專利名稱：一種無限旋轉(zhuǎn)激光頭裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光器領(lǐng)域，尤其涉及一種無限旋轉(zhuǎn)激光頭裝置。
背景技術(shù)：
激光頭是激光加工設(shè)備核心功能部件，其主要適用于6000W的高功率光纖激光，使加工光束實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)和擺動(dòng)，配合機(jī)床自由聯(lián)動(dòng)，用于高精度異型曲面激光加工，屬于精密型功能部件，在現(xiàn)有的激光加工設(shè)備中，常常需要激光頭能無限旋轉(zhuǎn)，以適應(yīng)加工設(shè)備各個(gè)角度及復(fù)雜工藝的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提出一種無限旋轉(zhuǎn)激光頭裝置，該裝置可無限旋轉(zhuǎn)，能適用激光加工設(shè)備多個(gè)角度等復(fù)雜工況的加工要求。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:提供一種無限旋轉(zhuǎn)激光頭裝置，包括光學(xué)系統(tǒng)和激光頭，其中:所述的裝置還包括旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)、擺動(dòng)軸機(jī)構(gòu)和隨動(dòng)軸機(jī)構(gòu)，該旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)與擺動(dòng)軸機(jī)構(gòu)的一端連接，該擺動(dòng)軸機(jī)構(gòu)的另一端與隨動(dòng)軸機(jī)構(gòu)連接，所述的激光頭設(shè)置于隨動(dòng)軸機(jī)構(gòu)上；所述的旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)、擺動(dòng)軸機(jī)構(gòu)和隨動(dòng)軸機(jī)構(gòu)內(nèi)部形成一密封的具有內(nèi)部空腔的通道，所述的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置于該通道內(nèi)；所述的旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)和擺動(dòng)軸機(jī)構(gòu)分別設(shè)置有直驅(qū)電機(jī)，該直驅(qū)電機(jī)包括動(dòng)子和定子；所述的旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)和擺動(dòng)軸機(jī)構(gòu)分別包括有內(nèi)圈和外圈，該內(nèi)圈與直驅(qū)電機(jī)的動(dòng)子連接，該外圈與直驅(qū)電機(jī)的定子相連接。本發(fā)明更進(jìn)一步的優(yōu)選方案是:所述的激光頭裝置還包括用于支撐和定位旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)的多列角接觸軸承，該多列角接觸軸承包括軸承內(nèi)圈和軸承外圈，該軸承內(nèi)圈與旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)的內(nèi)環(huán)聯(lián)接，該軸承外圈與旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)的外圈聯(lián)接。本發(fā)明更進(jìn)一步的優(yōu)選方案是:所述的光學(xué)系統(tǒng)包括擴(kuò)束鏡、反射鏡和聚焦鏡，所述的擴(kuò)束鏡設(shè)置于旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)的頂端，所述的反射鏡為兩個(gè)，分別設(shè)置于擺動(dòng)軸機(jī)構(gòu)的兩端，所述的聚焦鏡設(shè)置于隨動(dòng)軸機(jī)構(gòu)內(nèi)。本發(fā)明更進(jìn)一步的優(yōu)選方案是:所述的隨時(shí)軸機(jī)構(gòu)內(nèi)設(shè)置有一可驅(qū)動(dòng)隨動(dòng)軸機(jī)構(gòu)Z軸上下運(yùn)動(dòng)的環(huán)形電機(jī)。本發(fā)明更進(jìn)一步的優(yōu)選方案是:所述的旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)的內(nèi)圈設(shè)置有可控制旋轉(zhuǎn)角度和速度的旋轉(zhuǎn)編碼器。本發(fā)明更進(jìn)一步的優(yōu)選方案是:所述的裝置還包括一控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)與直驅(qū)電機(jī)、環(huán)形電機(jī)和編碼器連接。本發(fā)明更進(jìn)一步的優(yōu)選方案是:所述的裝置還包括水路結(jié)構(gòu)和氣路結(jié)構(gòu)，該水路結(jié)構(gòu)和氣路結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)相連接。實(shí)施本發(fā)明的技術(shù)方案，具有以下有益效果:通過將旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)、擺動(dòng)軸機(jī)構(gòu)及隨動(dòng)軸機(jī)構(gòu)連接在一起，其內(nèi)部形成密封的可實(shí)現(xiàn)光路暢通的通道，該旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)和擺動(dòng)軸機(jī)構(gòu)內(nèi)設(shè)置有直驅(qū)電機(jī)，旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)在XY平面360度旋轉(zhuǎn)，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)有YZ平面135度擺動(dòng)，從而可實(shí)現(xiàn)無限旋轉(zhuǎn)，激光加工設(shè)備多個(gè)角度等復(fù)雜工況的加工要求。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中:圖1是本發(fā)明實(shí)施例旋轉(zhuǎn)激光頭裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)的光路示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。請(qǐng)參閱圖1至圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種無限旋轉(zhuǎn)激光頭裝置，包括光學(xué)系統(tǒng)和激光頭4，該裝置包括為旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)1、擺動(dòng)軸機(jī)構(gòu)2和隨動(dòng)軸機(jī)構(gòu)3，所述的旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)I與擺動(dòng)軸機(jī)構(gòu)2的一端連接，該擺動(dòng)軸機(jī)構(gòu)2的另一端與隨動(dòng)軸機(jī)構(gòu)3連接，所述的激光頭4設(shè)置于隨動(dòng)軸機(jī)構(gòu)3上；所述的旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)1、擺動(dòng)軸機(jī)構(gòu)2和隨動(dòng)軸機(jī)構(gòu)3內(nèi)部形成一密封的具有內(nèi)部空腔的通道A，所述的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置于該通道A內(nèi)，光路在該通道A內(nèi)實(shí)現(xiàn)空間運(yùn)轉(zhuǎn)；所述的旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)I上設(shè)置有旋轉(zhuǎn)軸直驅(qū)電機(jī)5，該旋轉(zhuǎn)軸直驅(qū)電機(jī)5包括旋轉(zhuǎn)軸動(dòng)子51和旋轉(zhuǎn)軸定子52 ;所述的擺動(dòng)軸機(jī)構(gòu)2設(shè)置有擺動(dòng)軸直驅(qū)電機(jī)6，該擺動(dòng)軸直驅(qū)電機(jī)6包括擺動(dòng)軸動(dòng)子61和擺動(dòng)軸定子62 ;所述的旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)I包括旋轉(zhuǎn)軸內(nèi)圈11和旋轉(zhuǎn)軸外圈12，擺動(dòng)軸機(jī)構(gòu)2包括有擺動(dòng)內(nèi)圈21和擺動(dòng)外圈22。所述的旋轉(zhuǎn)軸內(nèi)圈11與直驅(qū)電機(jī)5的旋轉(zhuǎn)軸動(dòng)子51連接，旋轉(zhuǎn)軸外圈12與直驅(qū)電機(jī)5的定子52相連接；所述的擺動(dòng)軸內(nèi)圈21與擺動(dòng)軸動(dòng)子61連接，擺動(dòng)軸外圈22與擺動(dòng)軸定子62連接。如圖1和圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例所述的激光頭4裝置還包括一用于支撐和定位旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)I的多列角接觸軸承，該多列角接觸軸承包括軸承內(nèi)圈和軸承外圈，該軸承內(nèi)圈與旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)I的內(nèi)圈6聯(lián)接，該軸承外圈與旋轉(zhuǎn)軸外圈12聯(lián)接，由于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)I的旋轉(zhuǎn)軸外圈12作為固定結(jié)構(gòu)，所以旋轉(zhuǎn)軸內(nèi)圈11的支撐和定位主要依靠角接觸軸承實(shí)現(xiàn)。旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)I作為本實(shí)施例裝置的主體承載件，可實(shí)現(xiàn)XY平面內(nèi)360度無限旋轉(zhuǎn)功能，整體材料采用高強(qiáng)度鋁合金，具備良好剛性和強(qiáng)度，以及穩(wěn)定性和耐磨性，并且加工性能良好；控制系統(tǒng)通過直驅(qū)電機(jī)5的旋轉(zhuǎn)軸動(dòng)子51直接驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸內(nèi)圈11旋轉(zhuǎn)，由于是直接驅(qū)動(dòng)，減少了中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)和多余的負(fù)載慣量，系統(tǒng)反應(yīng)更快，響應(yīng)更加迅速，可以滿足整套裝置高速度、高精度要求；本發(fā)明實(shí)施例所述的旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)I的內(nèi)圈6配置旋轉(zhuǎn)編碼器，可精確控制旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)速度；多列角接觸軸承作為旋轉(zhuǎn)支撐，經(jīng)過精密調(diào)節(jié)后，在長距離上實(shí)現(xiàn)高精度同軸，旋轉(zhuǎn)軸內(nèi)圈11和旋轉(zhuǎn)軸外圈12整體配合精密，運(yùn)轉(zhuǎn)順暢；在旋轉(zhuǎn)軸內(nèi)圈11和旋轉(zhuǎn)軸外圈12相對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，也需要嚴(yán)密保證腔內(nèi)密封，采用密封效果好的FPM材質(zhì)密封圈，其耐高溫耐磨損，能夠滿足腔內(nèi)密封環(huán)境要求。如圖1和3所示，本發(fā)明實(shí)施例所述的擺動(dòng)軸機(jī)構(gòu)2可實(shí)現(xiàn)YZ在平面正負(fù)135度來回?cái)[動(dòng)，配合旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)I實(shí)現(xiàn)空間三維軌跡，該擺動(dòng)軸機(jī)構(gòu)2同樣采用高強(qiáng)度鋁合金材料，該擺動(dòng)軸機(jī)構(gòu)2的擺動(dòng)軸直驅(qū)電機(jī)6帶動(dòng)擺動(dòng)軸內(nèi)環(huán)21高精度旋轉(zhuǎn)，相比旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)I更加復(fù)雜和小型，在有限空間內(nèi)配置擺動(dòng)軸直驅(qū)電機(jī)6，體積小，輸出力矩大，帶動(dòng)負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)冷卻水通過擺動(dòng)軸機(jī)構(gòu)內(nèi)水路結(jié)構(gòu)為電機(jī)提供足夠的冷卻，使其性能更加穩(wěn)定。如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例所述的隨動(dòng)軸機(jī)構(gòu)3設(shè)置有激光頭4，所述的隨動(dòng)軸機(jī)構(gòu)內(nèi)設(shè)置有一可驅(qū)動(dòng)隨動(dòng)軸機(jī)構(gòu)在Z軸方向上下運(yùn)動(dòng)的環(huán)形電機(jī)，實(shí)現(xiàn)z軸上下隨動(dòng)，具有響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，可以根據(jù)加工件外形起伏，靈敏調(diào)節(jié)加工焦點(diǎn)變化，機(jī)構(gòu)由環(huán)形電機(jī)上下驅(qū)動(dòng)，焦點(diǎn)調(diào)節(jié)范圍大，適用加工對(duì)象比較廣，機(jī)構(gòu)采用獨(dú)立直線光柵尺作為反饋，精度更高，活動(dòng)腔內(nèi)采用優(yōu)質(zhì)材料皮腔封閉光路，有效保持了腔內(nèi)氣體的干燥和潔凈。本發(fā)明實(shí)施例所述的裝置還包括一控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)與直驅(qū)電機(jī)、環(huán)形電機(jī)和編碼器連接。如圖1和圖4所示，本發(fā)明實(shí)施例所述的光學(xué)系統(tǒng)包括擴(kuò)束鏡8、反射鏡9和聚焦鏡10，所述的擴(kuò)束鏡8設(shè)置于旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)I內(nèi)，所述的反射鏡9為兩個(gè)，分別設(shè)置于擺動(dòng)軸機(jī)構(gòu)2的兩端，所述的聚焦鏡10設(shè)置于隨動(dòng)軸機(jī)構(gòu)3內(nèi)，如圖1所示，其光路結(jié)構(gòu)如圖4所
/Jn o以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種無限旋轉(zhuǎn)激光頭裝置，包括光學(xué)系統(tǒng)和激光頭，其特征在于:所述的裝置還包括旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)、擺動(dòng)軸機(jī)構(gòu)和隨動(dòng)軸機(jī)構(gòu)，該旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)與擺動(dòng)軸機(jī)構(gòu)的一端連接，該擺動(dòng)軸機(jī)構(gòu)的另一端與隨動(dòng)軸機(jī)構(gòu)連接，所述的激光頭設(shè)置于隨動(dòng)軸機(jī)構(gòu)上；所述的旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)、擺動(dòng)軸機(jī)構(gòu)和隨動(dòng)軸機(jī)構(gòu)內(nèi)部形成一密封的具有內(nèi)部空腔的通道，所述的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置于該通道內(nèi)；所述的旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)和擺軸機(jī)構(gòu)分別設(shè)置有直驅(qū)電機(jī)，該直驅(qū)電機(jī)包括動(dòng)子和定子；所述的旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)和擺動(dòng)軸機(jī)構(gòu)分別包括有內(nèi)圈和外圈，該內(nèi)圈與直驅(qū)電機(jī)的動(dòng)子連接，該外圈與直驅(qū)電機(jī)的定子相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無限旋轉(zhuǎn)激光頭裝置，其特征在于:所述的激光頭裝置還包括用于支撐和定位旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)的多列角接觸軸承，該多列角接觸軸承包括軸承內(nèi)圈和軸承外圈，該軸承內(nèi)圈與旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)的內(nèi)環(huán)聯(lián)接，該軸承外圈與旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)的外圈聯(lián)接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無限旋轉(zhuǎn)激光頭裝置，其特征在于:所述的光學(xué)系統(tǒng)包括擴(kuò)束鏡、反射鏡和聚焦鏡，所述的擴(kuò)束鏡設(shè)置于旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)的頂端，所述的反射鏡為兩個(gè)，分別設(shè)置于擺動(dòng)軸機(jī)構(gòu)的兩端，所述的聚焦鏡設(shè)置于隨動(dòng)軸機(jī)構(gòu)內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無限旋轉(zhuǎn)激光頭裝置，其特征在于:所述的隨時(shí)軸機(jī)構(gòu)內(nèi)設(shè)置有一可驅(qū)動(dòng)隨動(dòng)軸機(jī)構(gòu)Z軸上下運(yùn)動(dòng)的環(huán)形電機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無限旋轉(zhuǎn)激光頭裝置，其特征在于:所述的旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)的內(nèi)圈設(shè)置有可控制旋轉(zhuǎn)角度和速度的旋轉(zhuǎn)編碼器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無限旋轉(zhuǎn)激光頭裝置，其特征在于:所述的裝置還包括一控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)與直驅(qū)電機(jī)、環(huán)形電機(jī)和編碼器連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無限旋轉(zhuǎn)激光頭裝置，其特征在于:所述的裝置還包括水路結(jié)構(gòu)和氣路結(jié)構(gòu)，該水路結(jié)構(gòu)和氣路結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)相連接。
全文摘要
本發(fā)明提供一種無限旋轉(zhuǎn)激光頭裝置，包括光學(xué)系統(tǒng)和激光頭，該裝置還包括旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)、擺動(dòng)軸機(jī)構(gòu)和隨動(dòng)軸機(jī)構(gòu)，該三部分相連接，所述的激光頭設(shè)置于隨動(dòng)軸機(jī)構(gòu)上；所述的旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)、擺動(dòng)軸機(jī)構(gòu)和隨動(dòng)軸機(jī)構(gòu)內(nèi)部形成一密封的具有內(nèi)部空腔的通道，所述的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置于該通道內(nèi)；所述的旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)和擺動(dòng)軸機(jī)構(gòu)分別設(shè)置有直驅(qū)電機(jī)，該直驅(qū)電機(jī)包括動(dòng)子和定子；所述的旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)和擺動(dòng)軸機(jī)構(gòu)分別包括有內(nèi)圈和外圈，該內(nèi)圈與直驅(qū)電機(jī)的動(dòng)子連接，該外圈與直驅(qū)電機(jī)的定子相連接；本發(fā)明旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)在XY平面360度旋轉(zhuǎn)，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)有YZ平面135度擺動(dòng)，從而可實(shí)現(xiàn)激光加工設(shè)備多個(gè)角度的加工要求。
文檔編號(hào)B23K26/08GK103100794SQ201310042428
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2013年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月4日
發(fā)明者肖俊君, 廖寧, 吳新成, 姚曉暉, 陳根余, 陳燚, 高云峰 申請(qǐng)人:深圳市大族激光科技股份有限公司