一種回轉(zhuǎn)體表面激光處理跟隨裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及回轉(zhuǎn)體表面激光處理應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種回轉(zhuǎn)體表面激光處理跟隨裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]激光頭在激光表面處理過(guò)程中，對(duì)工件進(jìn)行激光照射時(shí)，通常都保持一個(gè)固定離焦量，即始終使工件表面與激光頭之間保持一個(gè)固定的高度。但是工件表面并非都是平面，若工件表面是一個(gè)曲面，此時(shí)激光的掃描路徑就并非直線，激光頭應(yīng)隨著工件曲面上下起伏才能保證離焦量固定，處理后的工件表面質(zhì)量才能一致。特別對(duì)回轉(zhuǎn)體零件而言，在工程應(yīng)用中，通?；剞D(zhuǎn)體工件并非是恒定截面，若對(duì)回轉(zhuǎn)體表面進(jìn)行激光處理時(shí)需要激光頭對(duì)回轉(zhuǎn)體的母線進(jìn)行跟隨照射。要完成這樣一個(gè)動(dòng)作，需要將激光頭固定在一個(gè)具備兩軸運(yùn)動(dòng)能力的數(shù)控車(chē)床上，并對(duì)工件進(jìn)行測(cè)繪，編程才可以實(shí)現(xiàn)。為了避免做回轉(zhuǎn)體激光頭在激光表面處理實(shí)驗(yàn)，需配置一個(gè)數(shù)控機(jī)床，還要學(xué)習(xí)數(shù)控編程的麻煩。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]現(xiàn)有技術(shù)不能滿足人們的需要，為彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明旨在提供一種回轉(zhuǎn)體表面激光處理跟隨裝置。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種回轉(zhuǎn)體表面激光處理跟隨裝置，至少包括步進(jìn)電機(jī)、第一同步帶輪、同步帶、第二同步帶輪、主軸支座、三爪卡盤(pán)、回轉(zhuǎn)體工件、微調(diào)螺釘、X軸導(dǎo)軌滑塊模組、Z軸滑塊、Z軸直線導(dǎo)軌、Z軸步進(jìn)電機(jī)、Z軸滾珠絲桿螺母副、激光頭夾持架、Y軸滾輪導(dǎo)軌、Y軸滑塊、Y軸滾珠絲桿螺母副、Y軸步進(jìn)電機(jī)、激光頭、測(cè)距光纖和光纖聚焦頭。
[0005]所述步進(jìn)電機(jī)通過(guò)與其輸出軸連接的第一同步帶輪和同步帶與固定在主軸支座上的第二同步帶輪構(gòu)成一個(gè)傳動(dòng)部件。
[0006]所述第二同步帶輪的轉(zhuǎn)軸上設(shè)置有三爪卡盤(pán)，微調(diào)螺釘和導(dǎo)軌滑塊模組組成跟隨裝置的移動(dòng)部分；通過(guò)調(diào)節(jié)螺釘8可以使滑塊上面的部件(激光頭和聚焦頭)沿X方向做微調(diào)。
[0007]所述激光頭夾持架，Y軸滾輪導(dǎo)軌、Y軸滑臺(tái)，Y軸滾珠絲桿螺母副，Y軸步進(jìn)電機(jī)，激光頭和光纖聚焦頭組成跟隨Y軸部分；所述激光頭設(shè)置在激光頭夾持架；所述Y軸步進(jìn)電機(jī)位于激光頭夾持架上端，激光頭后端；所述Y軸滾輪導(dǎo)軌和Y軸滑臺(tái)設(shè)置在激光頭夾持架左端；所述測(cè)距光纖連接光纖聚焦頭。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:該回轉(zhuǎn)體表面激光實(shí)驗(yàn)跟隨系統(tǒng)，該系統(tǒng)無(wú)需測(cè)繪零件，無(wú)需數(shù)控編程，就可以使激光頭在激光表面處理時(shí)始終保持一個(gè)恒定的離焦量。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖2為本發(fā)明的左視圖；
[0011]圖3為本發(fā)明的光纖測(cè)距原理；
[0012]圖4為表發(fā)明的系統(tǒng)硬件框圖
[0013]圖5為本發(fā)明的測(cè)距掃描流程圖；
[0014]圖6為本發(fā)明的激光跟隨流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0016]請(qǐng)參閱圖1?2，本發(fā)明實(shí)施例中，一種回轉(zhuǎn)體表面激光處理跟隨裝置，至少包括步進(jìn)電機(jī)1、第一同步帶輪2、同步帶3、第二同步帶輪4、主軸支座5、三爪卡盤(pán)6、回轉(zhuǎn)體工件7、微調(diào)螺釘8、X軸導(dǎo)軌滑塊模組9、Z軸滑塊10、Z軸直線導(dǎo)軌11、Z軸步進(jìn)電機(jī)12、Z軸滾珠絲桿螺母副13、激光頭夾持架14、Y軸滾輪導(dǎo)軌15、Y軸滑塊16、Y軸滾珠絲桿螺母副17、Y軸步進(jìn)電機(jī)18、激光頭19、測(cè)距光纖20和光纖聚焦頭21。
[0017]運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)由3個(gè)移動(dòng)軸和一個(gè)回轉(zhuǎn)主軸構(gòu)成。依據(jù)機(jī)床坐標(biāo)的定義方式，3個(gè)移動(dòng)軸分由8微調(diào)螺釘和9導(dǎo)軌滑塊模組組成，通過(guò)調(diào)節(jié)螺釘8可以使滑塊上面的部件(激光頭和聚焦頭)沿X方向做微調(diào)。
[0018]2)跟隨Y軸
[0019]跟隨Y軸由14激光頭夾持架，15滾輪導(dǎo)軌，16滑臺(tái)，17滾珠絲桿螺母副，18步進(jìn)電機(jī)，19激光頭和21光纖聚焦頭組成。控制系統(tǒng)根據(jù)測(cè)距系統(tǒng)所得到的數(shù)據(jù)控制步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)在17滾珠絲桿螺母的作用下使得安裝在14夾持架上的激光頭和光纖聚焦頭上下移動(dòng)達(dá)到跟隨的目的。
[0020]3)進(jìn)給Z軸
[0021]Z軸控制測(cè)距的掃描步長(zhǎng)和激光進(jìn)給速度，它是沿著6主軸方向運(yùn)動(dòng)的。由10滑塊，11直線導(dǎo)軌，12步進(jìn)電機(jī)和13滾珠絲杠螺母副組成。控制系統(tǒng)根據(jù)激光頭在激光表面處理的工藝信息精確地控制12步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)在13滾珠絲桿螺母副的作用下達(dá)到控制激光掃描速度的目的。
[0022]4)回轉(zhuǎn)主軸
[0023]控制系統(tǒng)控制I步進(jìn)電機(jī)，由2,4同步帶輪和3同步帶,將動(dòng)力傳送至6三爪卡盤(pán)上同時(shí)帶動(dòng)夾持在卡盤(pán)上的7工件進(jìn)行回轉(zhuǎn)。在步進(jìn)電機(jī)的控制下，激光掃描工件時(shí)可以選擇螺旋式掃描也可以實(shí)現(xiàn)等距平行掃描。
[0024]本發(fā)明的工作原理為:參見(jiàn)圖(3)
[0025]測(cè)距系統(tǒng)由一個(gè)模擬量光纖放大器，反射式同軸光纖和一個(gè)聚焦頭組成。
[0026]模擬量光纖放大器的作用是發(fā)射特定光束并將照射在物體表面上的反射光轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的電壓值。當(dāng)聚焦頭離物體表面的距離為焦距h時(shí)，放大器輸出的電壓值最大。利用這個(gè)特性，在控制系統(tǒng)的作用下可以使聚焦頭始終處于物體表面h的高度，并記錄聚焦頭所移動(dòng)的距離，達(dá)到測(cè)距跟隨的目的。
[0027]定步法光纖測(cè)距原理
[0028]I)設(shè)置初始點(diǎn)
[0029]首先將光纖聚焦頭的焦點(diǎn)移至工件端部，此時(shí)放大器的反饋電壓為最大值Vmax(并非固定值)并記錄該點(diǎn)為初始點(diǎn)。
[0030]2)橫向定步掃描工件表面
[0031]以定步長(zhǎng)L移動(dòng)聚焦頭，并讀取放大器的反饋電壓V，若電壓值發(fā)生明顯變化則說(shuō)明工件表面發(fā)生變化。
[0032]3)判斷表面起伏狀態(tài)
[0033]嘗試以單位長(zhǎng)度h向上移動(dòng)聚焦頭，并實(shí)時(shí)記錄電壓V,若V遞增，則曲面表現(xiàn)為凸，當(dāng)測(cè)得電壓值為Vmax時(shí)記錄聚焦頭的移動(dòng)距離Ah，Λh即為聚焦頭需要調(diào)整的縱向距離；若向上移動(dòng)聚焦頭時(shí)V變小，則判斷為曲面為凹，此時(shí)應(yīng)以2h的步長(zhǎng)向下搜尋Vmax，并同時(shí)記錄有效的移動(dòng)距離Ah。以此類推直至掃描完整個(gè)工件就可以獲得一系列以步長(zhǎng)L為間距的曲線離散點(diǎn)。
[0034]4)擬合離散點(diǎn)
[0035]控制系統(tǒng)通過(guò)直線擬合的方式，將離散點(diǎn)用線段連接起來(lái)作為激光掃描的軌跡。
[0036]該裝置是基于PLC，以PC為人機(jī)界面，通過(guò)采集光纖放大器的數(shù)據(jù)，利用特定的算法控制各步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)達(dá)到激光跟隨掃描的目的。硬件框圖如圖4所示；
[0037]控制系統(tǒng)的軟件由掃描跟隨算法和驅(qū)動(dòng)算法組成，掃描跟隨算法是控制系統(tǒng)的核心算法，又可細(xì)分為測(cè)距掃描程序和激光跟隨掃描程序；(參見(jiàn)圖5)
[0038]圖中h為Y軸運(yùn)動(dòng)的單位步長(zhǎng)，j為Y軸運(yùn)動(dòng)步數(shù)，DKffl于記錄每個(gè)采集點(diǎn)的Y軸運(yùn)動(dòng)步數(shù)，作為激光跟隨時(shí)的Y坐標(biāo)數(shù)據(jù)。Vi為第i次放大器的電壓值。I為Z軸運(yùn)動(dòng)的單位步長(zhǎng)，N是Z軸運(yùn)動(dòng)步數(shù)，由于設(shè)備受尺寸所限，Z軸的運(yùn)動(dòng)范圍有限其最大運(yùn)動(dòng)距離為M(該裝置M= 150MM)。程序中核心算法是對(duì)于Vmax的獲取，由于采用光纖聚焦頭獲取焦距，而且工件表面并非平整，所以Vmax并非一個(gè)固定值，此時(shí)必須用進(jìn)退法搜尋V _，如流程中右邊所示。
[0039]激光跟隨子程序完成的功能是依據(jù)測(cè)距掃描所獲得的Y坐標(biāo)數(shù)據(jù)DK，在跟隨時(shí)間內(nèi)完成從Djlj D η的運(yùn)動(dòng)，即用直線擬合的辦法完成對(duì)曲面的跟隨。
[0040]對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其它的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
[0041]以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何細(xì)微修改、等同替換和改進(jìn)，均應(yīng)包含在本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種回轉(zhuǎn)體表面激光處理跟隨裝置，至少包括步進(jìn)電機(jī)(I)、第一同步帶輪(2)、同步帶(3)、第二同步帶輪(4)、主軸支座(5)、三爪卡盤(pán)￠)、回轉(zhuǎn)體工件(7)、微調(diào)螺釘(8)、X軸導(dǎo)軌滑塊模組(9)、Z軸滑塊(10)、Z軸直線導(dǎo)軌(11)、Z軸步進(jìn)電機(jī)(12)、Z軸滾珠絲桿螺母副(13)、激光頭夾持架(14)、Y軸滾輪導(dǎo)軌(15)、Y軸滑塊(16)、Y軸滾珠絲桿螺母副(17)、Y軸步進(jìn)電機(jī)(18)、激光頭(19)、測(cè)距光纖(20)和光纖聚焦頭(21);其特征在于:所述步進(jìn)電機(jī)(I)通過(guò)與其輸出軸連接的第一同步帶輪(2)和同步帶(3)與固定在主軸支座(5)上的第二同步帶輪(4)構(gòu)成一個(gè)傳動(dòng)部件； 所述第二同步帶輪(4)的轉(zhuǎn)軸上設(shè)置有三爪卡盤(pán)(6)，(8)微調(diào)螺釘和(9)導(dǎo)軌滑塊模組組成跟隨裝置的移動(dòng)部分；通過(guò)調(diào)節(jié)螺釘(8)可以使滑塊上面的激光頭和聚焦頭沿X方向做微調(diào)； 所述激光頭夾持架(14)，Y軸滾輪導(dǎo)軌(15)、Υ軸滑臺(tái)(16)，Υ軸滾珠絲桿螺母副(17)，Y軸步進(jìn)電機(jī)(18)，激光頭(19)和(21)光纖聚焦頭組成跟隨Y軸部分；所述激光頭(19)設(shè)置在激光頭夾持架(14)頂端；所述Y軸步進(jìn)電機(jī)(18)位于激光頭夾持架(14)上端，激光頭(19)后端；所述Y軸滾輪導(dǎo)軌(15)和Y軸滑臺(tái)(16)設(shè)置在激光頭夾持架(14)左端；所述測(cè)距光纖(20)連接光纖聚焦頭(21)。
【專利摘要】一種回轉(zhuǎn)體表面激光處理跟隨裝置，至少包括步進(jìn)電機(jī)、第一同步帶輪、同步帶、第二同步帶輪、主軸支座、三爪卡盤(pán)、回轉(zhuǎn)體工件、微調(diào)螺釘、X軸導(dǎo)軌滑塊模組、Z軸滑塊、Z軸直線導(dǎo)軌、Z軸步進(jìn)電機(jī)、Z軸滾珠絲桿螺母副、激光頭夾持架、Y軸滾輪導(dǎo)軌；所述激光頭夾持架，Y軸滾輪導(dǎo)軌，Y軸步進(jìn)電機(jī)，激光頭和光纖聚焦頭組成跟隨Y軸部分；所述激光頭設(shè)置在激光頭夾持架上；所述Y軸步進(jìn)電機(jī)位于激光頭夾持架上端，激光頭后端；所述Y軸滾輪導(dǎo)軌和Y軸滑臺(tái)設(shè)置在激光頭夾持架左端；所述測(cè)距光纖連接光纖聚焦頭；該回轉(zhuǎn)體表面激光實(shí)驗(yàn)跟隨系統(tǒng)，該系統(tǒng)無(wú)需測(cè)繪零件，無(wú)需數(shù)控編程，就可以使激光頭在激光表面處理時(shí)始終保持一個(gè)恒定的離焦量。
【IPC分類】B23K26-08
【公開(kāi)號(hào)】CN104551389
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510012065
【發(fā)明人】陳仕國(guó), 陳學(xué)永, 林福財(cái), 彭亞楠
【申請(qǐng)人】福建農(nóng)林大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2015年1月7日