RU2482945C1

RU2482945C1 - Device for laser processing

Info

Publication number: RU2482945C1
Application number: RU2012115034/02A
Authority: RU
Inventors: Владимир Павлович Умнов; Игорь Николаевич Егоров; Елена Александровна Гольцова; Сергей Владимирович Молостов; Александр Викторович Власенков; Александр Владимирович Астафьев; Владимир Николаевич Веденеев; Николай Николаевич Соколов
Original assignee: Открытое Акционерное Общество Научно-исследовательский проектно-технологический институт "Микрон"
Priority date: 2012-04-16
Filing date: 2012-04-16
Publication date: 2013-05-27

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to robotics, particularly, to laser processing devices and may be used for laser processing, welding and cutting. Proposed device comprises laser, laser beam transmission assembly with transmission and deflection mirrors, and manipulator. The latter is composed of interarticulated links, each being made up of hollow case with adequate drive. Said cases accommodated laser beam transmission assembly mirrors. Laser beam position adjustment assembly comprises transducers to measure load at manipulator links, under to determine strain of links, correction signal generator assembly and drive of transmission and deflection mirrors. Said transducers are mounted on outer surface of every link and connected with strain determination assembly. Output of the latter is connected to correction signal unit input. Outputs of the latter are connected to aforesaid drives.

EFFECT: higher efficiency and quality.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к робототехнике, и может быть использовано для обработки, сварки и резки изделий при помощи лазерного луча.The invention relates to the field of engineering, in particular to robotics, and can be used for processing, welding and cutting products using a laser beam.

Известно устройство для обработки изделий лазерным лучом, содержащее станину, координатный стол, лазер с механизмом коррекции блока сведения, выполненным в виде юстируемых шариковых или призменных пар (патент РФ №2064389 по кл. B23K 26/00 от 27.07.1996 г.).A device for processing products with a laser beam is known, comprising a bed, a coordinate table, a laser with a correction mechanism for a data unit made in the form of adjustable ball or prism pairs (RF patent No. 2064389, class B23K 26/00 of July 27, 1996).

Недостатком данного устройства является неэффективность его работы при использовании робота, т.к. подвижные звенья руки робота, испытывающие нагрузки, обуславливают наличие линейных смещений и угловых рассогласований в элементах лучепровода, что приводит к смещению оси луча лазера и, как следствие этого, к снижению качества обработки изделия.The disadvantage of this device is the inefficiency of its operation when using the robot, because the moving parts of the robot arm experiencing loads cause the presence of linear displacements and angular mismatches in the elements of the beam path, which leads to a displacement of the axis of the laser beam and, as a consequence, to a decrease in the quality of processing the product.

Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков является устройство для лазерной обработки, выполненное в виде робота, содержащее лазер с зеркальной системой транспортировки лазерного луча к конечному звену манипулятора, состоящего из последовательно шарнирно соединенных подвижных звеньев, при этом звенья манипулятора выполнены в виде полых корпусов с размещенными в них зеркалами системы транспортировки лазерного луча (патент РФ №2030979 по кл. B23K 26/00 от 20.03.1995 г.).The closest technical solution for the totality of essential features is a laser processing device made in the form of a robot, containing a laser with a mirror system for transporting the laser beam to the final link of the manipulator, consisting of series-pivotally connected movable links, while the links of the manipulator are made in the form of hollow housings with the mirrors of the laser beam transportation system placed in them (RF patent No. 2030979 according to class B23K 26/00 of 03/20/1995).

Недостатком данного устройства является относительно низкая производительность и качество обработки изделия, обусловленные тем, что в процессе работы устройства, на подвижные звенья робота действуют статические и динамические нагрузки, вызывающие упругие деформации звеньев, что ведет к линейным смещениям и угловому рассогласованию между передающими и отклоняющими зеркалами и к смещению луча лазера.The disadvantage of this device is the relatively low productivity and processing quality of the product, due to the fact that during the operation of the device, static and dynamic loads act on the moving parts of the robot, causing elastic deformation of the links, which leads to linear displacements and angular mismatch between the transmitting and deflecting mirrors and to the displacement of the laser beam.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в повышении производительности и качества обработки изделия.The problem to which the claimed invention is directed, is to increase productivity and processing quality of the product.

Поставленная задача решается за счет того, что устройство для лазерной обработки, выполненное в виде робота, содержащего лазер, узел транспортировки лазерного луча, снабженный передающими и отклоняющими зеркалами, и манипулятор, состоящий из последовательно шарнирно соединенных между собой звеньев, каждое из которых выполнено в виде полого корпуса с приводом его перемещения и с размещенными в них зеркалами узла транспортировки лазерного луча, снабжено узлом юстировки положения лазерного луча, содержащим датчики измерения нагрузок на звенья манипулятора, блок определения величины деформации звеньев, блок формирования корректирующего сигнала и приводы для перемещения передающих и отклоняющих зеркал, при этом датчики измерения нагрузок на звенья манипулятора размещены на наружной поверхности каждого звена и соединены с блоком определения величины деформации, выход которого соединен со входом блока формирования корректирующего сигнала, выходы которого соединены с соответствующими приводами для перемещения передающих и отклоняющих зеркал.The problem is solved due to the fact that the laser processing device, made in the form of a robot containing a laser, a laser beam transportation unit, equipped with transmitting and deflecting mirrors, and a manipulator consisting of links connected in series articulated to each other, each of which is made in the form a hollow body with a drive for moving it and with the mirrors of the laser beam transport unit housed in them, is equipped with a laser beam position adjustment unit containing load measuring sensors the position of the manipulator, the unit for determining the magnitude of the deformation of the links, the block for generating the correction signal and the drives for moving the transmitting and deflecting mirrors, while the sensors for measuring the loads on the links of the manipulator are located on the outer surface of each link and are connected to the unit for determining the magnitude of the strain, the output of which is connected to the input of the unit forming a correction signal, the outputs of which are connected to the corresponding drives to move the transmitting and deflecting mirrors.

На фиг.1 представлен общий вид устройства для лазерной обработки.Figure 1 presents a General view of the device for laser processing.

На фиг.2 - сечение A-A на фиг.1.Figure 2 is a section A-A in figure 1.

Устройство содержит лазер 1, подвижно соединенные между собой звенья 2, 3, 4, 5 в виде полых корпусов, в которых размещены передающие зеркала 6, 7, 8, отклоняющие зеркала 9, 10 и фокусирующую линзу 11. Звенья снабжены приводами 12, 13, 14, 15 для перемещения звеньев, а для перемещения отклоняющих и передающих зеркал служат приводы 16 и 17. Приводы 12, 13, 14 и 15 соединены с блоком их управления 18.The device comprises a laser 1, movably interconnected links 2, 3, 4, 5 in the form of hollow housings, in which there are transmitting mirrors 6, 7, 8, deflecting mirrors 9, 10 and a focusing lens 11. The links are equipped with drives 12, 13, 14, 15 to move the links, and to move the deflecting and transmitting mirrors are drives 16 and 17. Drives 12, 13, 14 and 15 are connected to their control unit 18.

На наружной поверхности звеньев 2, 3, 4, 5 размещены датчики 19 измерения нагрузок на звенья манипулятора, каждый из которых соединен с блоком определения величины деформации 20, выход которого соединен со входом блока формирования корректирующего сигнала 21, выходы которых соединены с соответствующими приводами 16, 17 для перемещения передающих и отклоняющих зеркал 6, 7, 8, 9, 10.On the outer surface of the links 2, 3, 4, 5, sensors 19 are placed for measuring the loads on the manipulator links, each of which is connected to a strain value determining unit 20, the output of which is connected to the input of the correction signal generating unit 21, the outputs of which are connected to the corresponding drives 16, 17 to move the transmitting and deflecting mirrors 6, 7, 8, 9, 10.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Поток излучения от лазера 1 проходит через передающие зеркала 6, 7, 8, отклоняющие зеркала 9, 10 и фокусирующую линзу 11 и попадает на поверхность обрабатываемого изделия. При действии статических и динамических нагрузок, обусловленных весом и инерционностью звеньев 2, 3, 4 и 5 манипулятора, происходит их деформация и, как следствие этого, отклонение лазерного луча 22 от оптической оси, что в конечном итоге снижает качество обработки изделия и производительность работы устройства.The radiation flux from the laser 1 passes through transmitting mirrors 6, 7, 8, deflecting mirrors 9, 10 and a focusing lens 11 and enters the surface of the workpiece. Under the action of static and dynamic loads, due to the weight and inertia of the links 2, 3, 4 and 5 of the manipulator, they are deformed and, as a result, the deviation of the laser beam 22 from the optical axis, which ultimately reduces the quality of the product and the performance of the device .

Для корректировки направления лазерного луча датчиками 19 при помощи блока определения величины деформации 20 измеряются нагрузки, действующие на звенья манипулятора и величины линейного смещения и углового рассогласования между передающими 6, 7, 8, отклоняющими 9, 10, 11 зеркалами и фокусирующей линзой 11.To correct the direction of the laser beam by the sensors 19, the loads acting on the manipulator links and the values of linear displacement and angular mismatch between the transmitting 6, 7, 8, deflecting 9, 10, 11 mirrors and the focusing lens 11 are measured using the sensors 19 using the deformation amount determining unit 20.

В блоке формирования корректирующего сигнала 21 происходит анализ эталонного и измененного (под действием нагрузок) сигналов с подачей корректирующего сигнала, на приводы 16, 17, перемещая отклоняющие и передающие зеркала, обеспечивая корректировку его положения.In the block for generating the correction signal 21, the analysis of the reference and changed (under the action of loads) signals with the supply of the correction signal to the drives 16, 17, moving the deflecting and transmitting mirrors, providing an adjustment of its position.

Таким образом, данное устройство, снабженное узлом юстировки лазерного луча, позволяет повысить качество обработки изделия и производительность его работы.Thus, this device, equipped with a node alignment of the laser beam, can improve the quality of processing of the product and its performance.

Claims

A laser processing device comprising a laser, a laser beam transportation unit with transmitting and deflecting mirrors, and a manipulator consisting of links pivotally connected to each other, each of which is made in the form of a hollow body with a drive for moving it and with mirrors of the laser transportation unit placed in them beam, characterized in that it is equipped with a node alignment of the position of the laser beam, containing sensors for measuring the loads on the links of the manipulator, the unit for determining the magnitude of the deformation Venyev, a correction signal generating unit and drives for moving the transmitting and deflecting mirrors, while the load sensing sensors on the manipulator links are located on the outer surface of each link and are connected to the strain value determination unit, the output of which is connected to the input of the correction signal generating unit, the outputs of which are connected with appropriate drives for moving transmitting and deflecting mirrors.