專利名稱：基于工業(yè)級關節(jié)導光臂的三維柔性加工系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基于工業(yè)級關節(jié)導光臂的三維柔性加工系統(tǒng)。
技術背景目前，在工業(yè)激光應用領域，針對三維工件和定制化小批量個性化產(chǎn)品的加工需 求逐漸增多，使用模具的方案成本又太高，柔性激光加工系統(tǒng)需求非常旺盛，一般采用光纖 傳輸激光方案比較理想，但在C02氣體激光器的波長缺乏實用的柔性光纖，一般只能采用 多關節(jié)平面反射的原理，即導光臂串聯(lián)技術，每相鄰兩導光臂成45度全反射關系不變，采 用回轉(zhuǎn)關節(jié)將二者相連，導光臂可以繞自己的軸線轉(zhuǎn)動，通過一個或多個這種回轉(zhuǎn)關節(jié)的 運動，從而實現(xiàn)激光光頭與工件最終相對三維空間位姿的調(diào)節(jié)，記該機構(gòu)為機構(gòu)一；在大功 率激光加工(尤其是C02等氣體激光加工)工業(yè)應用領域，目前還沒有采用多關節(jié)導光臂 三維串聯(lián)技術，而是采用沿二維平面導軌絲桿等平行滑行技術來實現(xiàn)空間位置的調(diào)節(jié)，空 間導軌分別平行于空間坐標系X、Y、Z軸，該技術中激光光頭沿各個導軌平行方向滑動，導 光臂的長度是變化的，記該機構(gòu)為機構(gòu)二。上述常用的這兩種機構(gòu)采用的技術存在著如下 問題激光加工仍停留在平面加工階段，雖然機器人的廣泛運用打破了激光加工的單一化 模式，但在三維立體加工方面仍未尋求到有效途徑，沒有充分發(fā)揮以成熟的C02激光為首 的新一代激光加工的優(yōu)勢。長久以來，僅有的導光臂運用也只停留在了四關節(jié)小功率的手 術醫(yī)療領域，因此，專為工業(yè)加工生產(chǎn)的，為大功率激光器(特別是C02氣體激光器)量身 定做的加工系統(tǒng)甚為緊缺
實用新型內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術上的不足，本實用新型的目的是提供一種基于工業(yè)級關節(jié)導光臂的 三維柔性加工系統(tǒng)，在充分利用已有資源的情況下，能最大限度拓寬加工范圍，提高整個系 統(tǒng)的使用效率。本實用新型的技術方案如下一種基于工業(yè)級關節(jié)導光臂的三維柔性加工系統(tǒng)，其包括工作間，其包括一立體收容空間；激光器，用于對工件進行加工，收容在所述立體收容空間；由多關節(jié)導光臂一體化集成的工業(yè)機器人，收容在所述立體收容空間，用于支配 所述激光器；以及處理器，用于發(fā)送指令，控制所述工業(yè)機器人的工作。進一步地，所述導光臂的通光孔徑為35mm，所述激光器的激光光束l/e2直徑為 30mmo進一步地，所述導光臂的反射鏡尺寸2. 0”，且采用水冷全反鏡。進一步地，所述激光器的激光功率0_6KW，需水冷。進一步地，所述導光臂的活動范圍為覆蓋XY平面1.5mX3m平臺，Z軸有Im的活動范圍，7個關節(jié)，6個反射鏡。進一步地，所述導光臂的的焦點精度焦點在全活動范圍內(nèi)，保持在噴嘴孔徑內(nèi)中 心軸上0. 06mm精度以內(nèi)。使用本實用新型，能配合任何已有的加工系統(tǒng)，并經(jīng)過簡單的替換與改造，直接能 將二維加工系統(tǒng)升級成三維加工，在充分利用已有資源的情況下，最大限度拓寬加工范圍， 提高整個系統(tǒng)的使用效率。


以下結(jié)合附圖，通過對本實用新型的具體實施方式
的詳細描述，將使本實用新型 的技術方案及其他有益效果顯而易見。圖1為本實用新型基于工業(yè)級關節(jié)導光臂的三維柔性加工系統(tǒng)模塊示意圖。圖2為本實用新型基于工業(yè)級關節(jié)導光臂的三維柔性加工系統(tǒng)實施方式側(cè)面示 意圖；圖3為圖2所示基于工業(yè)級關節(jié)導光臂的三維柔性加工系統(tǒng)實施方式正面示意 圖。
具體實施方式
為了使本實用新型實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下 面結(jié)合具體圖示，進一步闡述本實用新型。為了更進一步了解本實用新型的特征，請參閱以下有關本實用新型的詳細說明與 附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明之用，并非用來對本實用新型的保護范圍加以限制。請參閱圖1，是本實用新型基于工業(yè)級關節(jié)導光臂的三維柔性加工系統(tǒng)模塊示意 圖。本實用新型基于工業(yè)級關節(jié)導光臂的三維柔性加工系統(tǒng)，包括工作間、工業(yè)機器 人、激光器和處理器。其中，工作間包括一立體收容空間，用于收容工業(yè)機器人，并且包括工 件模型導入導出口，當然還收容放置工件模型的平臺，所述平臺包括XY平面，垂直于XY平 面的為Z方向。較佳地，工作間的立體收容空間也能收容激光器和處理器。工業(yè)機器人包括多個導光臂。導光臂為模塊化組合，基于ETHERCAT總線式方案。 較佳地，柔性導光臂可定制6軸工業(yè)機器人集成，工件示教和離線編程等。在本實施方式 中，首先，光束傳播被完全封閉在鋁制光臂內(nèi)，使操作變得更安全和可控。其次，使激光束傳 播到聚焦透鏡的距離恒定，也就使焦點焦斑尺寸和波前穩(wěn)定，使切縫寬度在整個機械運動 范圍內(nèi)保持恒定。最后一點就是最大程度的減少了激光器與傳輸系統(tǒng)的連接和校準問題。 承載光束的導光臂與運動系統(tǒng)的相對運動并不影響焦點位置或造成能量損耗。這就大大減 少了運動系統(tǒng)對于機器底座和結(jié)構(gòu)剛度的要求。在本實施方式中，導光臂的規(guī)格如下所述通光孔徑35mm(激光光束l/e2直徑為30mm)反射鏡尺寸2. 0〃 (水冷全反鏡)激光功率0_6KW(需水冷)活動范圍覆蓋XY平面1.5mX3m平臺，Z軸有Im的活動范圍，7個關節(jié)，6個反射
4鏡 焦點精度焦點在全活動范圍內(nèi)，保持在噴嘴孔徑內(nèi)中心軸上0.06mm精度以內(nèi) (在典型的5"焦距透鏡配置情況下) 激光器搭配在導光臂上。處理器具備工件模型導入和機器人導光臂聯(lián)合仿真、工件干涉分析和示教軌跡優(yōu) 化等功能。請參閱圖2和圖3，其中，圖2是本實用新型基于工業(yè)級關節(jié)導光臂的三維柔性加 工系統(tǒng)側(cè)面示意圖，圖3是圖2所示基于工業(yè)級關節(jié)導光臂的三維柔性加工系統(tǒng)正面示意 圖。如上所述，本實用新型基于工業(yè)級關節(jié)導光臂的三維柔性加工系統(tǒng)能配合任何已 有的加工系統(tǒng)，并經(jīng)過簡單的替換與改造，直接能將二維加工系統(tǒng)升級成三維加工，在充分 利用已有資源的情況下，最大限度拓寬加工范圍，提高整個系統(tǒng)的使用效率。以上顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特征和本實用新型的優(yōu)點。本行 業(yè)的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述 的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還 會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型范圍內(nèi)。本實用新型 要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求一種基于工業(yè)級關節(jié)導光臂的三維柔性加工系統(tǒng)，其特征在于，所述基于傳感器的工件加工裝置包括工作間，其包括一立體收容空間，用于收容系統(tǒng)工作的平臺；激光器，用于對工件進行加工，收容在所述立體收容空間；由多關節(jié)導光臂和工業(yè)機器人一體化集成，收容在所述立體收容空間，用于支配所述激光器；以及處理器，用于發(fā)送指令，控制所述工業(yè)機器人的工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于工業(yè)級關節(jié)導光臂的三維柔性加工系統(tǒng)，其特征在于， 所述導光臂的通光孔徑為35mm，所述激光器的激光光束l/e2直徑為30mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于工業(yè)級關節(jié)導光臂的三維柔性加工系統(tǒng)，其特征在于， 所述導光臂的反射鏡尺寸2.0”，且采用水冷全反鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于工業(yè)級關節(jié)導光臂的三維柔性加工系統(tǒng)，其特征在于， 所述激光器的激光功率0-6KW，需水冷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于工業(yè)級關節(jié)導光臂的三維柔性加工系統(tǒng)，其特征在于， 所述導光臂的活動范圍為覆蓋XY平面1.5mX3m平臺，Z軸有Im的活動范圍，7個關節(jié)，6 個反射鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于工業(yè)級關節(jié)導光臂的三維柔性加工系統(tǒng)，其特征在于， 所述導光臂的的焦點精度焦點在全活動范圍內(nèi)，保持在噴嘴孔徑內(nèi)中心軸上0. 06mm精度 以內(nèi)。
專利摘要本實用新型公開了基于工業(yè)級關節(jié)導光臂的三維柔性加工系統(tǒng)，其包括工作間，其包括一立體收容空間，用于收容系統(tǒng)工作的平臺；激光器，用于對工件進行加工，收容在所述立體收容空間；由多關節(jié)導光臂與工業(yè)機器人一體化集成，收容在所述立體收容空間，用于支配所述激光器；以及處理器，用于發(fā)送指令，控制所述工業(yè)機器人的工作。利用本實用新型，能配合任何已有的加工系統(tǒng)，并經(jīng)過簡單的替換與改造，直接能將二維加工系統(tǒng)升級成三維加工，在充分利用已有資源的情況下，最大限度拓寬加工范圍，提高整個系統(tǒng)的使用效率。
文檔編號B23K26/00GK201720605SQ20102019975
公開日2011年1月26日 申請日期2010年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月20日
發(fā)明者李思佳, 李思泉, 譚小強 申請人:上海嘉強自動化技術有限公司