделий, манипулятор в виде руки 6-координатного высокоточного робота с приводами, системой управления и гибким кабеленесущим коробом, на котором закреплена оптическая режущая головка с фокусирующим блоком и с устройством для подачи дополнительного технологического газа в зону реза, и иттербиевый волоконный лазер, содержащий на выходе волоконно-оптический кабель с коннектором, прецизионно связанным с коллиматором оптической режущей головки, при этом на корпусе оптической режущей головки расположено в нижней части конусное сопло, а в верхней части - коннектор волоконно-оптического кабеля, оптически связанный с коллиматором, отличающаяся тем, что верхняя часть корпуса оптической режущей головки выполнена из двух цилиндров, пересекающихся взаимно перпендикулярно, на входе первого цилиндра закреплен коллиматор, а на пересечении осей симметрии цилиндров установлено поворотное зеркало с частичным пропусканием излучения на HD камеру, установленную на торце второго цилиндра, несущего соосно оптической оси фокусирующий блок и быстросъемный блок защитного стекла, а на боковой поверхности - штуцер для подачи технологического газа в зону обработки соосно лазерному излучению через конусное сопло.Laser technological installation for dimensional processing of products made of polymer composite materials (PCM), containing a table and a rotator for fixing products, a hand-shaped manipulator of a 6-axis high-precision robot with drives, a control system and a flexible cable carrier on which an optical cutting head with a focusing element is fixed a unit and with a device for supplying additional process gas to the cutting zone, and a ytterbium fiber laser containing an optical fiber cable with a connector at the output, connected conically to the collimator of the optical cutting head, while on the body of the optical cutting head there is a conical nozzle in the lower part and a fiber optic cable connector optically connected to the collimator in the upper part, characterized in that the upper part of the optical cutting head housing is made of two cylinders intersecting mutually perpendicularly, a collimator is fixed at the inlet of the first cylinder, and a rotary mirror with partial transmission is installed at the intersection of the symmetry axes of the cylinders radiation on the HD camera mounted on the end of the second cylinder, carrying coaxially optical axis of the focusing unit and a quick protective glass unit, and on the lateral surface - fitting for feeding a process gas into the processing zone coaxially through laser-cone nozzle.

Description

Область техники.The field of technology.

Полезная модель относится к технологическим процессам, к установкам для лазерной обработки, более конкретно - к установкам для размерной обработки изделий из ПКМ (полимерных композиционных материалов) сложной пространственной формы и может быть использована в авиакосмической промышленности, судостроении, транспорте.The utility model relates to technological processes, to installations for laser processing, and more specifically, to installations for dimensional processing of PCM products (polymer composite materials) of complex spatial form and can be used in the aerospace industry, shipbuilding, and transportation.

Уровень техники.The level of technology.

В настоящее время в авиакосмической, машиностроительной и в других отраслях все больше изделий изготавливается из современных ПКМ. Наиболее распространенным сейчас способом размерной обработки таких изделий является механический. Основными недостатками применяемой технологии являются:Currently, in the aerospace, engineering and other industries, more and more products are made from modern PCM. The most common way of dimensional processing of such products is mechanical. The main disadvantages of the technology used are:

- быстрый износ режущего инструмента;- quick wear of the cutting tool;

- трудность, а иногда и невозможность осуществления резки по сложному контуру;- the difficulty, and sometimes the impossibility of cutting along a complex contour;

- выкрашивание, расслоение, разлохмачивание кромок в зоне реза, смятие и деформация мягких материалов и соответственно ухудшение качества обработки;- chipping, delaminating, breaking up the edges in the cutting zone, crushing and deformation of soft materials and, accordingly, deterioration in the quality of processing;

- низкая производительность процесса, особенно при разделительной контурной резке;- low productivity of the process, especially with dividing contour cutting;

- низкий коэффициент использования материала из-за нерациональности карты раскроя.- low utilization of the material due to the irrationality of the cutting map.

Поэтому для достижения практической цели качественной обработки изделий из ПКМ, наиболее перспективным методом размерной обработки является лазерная резка (см. труды Московской Международной конференции «Теория и практика технологии производства изделий из композиционных материалов и новых металлических сплавов» с. 467-474).Therefore, to achieve the practical goal of high-quality processing of PCM products, the most promising method of dimensional processing is laser cutting (see the proceedings of the Moscow International Conference "Theory and Practice of the Technology of Production of Products from Composite Materials and New Metal Alloys" p. 467-474).

Основными преимуществами лазерной резки являются (см. патенты RU 2219029, US 4.639.572, US 5.500.505, RU 2382693, JP 9019787A):The main advantages of laser cutting are (see patents RU 2219029, US 4.639.572, US 5.500.505, RU 2382693, JP 9019787A):

- качественная обработка кромок без механических усилий с минимальной зоной термического влияния;- high-quality processing of edges without mechanical efforts with a minimum zone of thermal influence;

- большие скорости обработки в автоматическом режиме;- high processing speeds in automatic mode;

- контурная резка по сложной траектории с быстрой переналадкой при смене типоразмера обрабатываемого изделия;- contour cutting along a complex path with quick changeover when changing the size of the workpiece;

- более экологически чистые условия производственного процесса;- more environmentally friendly conditions of the production process;

- возможность автоматизации процесса с обеспечением прямого восприятия цифровых моделей изделия, созданных конструктором в CAD-среде.- the ability to automate the process with direct perception of digital product models created by the designer in a CAD environment.

Лазерная резка композитных материалов существенно отличается от резки металлов.Laser cutting of composite materials is significantly different from metal cutting.

Во-первых, здесь нет следящей системы на базе специального емкостного датчика за контролем расстояния между соплом режущей головки и обрабатываемой поверхностью, по сигналу которого оптическая режущая головка отслеживает кривизну обрабатываемой поверхности с помощью дополнительной управляемой от ЧПУ координаты. Такую функцию должна выполнять механическая станочная часть.Firstly, there is no tracking system based on a special capacitive sensor for monitoring the distance between the nozzle of the cutting head and the machined surface, by the signal of which the optical cutting head monitors the curvature of the machined surface using an additional coordinate controlled by the CNC. This function should be performed by a mechanical machine part.

Во-вторых, вкладываемая энергия лазерного излучения в процесс резки должна быть достаточная для разрушения обрабатываемого материала без дальнейшего его возгорания, чтобы уменьшить так называемую зону термического влияния (зону обугливания волокон), поэтому здесь необходим импульсный режим лазера наряду с непрерывным.Secondly, the input energy of laser radiation in the cutting process should be sufficient to destroy the processed material without further ignition, so as to reduce the so-called heat-affected zone (carbonization zone of the fibers), therefore, a pulsed laser mode is necessary along with a continuous one.

В-третьих, для проведения лазерной резки изделий сложной пространственной формы необходимо, чтобы лазерный луч был перпендикулярен поверхности обрабатываемого изделия, а для этого необходимо программное изменение ориентации во времени и в пространстве лазерного луча, что требует разработки установок для перемещения оптической режущей головки по пяти и более координатам.Thirdly, for laser cutting of products with complex spatial shapes, it is necessary that the laser beam is perpendicular to the surface of the workpiece, and this requires a programmed change in orientation in time and in the space of the laser beam, which requires the development of installations for moving the optical cutting head in five and more coordinates.

В настоящее время известны два вида лазерных установок обеспечивающих сложную траекторию движения лазерного луча по нескольким координатам.Currently, two types of laser systems are known that provide a complex trajectory of the laser beam along several coordinates.

В первом виде лазерных установок режущая оптическая головка крепится в суппорте лазерного технологического комплекса с возможностью перемещать ее по трем и более координатам.In the first type of laser systems, the cutting optical head is mounted in the support of the laser technological complex with the ability to move it in three or more coordinates.

Суть данных режущих установок заключается в следующем. Оптическая режущая головка крепится к поворотной головке, которая поворачивает ее вокруг вертикальной оси (координата С) и отклоняет ее от вертикального положения поворотом вокруг горизонтальной оси (координата В), плюс перемещение самой головки как единого целого по трем координатам Χ, Y, Z. Поэтому такое устройство называют пятикоординатной лазерной режущей головкой. Повороты вокруг вертикальной оси и вокруг горизонтальной оси осуществляются круговыми синхронными двигателями, расположенными непосредственно в поворотной головке, а благодаря полым роторам этих двигателей, на которых закреплены поворотные призмы с зеркалами, лазерный луч проходит внутри этих роторов и с помощью призм с зеркалами поворачивается на каждой на 90° и направляется на фокусирующую линзу режущей оптической головки.The essence of these cutting installations is as follows. The optical cutting head is attached to the rotary head, which rotates it around the vertical axis (coordinate C) and deviates it from the vertical position by turning around the horizontal axis (coordinate B), plus moving the head itself as a whole in three coordinates Χ, Y, Z. Therefore such a device is called a five-axis laser cutting head. Rotations around the vertical axis and around the horizontal axis are carried out by synchronous circular motors located directly in the rotary head, and thanks to the hollow rotors of these engines, on which rotary prisms with mirrors are mounted, the laser beam passes inside these rotors and, with the help of prisms with mirrors, rotates on each 90 ° and is directed to the focusing lens of the cutting optical head.

Сенсорный датчик емкостного типа контролирует зазор между соплом и обрабатывающей поверхностью. Такие условия резки достигаются программным управлением всех пяти координат с помощью СЧПУ.A capacitive-type sensor monitors the gap between the nozzle and the machining surface. Such cutting conditions are achieved by program control of all five coordinates using the control system.

Лазерное излучение в зависимости от типа лазера транспортируется в поворотную головку, либо системой поворотных стационарных зеркал, (пятикоординатные установки фирмы «Трумпф», «Прима индустрия», «Мазак» и ряд других с CO2-лазерами) находящихся на подвижных каретках, либо с помощью волоконного кабеля, сочлененного QBH-разъемом непосредственно с поворотной головкой для иттербиевого волоконного лазера и твердотельного (см. RU 2386523, RU 86129).Depending on the type of laser, laser radiation is transported to the rotary head, either by a system of rotary stationary mirrors (five-axis installations of Trumpf, Prima Industry, Mazak and several others with CO 2 lasers) located on movable carriages, or with using a fiber cable articulated by a QBH connector directly with a rotary head for a ytterbium fiber laser and solid-state (see RU 2386523, RU 86129).

Такие лазерные технологические комплексы в основном используются для обработки металлических изделий.Such laser technological complexes are mainly used for processing metal products.

В другом виде лазерных установок оптическая головка совмещена с манипулятором существующих робототехнических систем, например, разработки фирмы «Кука» (Германия), ЕСАБ (Швеция), «Фонук» (Япония).In another form of laser systems, the optical head is combined with a manipulator of existing robotic systems, for example, developed by Kuka (Germany), ESAB (Sweden), Fonuk (Japan).

Недостатком таких установок является то, что они, как правило, используются из-за небольших скоростей манипулятора в основном для сварочных работ, а отсутствие следящей системы контроля зазора усложняет их применение для операции резки.The disadvantage of such installations is that they are usually used because of the low speeds of the manipulator, mainly for welding, and the lack of a tracking clearance control system complicates their use for cutting operations.

Обойти данную проблему были предприняты авторами патента ЕР 1249299, B23K 26/03, 2002 г. (JP 2001112678) из фирмы «FanucLtd», которые предложили заменить на первом этапе в оптической режущей головке, закрепленной в манипуляторе робота, вместо сочлененного с ней коннектора волоконного кабеля, на мини телевизионную камеру, изображение с которой передается по волоконному кабелю в операционную систему управления роботом для его предварительного обучения, что позволяет затем оптической режущей головкой повторять полностью контур обрабатываемого изделия.Bypassing this problem was undertaken by the authors of patent EP 1249299, B23K 26/03, 2002 (JP 2001112678) from the company FanucLtd, who proposed replacing the optical cutting head mounted in the robot arm instead of the fiber connector connected to it at the first stage cable, to a mini television camera, the image from which is transmitted via a fiber cable to the robot operating system for its preliminary training, which then allows the optical cutting head to repeat the entire contour of the workpiece.

Данная модель была принята нами за основу.This model was adopted by us as a basis.

Схема конструкции сопла прототипа представлена на фиг. 1.The prototype nozzle design diagram is shown in FIG. one.

Для выполнения лазерной обработки, оптический блок 100 содержащий основание 32, волоконно-оптический коннектор 33, транспортирующее волокно для подачи лазерного излучения 34, сочленяется с корпусом сопла 31, в котором расположена фокусирующая система, состоящая из двух линз 38 и 39.To perform laser processing, an optical unit 100 containing a base 32, a fiber optic connector 33, a transporting fiber for supplying laser radiation 34, is coupled to the nozzle body 31, in which a focusing system consisting of two lenses 38 and 39 is located.

Причем волоконно-оптический коннектор 33 расположен так, что оптическая ось лазерного луча, поступающего с волокна 34 в устройство корпуса сопла 31, совпадает с оптической осью системы линзы 38 и 39.Moreover, the fiber-optic connector 33 is located so that the optical axis of the laser beam coming from the fiber 34 into the device of the nozzle body 31 coincides with the optical axis of the lens system 38 and 39.

Сама конструкция закрепляется в манипуляторе руки робота 41 и лазерная обработка осуществляется путем перемещения сфокусированного луча вдоль траектории обработки.The structure itself is fixed in the robot arm 41 and laser processing is carried out by moving the focused beam along the processing path.

Чтобы обучить робот выполнять такую операцию, на первом этапе обработки оптический блок 100 заменяют на блок 200, который содержит камеру 36 (например - ПЗС-камеру), адаптер 35, оптический кабель 37.In order to train the robot to perform such an operation, at the first stage of processing, the optical unit 100 is replaced with a unit 200 that includes a camera 36 (for example, a CCD camera), an adapter 35, an optical cable 37.

Адаптер 35 оптического блока 200 позволяет сочленяться с корпусом сопла 31 так, что оптическая ось камеры 35 совпадает с осью фокусирующей системы объективов 38, 39.The adapter 35 of the optical unit 200 allows you to articulate with the body of the nozzle 31 so that the optical axis of the camera 35 coincides with the axis of the focusing system of the lenses 38, 39.

Манипулятор руки робота 41 перемещает данную конструкцию по траектории обработки, а изображения с камеры 36 передаются по кабелю 37 в процессор обработки и анализа (на фигуре не указан), чтобы получить позиции реперных точек в результате обучения. Операция обучения с использованием визуального датчика (включая камеру) и процессом обработки изображений и программного обеспечения для анализа хорошо известны и таким образом подробное описание опущено.A robot arm manipulator 41 moves this structure along the processing path, and images from the camera 36 are transmitted via cable 37 to the processing and analysis processor (not shown in the figure) to obtain the positions of the reference points as a result of training. The learning operation using a visual sensor (including a camera) and image processing and analysis software is well known and thus a detailed description is omitted.

Недостатком такой конструкции является то, что необходимо на первом этапе обучения робота устанавливать оптический блок с камерой на место блока волоконно-оптического коннектора, что требует дополнительной подъюстировки всей конструкции оптической режущей головки и затрат времени на переустановку, что приводит к снижению производительности труда.The disadvantage of this design is that it is necessary at the first stage of training the robot to install an optical unit with a camera in place of the fiber optic connector unit, which requires additional adjustment of the entire structure of the optical cutting head and the time required for reinstallation, which leads to a decrease in labor productivity.

Сущность полезной модели.The essence of the utility model.

Задачей полезной модели является разработка лазерной технологической установки для размерной обработки изделий сложной пространственной формы из ПКМ, позволяющей обрабатывать изделия с большей производительностью, благодаря более быстрому обучению робота на первом этапе обработки, лучшим качеством реза, за счет точного выдерживания рабочего зазора между соплом и обрабатываемой поверхностью, а также дополнительным поддувом технологического газа в зону обработки, причем обработка ведется в автоматическом режиме с созданием экологически чистых условий производства.The objective of the utility model is the development of a laser technological installation for dimensional processing of products of complex spatial form from PCM, which allows processing products with greater productivity due to faster robot training at the first processing stage, better cut quality, due to the exact maintenance of the working gap between the nozzle and the surface to be machined , as well as additional blowing of the process gas into the treatment zone, and the processing is carried out automatically with the creation of ecologists Eski-friendly production conditions.

Установка должна быть универсальной, обеспечивать прямое восприятие цифровых моделей изделий, должна быть оборудована кабиной с эффективным устройством отсоса технологического газа и продуктов распада при лазерной обработке.The installation should be universal, provide a direct perception of digital models of products, should be equipped with a cabin with an effective device for suction of process gas and decay products during laser processing.

Поставленная задача достигается тем, что в лазерной технологической установке для размерной обработки изделий из ПКМ, содержащей стол и дополнительный вращатель для закрепления деталей, манипулятор в виде руки 6-ти координатного высокоточного промышленного робота, снабженный приводами, системой управления и гибким кабеленесущим коробом, оптическую режущей головку с устройством для подачи дополнительного технологического газа в зону реза и иттербиевый волоконный лазер, содержащий на выходе волоконно-оптический кабель с коннектором, прецизионно связанным с коллиматором оптической режущей головки, при этом, оптическая режущая головка выполнена с цилиндрическим корпусом, содержащим фокусирующую систему, и несущим в нижней части конусное сопло, а в верхней части - коннектор волоконно-оптического кабеля, оптически связанный с коллиматором, корпус оптической режущей головки в верхней своей части представляет собой конструкцию из двух цилиндров пересекающихся взаимно перпендикулярно, на входе первого цилиндра крепится коллиматор, а на пересечении осей симметрии цилиндров установлено поворотное зеркало с частичным пропусканием на HD камеру, установленную на торце второго цилиндра, несущего соосно оптической оси фокусирующий блок и быстросъемный блок с защитным стеклом, а на боковой поверхности - штуцер для подачи технологического газа (N2) в зону обработки соосно лазерному излучению через конусное сопло.The task is achieved by the fact that in the laser technological installation for dimensional processing of PCM products containing a table and an additional rotator for fixing parts, a hand-shaped manipulator of a 6-coordinate high-precision industrial robot equipped with drives, a control system and a flexible cable carrier, an optical cutting a head with a device for supplying additional process gas to the cutting zone and a ytterbium fiber laser containing an optical fiber cable with a connector at the output, precision connected with the collimator of the optical cutting head, while the optical cutting head is made with a cylindrical body containing a focusing system and bearing a conical nozzle in the lower part, and a fiber optic cable connector optically connected to the collimator, an optical cutting case in the upper part the head in its upper part is a construction of two cylinders intersecting mutually perpendicularly, a collimator is mounted at the inlet of the first cylinder, and at the intersection of the axes of symmetry of the cylinder A ditch mirror was installed with partial transmission to an HD camera mounted on the end of the second cylinder, bearing a focusing block coaxially with the optical axis and a quick-detachable block with protective glass, and on the side surface there was a fitting for supplying process gas (N 2 ) to the processing zone coaxially to laser radiation through the cone nozzle.

Конструкция оптической режущей головки позволяет оператору с помощью HD камеры в реальном времени юстировать положение сфокусированного луча относительно обрабатываемой поверхности, тем самым устанавливать реперные точки для обучения робота повторять контур обрабатываемой поверхности с большей точностью и без предварительной переоснастки режущей головки.The design of the optical cutting head allows the operator to adjust the position of the focused beam relative to the work surface using an HD camera in real time, thereby setting reference points for training the robot to repeat the contour of the work surface with greater accuracy and without first re-fitting the cutting head.

Система управления технологическим процессом осуществляется на базе персонального компьютера с помощью современного 3D программного обеспечения с диагностикой и отображением на экране дисплея состояния работы лазерной установки в целом.The process control system is carried out on the basis of a personal computer with the help of modern 3D software with diagnostics and display of the operation status of the laser system as a whole on the display screen.

Перечень фигур на чертежах.The list of figures in the drawings.

Фиг. 1. Схема сопла лазерной обработки из патента ЕР 1249299.FIG. 1. Scheme of a laser processing nozzle from patent EP 1249299.

Фиг. 2. Общий вид лазерной технологической установки для размерной обработки.FIG. 2. General view of the laser technological installation for dimensional processing.

Фиг. 3. Оптическая режущая головка.FIG. 3. Optical cutting head.

Раскрытие полезной модели.Disclosure of a utility model.

Лазерная технологическая установка для размерной обработки изделий из ПКМ сложной пространственной формы содержащая:Laser technological installation for dimensional processing of PCM products of complex spatial form containing:

- стол и дополнительный вращатель для закрепления деталей;- a table and an additional rotator for fixing parts;

- оснастку с оптической режущей головкой и устройством для подачи дополнительного технологического газа в зону реза;- equipment with an optical cutting head and a device for supplying additional process gas to the cutting zone;

- манипулятор в виде руки 6-ти координатного высокоточного промышленного робота, предназначенного для перемещения по контуру обрабатываемого изделия оптической режущей головки вместе с оснасткой, причем манипулятор снабжен приводами, системой управления и гибким кабеленесущим коробом;- a manipulator in the form of a hand of a 6-coordinate high-precision industrial robot designed to move an optical cutting head along with a tool along the contour of the workpiece, the manipulator equipped with drives, a control system, and a flexible cable carrier;

- иттербиевый волоконный лазер, содержащий на выходе волоконно-оптический кабель с коннектором, прецизионно связанным с коллиматором оптической режущей головки;- ytterbium fiber laser containing at the output a fiber optic cable with a connector precision connected to the collimator of the optical cutting head;

- кабину, создающей экологически чистые условия эксплуатации установки;- a cabin creating environmentally friendly operating conditions for the installation;

- устройство отвода и очистки газов и продуктов распада из зоны резки;- a device for the removal and purification of gases and decomposition products from the cutting zone;

- устройство подвода пневмо и электропитания;- device for supplying pneumatic and electrical power;

- стойку управления технологической установки;- a control rack of a technological installation;

- устройство автономного замкнутого охлаждения;- device of autonomous closed cooling;

- выносной пульт ручного управления.- portable remote control.

Корпус оптической режущей головки в верхней своей части представляет собой конструкцию из двух цилиндров пересекающихся взаимно перпендикулярно, на входе первого цилиндра крепится коллиматор, а на пересечении осей симметрии цилиндров установлено поворотное зеркало с частичным пропусканием на HD камеру, установленную на торце второго цилиндра, несущего соосно оптической оси фокусирующий блок и быстросъемный блок с защитным стеклом, а на боковой поверхности -штуцер для подачи технологического газа (N2) в зону обработки соосно лазерному излучению через конусное сопло.The housing of the optical cutting head in its upper part is a construction of two cylinders intersecting mutually perpendicularly, a collimator is mounted at the inlet of the first cylinder, and at the intersection of the axes of symmetry of the cylinders, a rotary mirror is installed with partial transmission to an HD camera mounted on the end of the second cylinder, bearing coaxially optical axis of the focusing unit and a quick release unit with a protective glass, and on the lateral surface -shtutser for supplying process gas (N 2) into the processing zone coaxially to the laser radiation through a cone nozzle.

При этом, HD камера выполнена с выходом на дисплей, позволяющей юстировать положение сфокусированного луча относительно обрабатываемой поверхности в реальном времени и тем самым устанавливать реперные точки для обучения робота повторять контур обрабатываемой поверхности без переоснастки.At the same time, the HD camera is made with an output to the display, which allows you to adjust the position of the focused beam relative to the surface being machined in real time and thereby establish reference points for teaching the robot to repeat the contour of the surface to be processed without retooling.

Лазерная технологическая установка в соответствии с изобретением содержит (см. фиг. 2, 3) стол 2 для установки и закрепления детали 1 (либо дополнительный вращатель 3, управляемый от стойки управления 19 робота 8), оснастку 24 для оптической режущей головки 10 и трубки 21, с возможностью ее подъюстировки салазками 27, для дополнительной подачи технологического газа в зону сопряженную с зоной реза. В свою очередь оснастка 24 позиционируется в фланце 25 манипулятора в виде руки 6-ти координатного высокоточного промышленного робота 8. Манипулятор робота 8 перемещает по контуру обрабатываемого изделия оптическую режущую головку 10 по предварительно составленной 3D программе ЧПУ и дообученной на первом этапе с помощью HD камеры 26, которая позволяет юстировать положение сопла 18 режущей головки 10 относительно обрабатываемой поверхности детали 1 с нужным для осуществления операции резки зазором, тем самым устанавливая реперные точки, координаты которых анализируются в ЧПУ с внесением нужных поправок в саму программу.The laser technological installation in accordance with the invention contains (see Fig. 2, 3) a table 2 for installing and securing the part 1 (or an additional rotator 3, controlled from the control rack 19 of the robot 8), snap-in 24 for the optical cutting head 10 and tube 21 , with the possibility of its adjustment by a slide 27, for additional supply of process gas to the zone associated with the cutting zone. In turn, the snap-in 24 is positioned in the flange 25 of the manipulator in the form of the hand of a 6-coordinate high-precision industrial robot 8. The manipulator of the robot 8 moves the optical cutting head 10 along the contour of the workpiece according to a previously compiled 3D CNC program and retrained at the first stage using an HD camera 26 , which allows you to adjust the position of the nozzle 18 of the cutting head 10 relative to the workpiece surface 1 with the necessary clearance for the cutting operation, thereby establishing reference points, coordinates The dates of which are analyzed in the CNC with the necessary amendments to the program itself.

Робот 8 снабжен приводами с системой управления 19 и гибким кабеленесущим коробом 28, в котором находятся волоконно-оптический кабель 11 для транспортировки лазерного излучения 14 и шланги для подачи технологического газа и охлаждаемой жидкости в оптическую режущую головку 10.The robot 8 is equipped with actuators with a control system 19 and a flexible cable carrier 28, in which there are fiber optic cable 11 for transporting laser radiation 14 and hoses for supplying process gas and cooled liquid to the optical cutting head 10.

Волоконный лазер 5 оптически связан с режущей головкой 10 посредством прецизионного сочленения коннектора 12 волоконно-оптического кабеля 11 с коллиматором 13, расположенным в корпусе 23 режущей головки 10.The fiber laser 5 is optically coupled to the cutting head 10 through the precision articulation of the connector 12 of the fiber optic cable 11 with a collimator 13 located in the housing 23 of the cutting head 10.

Оптическая режущая головка 10 служит для подачи сфокусированного лазерного излучения 14 в зону обработки и совместно с подаваемым соосно технологическим газом обеспечивает процесс газолазерной резки. Она состоит из корпуса 23, в котором закреплены коллиматор 13, охлаждаемое поворотное зеркало 15, блок фокусирующей линзы 16, быстросъемный блок защитного стекла 17, блок HD камеры 26, конусного сопла 18 и штуцера для подачи технологического газа (N2) 22.An optical cutting head 10 serves to supply focused laser radiation 14 to the treatment zone and, together with the coaxial process gas supplied, provides a gas laser cutting process. It consists of a housing 23 in which a collimator 13, a cooled rotary mirror 15, a focusing lens unit 16, a quick-detachable protective glass unit 17, an HD camera unit 26, a cone nozzle 18, and a process gas supply fitting (N 2 ) 22 are fixed.

Корпус 23 оптической режущей головки представляет собой конструкцию из двух цилиндров 28,29, пересекающихся взаимно перпендикулярно. На входе первого цилиндра 28 крепится коллиматор 13. На пересечении осей симметрии цилиндров 28 и 29 установлено поворотное зеркало 15 с частичным пропусканием на HD камеру 26, закрепленной на торце цилиндра 29. Внутри цилиндра 29 соосно оптической оси расположен фокусирующий блок 16 и быстросъемный блок с защитным стеклом 17, а на боковой поверхности - штуцер 22 для подачи технологического газа (N2) соосно лазерному излучению 14 через конусное сопло 18 в зону обработки. Конусное сопло 18 сочленено с выходом цилиндра 29.The housing 23 of the optical cutting head is a design of two cylinders 28.29, intersecting mutually perpendicular. A collimator 13 is mounted at the inlet of the first cylinder 28. At the intersection of the axes of symmetry of the cylinders 28 and 29, a rotary mirror 15 is installed with a partial transmission to an HD camera 26 mounted on the end of the cylinder 29. A focusing block 16 and a quick-detachable block with a protective block are located coaxially with the optical axis 29 glass 17, and on the side surface - fitting 22 for supplying process gas (N 2 ) coaxially to laser radiation 14 through a conical nozzle 18 into the processing zone. The cone nozzle 18 is articulated with the exit of the cylinder 29.

Такая конструкция позволяет одновременно наблюдать за зоной обработки, юстировать сопло 18 относительно обрабатываемой поверхности детали 1 с помощью HD камеры 26 и подавать в зону реза лазерное излучение 14, транспортируемое волоконным трактом 11.This design allows you to simultaneously monitor the processing zone, align the nozzle 18 relative to the workpiece surface 1 with the help of an HD camera 26 and apply laser radiation 14 transported by the fiber path 11 to the cut zone.

Параметры выходного излучения и управление лазером осуществляются по программе ЧПУ.The parameters of the output radiation and laser control are carried out according to the CNC program.

Для охлаждения лазера 5 и оптических элементов режущей головки 10 в установке имеется устройство 6 с замкнутым контуром охлаждения, а для отвода и очистки газов, а также удаления продуктов распада из зоны резки и рабочей камеры 10 установка снабжена вентиляционным устройством 7.For cooling the laser 5 and the optical elements of the cutting head 10, the installation has a device 6 with a closed cooling circuit, and for the removal and purification of gases, as well as removal of decay products from the cutting zone and the working chamber 10, the installation is equipped with a ventilation device 7.

Управление всей технологической установкой осуществляется со стойки управления 4 на базе персонального компьютера с наблюдением за рабочим процессом по монитору стойки управления 4, а также можно управлять технологическим процессом с помощью выносного пульта 9, системы управления 19 робота 8 и наблюдать за технологическим процессом через окна кабины 10.The entire technological installation is controlled from the control rack 4 on the basis of a personal computer with monitoring the workflow from the monitor of the control rack 4, and it is also possible to control the technological process using the remote control 9, control system 19 of the robot 8 and observe the technological process through the windows of the cabin 10 .

Установка работает следующим образом:Installation works as follows:

На первом этапе происходит обучение робота повторять контур обрабатываемого изделия на необходимом для лазерной резке зазоре с учетом неточности изготовления реального изделия.At the first stage, the robot is trained to repeat the contour of the workpiece at the gap necessary for laser cutting, taking into account the inaccuracy of manufacturing a real product.

Для этого деталь 1 закрепляется на столе 2 (либо в дополнительный вращатель 3). Затем включается технологическая лазерная установка. Порядок включения: сначала включается устройство автономного замкнутого охлаждения 6, лазер 5, устройство отвода и очистки газов 7, стойка управления 4, робот 8.For this, part 1 is fixed on the table 2 (or in an additional rotator 3). Then the technological laser unit is switched on. Switching order: first, an autonomous closed cooling device 6, a laser 5, a gas removal and purification device 7, a control rack 4, a robot 8 are turned on.

С пульта ручного управления 9 манипулятором робота 25 устанавливается оптическая режущая головка 10 с оснасткой 24 в первоначальную точку обработки детали. Для точности выполнения этой операции используется сфокусированное пятно диаметром dn луча пилотного лазера, которое юстируется с необходимым зазором ΔF между соплом 18 оптической режущей головки 10 и обрабатываемой поверхностью детали 1 с помощью HD камеры 26 и монитора стойки управления 4. Координаты этой точки запоминаются в памяти ЧПУ стойки управления роботом 19.An optical cutting head 10 with a snap-in 24 is installed from the hand-held control panel 9 of the robot manipulator 25 to the initial processing point of the part. For the accuracy of this operation, a focused spot with a diameter d n of the pilot laser beam is used, which is adjusted with the necessary gap ΔF between the nozzle 18 of the optical cutting head 10 and the workpiece surface 1 using the HD camera 26 and the monitor of the control rack 4. The coordinates of this point are stored in memory CNC Robot Control Rack 19.

Последовательно оптическая режущая головка устанавливается с помощью манипулятора в другую реперную точку и так по всему контуру обрабатываемой поверхности с запоминанием всех координат реперных точек. На основании этих данных происходит обучение робота и составляется программа по обработке данного контура реза, которая включает в себя не только движение оптической режущей головки по заданному контуру, но и мощность лазерного излучения, характеристики режима генерации лазерного излучения, технологические команды.Consistently, the optical cutting head is installed with the help of a manipulator to another reference point and so on along the entire contour of the machined surface with storing all the coordinates of the reference points. Based on these data, the robot is trained and a program is developed to process this cut contour, which includes not only the movement of the optical cutting head along a given contour, but also the laser radiation power, characteristics of the laser radiation generation mode, and technological teams.

На втором этапе выполняется сама операция лазерной размерной обработки изделия.At the second stage, the laser dimensional processing of the product itself is performed.

Для этого оператор установки закрывает кабину 20 и использует выносной пульт управления 9 для запуска программы в автоматическом режиме обработки. Для наблюдения за процессом обработки используется монитор стойки управления 4, либо через специальные защитные окна кабины 20 технологической установки.For this, the installation operator closes the cab 20 and uses the remote control 9 to run the program in automatic processing mode. To monitor the processing process, a control rack monitor 4 is used, or through special protective windows of the cab 20 of the technological installation.

По программе ЧПУ манипулятор 25 робота 8 устанавливает оптическую режущую головку 10 в первоначальную точку обработки вместе с оснасткой 24, в которой закреплено устройство подачи дополнительного технологического газа через трубку 21 в зону ближайшую к зоне реза для предотвращения возгорания обрабатываемого материала, причем сама трубка 21 закреплена в салазки 27, которые позволяют предварительно настраивать положение трубки 21 относительно обрабатываемой поверхности детали 1.According to the CNC program, the manipulator 25 of the robot 8 sets the optical cutting head 10 to the initial processing point together with a snap-in 24, in which the device for supplying additional process gas through the tube 21 to the zone closest to the cutting zone is fixed to prevent ignition of the processed material, and the tube 21 itself is fixed in a slide 27, which allows you to pre-adjust the position of the tube 21 relative to the workpiece surface 1.

Затем идет команда ЧПУ на подачу технологического газа (N2) в зону реза через сопло 18 и дополнительная подача защитного газа через трубку 21 в последующую зону. С некоторой задержкой ~ 2c идет команда на включение лазерного излучения, одновременно манипулятор робота отрабатывает движение оптической режущей головки 10 по контуру обрабатывающей поверхности детали 1.Then comes the CNC command to supply the process gas (N 2 ) to the cut zone through the nozzle 18 and an additional supply of protective gas through the tube 21 to the subsequent zone. With a certain delay of ~ 2c, a command is sent to turn on the laser radiation, while the robot manipulator processes the movement of the optical cutting head 10 along the contour of the machining surface of part 1.

Оптическая режущая головка 10 служит для подачи сфокусированного лазерного излучения 14 в зону обработки и совместно с подаваемым соосно технологическим газом обеспечивает процесс газолазерной резки. Лазерный луч 14 с необходимой энергией и характеристиками на выходе из коннектора 12 волоконного тракта И коллимируется с помощью коллиматора 13 до диаметра Dn и попадает на поворотное зеркало 15 (с частичным пропусканием для наблюдения за юстировкой лазерного луча с помощью HD камеры 26 и монитора управляющей стойки 4), которое направляет его в блок фокусирующей линзы 16. Далее сфокусированный луч, пройдя быстросъемный блок с защитным стеклом 17, попадает через выходное отверстие сопла 18 в зону резки, образуя пятно диаметром dn. Соосно лучу в зону резки одновременно попадает и технологический газ (N2), который подается через штуцер 22, обеспечивая вынос продуктов распада из зоны обработки. Для защиты фокусирующей линзы 16 от выброса продуктов распада в оптической режущей головке имеется быстросъемный блок защитного стекла 17.An optical cutting head 10 serves to supply focused laser radiation 14 to the treatment zone and, together with the coaxial process gas supplied, provides a gas laser cutting process. The laser beam 14 with the necessary energy and characteristics at the output of the connector of the fiber path 12 is collimated with a collimator 13 to a diameter of D n and gets on the swivel mirror 15 (with partial transmission for observing the alignment of the laser beam using the HD camera 26 and the control rack monitor 4), which directs it to the block of the focusing lens 16. Next, the focused beam, passing through the quick-detachable block with the protective glass 17, enters the cutting zone through the outlet of the nozzle 18, forming a spot with a diameter d n . Coaxially with the beam, the process gas (N 2 ) also enters the cutting zone, which is fed through the nozzle 22, ensuring the removal of decomposition products from the treatment zone. To protect the focusing lens 16 from the release of decay products in the optical cutting head there is a quick-detachable protective glass block 17.

Коллиматор 13 одновременно служит для прецизионного соединения коннектора 12 волоконного тракта 11 с корпусом оптической головки 23, для этого в коллиматоре 13 имеется байонетный разъем.The collimator 13 at the same time serves for the precision connection of the connector 12 of the fiber path 11 with the housing of the optical head 23; for this, the collimator 13 has a bayonet connector.

Дополнительная подача защитного газа через трубку 21 защищает материал обрабатываемого изделия от дальнейшего возгорания и тем самым уменьшает зону обугливания.An additional supply of protective gas through the tube 21 protects the material of the workpiece from further ignition and thereby reduces the carbonization zone.

После окончания процесса лазерной резки робот возвращает оптическую режущую головку в исходное положение.After the laser cutting process is completed, the robot returns the optical cutting head to its original position.

Данная лазерная технологическая установка позволяет производить качественную размерную обработку изделий из ПКМ в автоматическом режиме с хорошим качеством реза за счет точного выдерживания зазора между соплом и обрабатывающей поверхностью на высоких скоростях и соблюдением экологически чистых условий труда.This laser technological unit allows to perform high-quality dimensional processing of PCM products in automatic mode with good cut quality due to the exact maintenance of the gap between the nozzle and the processing surface at high speeds and compliance with environmentally friendly working conditions.

Claims (1)

Лазерная технологическая установка для размерной обработки изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ), содержащая стол и вращатель для закрепления изделий, манипулятор в виде руки 6-координатного высокоточного робота с приводами, системой управления и гибким кабеленесущим коробом, на котором закреплена оптическая режущая головка с фокусирующим блоком и с устройством для подачи дополнительного технологического газа в зону реза, и иттербиевый волоконный лазер, содержащий на выходе волоконно-оптический кабель с коннектором, прецизионно связанным с коллиматором оптической режущей головки, при этом на корпусе оптической режущей головки расположено в нижней части конусное сопло, а в верхней части - коннектор волоконно-оптического кабеля, оптически связанный с коллиматором, отличающаяся тем, что верхняя часть корпуса оптической режущей головки выполнена из двух цилиндров, пересекающихся взаимно перпендикулярно, на входе первого цилиндра закреплен коллиматор, а на пересечении осей симметрии цилиндров установлено поворотное зеркало с частичным пропусканием излучения на HD камеру, установленную на торце второго цилиндра, несущего соосно оптической оси фокусирующий блок и быстросъемный блок защитного стекла, а на боковой поверхности - штуцер для подачи технологического газа в зону обработки соосно лазерному излучению через конусное сопло.
Figure 00000001
Laser technological installation for dimensional processing of products made of polymer composite materials (PCM), containing a table and a rotator for fixing products, a hand-shaped manipulator of a 6-axis high-precision robot with drives, a control system and a flexible cable carrier on which an optical cutting head with a focusing element is fixed a unit and with a device for supplying additional process gas to the cutting zone, and an ytterbium fiber laser containing an optical fiber cable with a connector at the output, connected conically to the collimator of the optical cutting head, while on the body of the optical cutting head there is a conical nozzle in the lower part and a fiber optic cable connector optically connected to the collimator in the upper part, characterized in that the upper part of the optical cutting head housing is made of two cylinders intersecting mutually perpendicularly, a collimator is fixed at the inlet of the first cylinder, and a rotary mirror with partial transmission is installed at the intersection of the symmetry axes of the cylinders radiation on the HD camera mounted on the end of the second cylinder, carrying coaxially optical axis of the focusing unit and a quick protective glass unit, and on the lateral surface - fitting for feeding a process gas into the processing zone coaxially through laser-cone nozzle.
Figure 00000001
RU2015148622/02U 2015-12-25 2015-12-25 LASER TECHNOLOGICAL INSTALLATION FOR DIMENSIONAL PROCESSING RU164382U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015148622/02U RU164382U1 (en) 2015-12-25 2015-12-25 LASER TECHNOLOGICAL INSTALLATION FOR DIMENSIONAL PROCESSING

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015148622/02U RU164382U1 (en) 2015-12-25 2015-12-25 LASER TECHNOLOGICAL INSTALLATION FOR DIMENSIONAL PROCESSING

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU164382U1 true RU164382U1 (en) 2016-08-27

Family

ID=56893025

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015148622/02U RU164382U1 (en) 2015-12-25 2015-12-25 LASER TECHNOLOGICAL INSTALLATION FOR DIMENSIONAL PROCESSING

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU164382U1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2710704C1 (en) * 2017-09-12 2020-01-09 Общество с ограниченной ответственностью "Новые технологии лазерного термоупрочнения" (ООО "НТЛТ") Automated system for laser thermal hardening of article surfaces
RU2765549C1 (en) * 2021-03-29 2022-02-01 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Комсомольский-на-Амуре государственный университет" (ФГБОУ ВО "КнАГУ") Active automated security system of a laser processing technological complex

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2710704C1 (en) * 2017-09-12 2020-01-09 Общество с ограниченной ответственностью "Новые технологии лазерного термоупрочнения" (ООО "НТЛТ") Automated system for laser thermal hardening of article surfaces
RU2765549C1 (en) * 2021-03-29 2022-02-01 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Комсомольский-на-Амуре государственный университет" (ФГБОУ ВО "КнАГУ") Active automated security system of a laser processing technological complex

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bermingham et al. Laser-assisted milling strategies with different cutting tool paths
US5685999A (en) Compact laser machining head with integrated on-line path control for laser machining of material
ES2699318T3 (en) System and method for processing a work piece
CN106238969B (en) Automatic welding processing system of non-standard part based on structured light vision
JP6847865B2 (en) Multi-axis machine tool and how to control it
KR102087609B1 (en) Vision unit
US8367970B2 (en) Laser machining with laser power controlled as a function of laser motion
US20170057011A1 (en) A Processing Head for a Hybrid Additive/Subtractive Manufacturing Center
CN205650975U (en) Non - tender automation of welding system of processing based on structured light vision
EP3266563B1 (en) Combined type computer numerical control processing machine and processing method therefor
US20090199690A1 (en) Method of controlling a robot for small shape generation
CA2956849C (en) Laser cladding tool head and machined surface sensing method thereof
US4892992A (en) Industrial laser robot system
CN105479183B (en) A kind of high-speed milling-laser cuts weldering complex machining process and its can recombinate multiaxis NC maching system
JP2002515344A (en) Method of processing workpieces and machine tools
US20210146613A1 (en) Systems and Methods for Solidification Rate Control During Additive Manufacturing
SK288259B6 (en) CNC plasma cutting machine, oxygen and water jet cutting as a tool for auto-adjusting the exact position of the cutting tool in the cutting head autocalibration and how such a setup
US20180161926A1 (en) Combined machining apparatus and laser spectroscopic device thereof
RU164382U1 (en) LASER TECHNOLOGICAL INSTALLATION FOR DIMENSIONAL PROCESSING
CN207771276U (en) Compound Machining numerical control engraving and milling machine tool
EP3556509B1 (en) Combined processing machine with a laser beam splitter
DE102007052999B4 (en) Method for controlling a laser scanner
WO2018213898A1 (en) Method and device for six-sided processing of workpieces
CN207281573U (en) A kind of full-automatic sanding burnishing device using two-dimensional laser displacement sensor
CN112975030A (en) Control system of laser welding equipment and laser welding equipment

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20161226