專(zhuān)利名稱(chēng)：一種激光再制造機(jī)器人工作頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及激光加工技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)，具體為一種激光再制造機(jī)器人工作 頭。
背景技術(shù)：
激光加工機(jī)器人是激光技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)高度集成的系統(tǒng)，目前仍處于發(fā)展階 段。高功率激光器發(fā)出的激光，經(jīng)光纖耦合傳輸?shù)郊す夤馐儞Q光學(xué)系統(tǒng)，整形聚焦后進(jìn)入 激光工作頭。激光工作頭是負(fù)責(zé)激光與進(jìn)給材料相結(jié)合并作用于被加工零件的關(guān)鍵部件， 根據(jù)用途不同選擇不同的激光工作頭，配用不同的材料進(jìn)給系統(tǒng)。因此好的激光工作頭對(duì) 于提升激光加工機(jī)器人的性能有著重要的意義。傳統(tǒng)的激光加工工作頭主要用于普通的固定式激光加工機(jī)床進(jìn)行激光切割、激光 焊接、激光淬火和激光熔覆等。在申請(qǐng)人檢索的范圍內(nèi)，激光加工機(jī)器人的工作頭多用于激 光焊接和激光切割，而用于激光再制造機(jī)器人的工作頭還未見(jiàn)報(bào)道。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型擬解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種激光再制造機(jī) 器人工作頭。該工作頭模塊化與激光再制造機(jī)器人配套設(shè)計(jì)，可以方便地與機(jī)器人連接，并 且位置可調(diào)，方便加工；同時(shí)工作頭集成有光纖耦合單元，可滿(mǎn)足機(jī)器人需要使用光纖激光 傳輸和加工的要求。本實(shí)用新型解決所述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是，設(shè)計(jì)一種激光再制造機(jī)器人工作 頭，其特征在于該工作頭包括機(jī)械連接的五大模塊連接機(jī)器人模塊、光纖輸入準(zhǔn)直聚焦模 塊、鏡頭保護(hù)模塊、熔覆頭模塊和分粉送粉模塊，每個(gè)模塊均可單獨(dú)拆裝；連接機(jī)器人模塊 主要包括法蘭盤(pán)、固定座和壓蓋，法蘭盤(pán)的兩端分別與機(jī)器人手臂的末端和固定座連接，固 定座與壓蓋連接，壓蓋中含有導(dǎo)軌，通過(guò)調(diào)節(jié)可使壓蓋雙向滑動(dòng)；光纖輸入準(zhǔn)直聚焦模塊主要包括準(zhǔn)直聚焦單元、水冷嘴、調(diào)焦螺母、水冷槽、透鏡 組、工作頭主體外殼和光纖接口 ；準(zhǔn)直聚焦單元與壓蓋連接，準(zhǔn)直聚焦單元附有水冷系統(tǒng)， 其水冷槽開(kāi)在工作頭主體外殼內(nèi)，水冷嘴為冷水一進(jìn)一出對(duì)稱(chēng)分布的兩個(gè)，光纖通過(guò)光纖 接口接入，透鏡組進(jìn)行光束的變換，通過(guò)調(diào)焦螺母來(lái)調(diào)節(jié)出射激光的焦距；鏡頭保護(hù)模塊主要包括鏡頭保護(hù)單元和氣嘴；鏡頭保護(hù)單元與準(zhǔn)直聚焦單元鏈 接；鏡頭保護(hù)單元橫向通有保護(hù)氣，保護(hù)氣的氣嘴對(duì)稱(chēng)分布的兩個(gè)；熔覆頭模塊主要包括粉嘴、進(jìn)粉口、進(jìn)氣孔、內(nèi)錐體、外錐體、進(jìn)水口、粉腔和出粉 口 ；粉嘴與所述鏡頭保護(hù)單元螺紋連接；粉嘴上有一個(gè)進(jìn)氣孔，兩個(gè)冷卻水口和至少一個(gè) 進(jìn)粉口 ；粉嘴由內(nèi)錐體和外錐體組成，內(nèi)錐體和外錐體之間有粉腔；分粉送粉模塊.主要包括總粉管、分粉器、送粉器和外接氣管；分粉器通過(guò)壓蓋的 右側(cè)與連接機(jī)器人模塊連接，送粉器的進(jìn)粉管與所述進(jìn)粉口對(duì)應(yīng)連接；外接氣管與進(jìn)氣孔 連接。[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型激光再制造機(jī)器人工作頭采用模塊化設(shè)計(jì)，共有五 大模塊，每個(gè)模塊均可單獨(dú)進(jìn)行拆卸，可以方便地與激光再制造機(jī)器人連接，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單，調(diào)整容易，維護(hù)方便，加工質(zhì)量穩(wěn)定等特點(diǎn)。

圖1為本實(shí)用新型激光再制造機(jī)器人工作頭一種實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型激光再制造機(jī)器人工作頭一種實(shí)施例的主體結(jié)構(gòu)剖視示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖進(jìn)一步敘述本實(shí)用新型。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的激光再制造機(jī)器人工作頭(簡(jiǎn)稱(chēng)工作頭，參見(jiàn)圖1、2)，其特征 在于該工作頭包括機(jī)械連接的五大模塊連接機(jī)器人模塊1、光纖輸入準(zhǔn)直聚焦模塊2、鏡 頭保護(hù)模塊3、熔覆頭模塊4和分粉送粉模塊5，每個(gè)模塊均可單獨(dú)拆裝；連接機(jī)器人模塊1 主要包括法蘭盤(pán)1-11、固定座1-12和壓蓋1-13，法蘭盤(pán)1-11的一端與機(jī)器人手臂的末端 6通過(guò)六個(gè)螺釘連接，法蘭盤(pán)1-11的另一端通過(guò)焊接方法與固定座1-12連接，固定座1-12 用四個(gè)螺栓與壓蓋1-13的左側(cè)連接，壓蓋1-13中含有導(dǎo)軌，通過(guò)調(diào)節(jié)四個(gè)螺栓的固定位置 可以使壓蓋1-13通過(guò)導(dǎo)軌進(jìn)行雙向滑動(dòng)，以方便連接和使用。連接機(jī)器人模塊1主要用來(lái) 與激光再制造機(jī)器人的手臂末端進(jìn)行連接，從而固定激光再制造機(jī)器人的工作頭。光纖輸入準(zhǔn)直聚焦模塊2主要包括準(zhǔn)直聚焦單元2-21、水冷嘴2-22、調(diào)焦螺母 2-23、水冷槽2-24、透鏡組2-25、工作頭主體外殼2-26和光纖接口 2_27 ；準(zhǔn)直聚焦單元 2-21與壓蓋1-13通過(guò)四個(gè)螺栓連接，并將所述連接機(jī)器人模塊1和光纖輸入準(zhǔn)直聚焦模 塊2連接為一體，準(zhǔn)直聚焦單元2-21附有水冷系統(tǒng)，其水冷槽2-24開(kāi)在工作頭主體外殼
2-26內(nèi)，水冷嘴2-22為冷水一進(jìn)一出對(duì)稱(chēng)分布的兩個(gè)，光纖通過(guò)光纖接口2-27接入，透鏡 組2-25進(jìn)行光束的變換?？赏ㄟ^(guò)調(diào)焦螺母2-23來(lái)調(diào)節(jié)出射激光的焦距。該模塊主要用來(lái) 連接輸入光纖7，并通過(guò)準(zhǔn)直聚焦單元與輸入光纖7進(jìn)行耦合，形成加工激光束。鏡頭保護(hù)模塊3主要包括鏡頭保護(hù)單元3-31和氣嘴3-32 ；鏡頭保護(hù)單元3_31通 過(guò)其內(nèi)螺紋與準(zhǔn)直聚焦單元2-21的外螺紋鏈接，這意味著光纖輸入準(zhǔn)直聚焦模塊2和鏡頭 保護(hù)模塊3的連接；鏡頭保護(hù)單元3-31橫向通有保護(hù)氣，保護(hù)氣的氣嘴3-32為對(duì)稱(chēng)分布的 兩個(gè)。鏡頭保護(hù)模塊3用來(lái)對(duì)所述透鏡組2-25提供保護(hù)。熔覆頭模塊4主要包括粉嘴4-41、進(jìn)粉口 4-42、進(jìn)氣孔4-43、內(nèi)錐體4-44、外錐體
4-45、進(jìn)水口4-46、粉腔4-47和出粉口 4_48 ；粉嘴4_41通過(guò)其內(nèi)螺紋與所述鏡頭保護(hù)單元
3-31的外螺紋連接，進(jìn)而使鏡頭保護(hù)模塊3和熔覆頭模塊4之間連接在一起；粉嘴4-41上 有一個(gè)進(jìn)氣孔4-43，兩個(gè)冷卻水口 4-46和至少一個(gè)進(jìn)粉口 4-42，實(shí)施例為沿圓周均布的四 個(gè)進(jìn)粉口 4-42 ；粉嘴4-41由內(nèi)錐體4-44和外錐體4_45組成，內(nèi)錐體4_44和外錐體4_45 之間有粉腔4-47。分粉送粉模塊5.主要包括總粉管5-51、分粉器5-52、送粉器5_53和氣管5_54 ； 分粉送粉模塊5的分粉器5-52通過(guò)壓蓋1-13與連接機(jī)器人模塊1連接，實(shí)施例的分粉器
5-52為四路設(shè)計(jì)，內(nèi)部為四棱錐結(jié)構(gòu)，分粉器5-52通過(guò)四個(gè)螺栓與所述壓蓋1-13的右側(cè) 連接，送粉器5-53有四個(gè)出粉管，且四個(gè)出粉管分別與所述四個(gè)進(jìn)粉口 4-42對(duì)應(yīng)連接。分粉送粉模塊5用來(lái)給熔覆頭提供金屬粉末，同時(shí)通過(guò)在進(jìn)氣孔4-43的外接氣管5-54提供 平衡保護(hù)氣，粉末通過(guò)總粉管5-51分為四份進(jìn)入分粉管，再通過(guò)對(duì)應(yīng)的四個(gè)均布的進(jìn)粉口 4-42進(jìn)入粉腔4-47，粉腔4-47內(nèi)部有旋流均粉器，可保證粉末流在粉腔4_47內(nèi)形成均勻 環(huán)狀粉流，粉末則沿粉腔4-47由出粉口 4-48均勻噴出。本實(shí)用新型的5個(gè)模塊機(jī)械連接，其中，光纖輸入準(zhǔn)直聚焦模塊2、鏡頭保護(hù)模塊 3、熔覆頭模塊4依次連接，構(gòu)成工作頭主體，連接機(jī)器人模塊1和分粉送粉模塊5通過(guò)所述 壓蓋1-13分別安裝在工作頭主體的兩側(cè)。實(shí)施例的機(jī)器人手臂末端位于工作頭的左側(cè)， 且工作頭的中心軸線(xiàn)與機(jī)器人手臂末端的法線(xiàn)保持一定的夾角，以確保工作頭能與被加工 零件在各個(gè)方位保持垂直加工，避免產(chǎn)生干涉，提高了加工可靠性。實(shí)施例的所述夾角為 135°。本實(shí)用新型工作頭的工作原理和過(guò)程是激光進(jìn)入準(zhǔn)直聚焦單元2-21后，由透鏡 組2-25擴(kuò)束聚焦，水冷槽2-24進(jìn)行水冷；調(diào)節(jié)調(diào)焦螺母2-23可以改變透鏡組間距，從而改 變激光焦距；光纖輸入準(zhǔn)直聚焦模塊2用來(lái)使聚焦激光束沿粉嘴4-41中心軸入射，金屬粉 末與載流氣體形成氣/粉兩相流，一并由出粉口 4-48同步噴出，形成同軸送粉，從而在激光 束和金屬粉末流匯聚焦點(diǎn)上，實(shí)現(xiàn)激光同軸熔覆修復(fù)加工。
權(quán)利要求一種激光再制造機(jī)器人工作頭，其特征在于該工作頭包括機(jī)械連接的五大模塊連接機(jī)器人模塊、光纖輸入準(zhǔn)直聚焦模塊、鏡頭保護(hù)模塊、熔覆頭模塊和分粉送粉模塊，每個(gè)模塊均可單獨(dú)拆裝；連接機(jī)器人模塊主要包括法蘭盤(pán)、固定座和壓蓋，法蘭盤(pán)的兩端分別與機(jī)器人手臂的末端和固定座連接，固定座與壓蓋連接，壓蓋中含有導(dǎo)軌，通過(guò)調(diào)節(jié)可使壓蓋雙向滑動(dòng)；光纖輸入準(zhǔn)直聚焦模塊主要包括準(zhǔn)直聚焦單元、水冷嘴、調(diào)焦螺母、水冷槽、透鏡組、工作頭主體外殼和光纖接口；準(zhǔn)直聚焦單元與壓蓋連接，準(zhǔn)直聚焦單元附有水冷系統(tǒng)，其水冷槽開(kāi)在工作頭主體外殼內(nèi)，水冷嘴為冷水一進(jìn)一出對(duì)稱(chēng)分布的兩個(gè)，光纖通過(guò)光纖接口接入，透鏡組進(jìn)行光束的變換，通過(guò)調(diào)焦螺母來(lái)調(diào)節(jié)出射激光的焦距；鏡頭保護(hù)模塊主要包括鏡頭保護(hù)單元和氣嘴；鏡頭保護(hù)單元與準(zhǔn)直聚焦單元鏈接；鏡頭保護(hù)單元橫向通有保護(hù)氣，保護(hù)氣的氣嘴對(duì)稱(chēng)分布的兩個(gè)；熔覆頭模塊主要包括粉嘴、進(jìn)粉口、進(jìn)氣孔、內(nèi)錐體、外錐體、進(jìn)水口、粉腔和出粉口；粉嘴與所述鏡頭保護(hù)單元螺紋連接；粉嘴上有一個(gè)進(jìn)氣孔，兩個(gè)冷卻水口和至少一個(gè)進(jìn)粉口；粉嘴由內(nèi)錐體和外錐體組成，內(nèi)錐體和外錐體之間有粉腔；分粉送粉模塊.主要包括總粉管、分粉器、送粉器和外接氣管；分粉器通過(guò)壓蓋的右側(cè)與連接機(jī)器人模塊連接，送粉器的進(jìn)粉管與所述進(jìn)粉口對(duì)應(yīng)連接；外接氣管與進(jìn)氣孔連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光再制造機(jī)器人工作頭，其特征在于所述的粉嘴上有沿圓 周均布的四個(gè)進(jìn)粉口 ；所述的分粉器為四路設(shè)計(jì)，內(nèi)部為四棱錐結(jié)構(gòu)；所述的送粉器有四 個(gè)出粉管，且四個(gè)出粉管分別與所述四個(gè)進(jìn)粉口對(duì)應(yīng)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光再制造機(jī)器人工作頭，其特征在于工作頭中心軸線(xiàn)與機(jī) 器人手臂末端法線(xiàn)的夾角為135°。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)一種激光再制造機(jī)器人工作頭，其特征在于該工作頭包括機(jī)械連接的五大模塊連接機(jī)器人模塊、光纖輸入準(zhǔn)直聚焦模塊、鏡頭保護(hù)模塊、熔覆頭模塊和分粉送粉模塊，每個(gè)模塊均可單獨(dú)拆裝；連接機(jī)器人模塊主要包括法蘭盤(pán)、固定座和壓蓋，法蘭盤(pán)的兩端分別與機(jī)器人手臂的末端和固定座連接，固定座與壓蓋連接，壓蓋中含有導(dǎo)軌，通過(guò)調(diào)節(jié)可使壓蓋雙向滑動(dòng)；光纖輸入準(zhǔn)直聚焦模塊、鏡頭保護(hù)模塊、熔覆頭模塊依次連接，構(gòu)成工作頭主體，連接機(jī)器人模塊和分粉送粉模塊通過(guò)所述壓蓋分別安裝在工作頭主體的兩側(cè)。
文檔編號(hào)B23K26/00GK201685029SQ20102019992
公開(kāi)日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2010年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月24日
發(fā)明者劉立峰, 張海明, 張燁, 張要武, 楊洗陳 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)