激光柔性加工系统技术方案

本发明专利技术公开了一种激光柔性加工系统，包括：激光器；与激光器形成光路连接的激光加工头；用于承载激光加工头的带有电机的机器人本体；测量头；用于控制激光器和机器人本体的控制装置；导轨及运载小车，其设置在所述的机器人本体的下方，其中所述控制装置包括激光器控制单元和机器人运动控制单元，激光器控制单元和机器人运动控制单元与协调控制单元连接，激光器控制单元与激光器连接，机器人运动控制单元与电机相连。本发明专利技术解决了加工件的装载问题，解决了在现有技术的测量头与激光加工头的换位时易产生的与周边环境的碰撞干涉的问题，且控制系统开放性强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光加工技术，特别是涉及智能测量的多功能光机电数控一 体化的激光加工及工艺系统，其中采用了柔性光导纤维来传输激光并且光束 经过变换，该系统具有多轴联动的机械部分、导轨及运载小车。
技术介绍
目前的激光加工系统可分为三大类 一是机械臂式激光加工机器人，二 是激光加工中心，三是激光加工专用设备。在专利技术名称为"用于切割与焊接的激光加工机器人"的美国专利US4870246中，介绍了这样一种技术，其中 采用了框架式结构，使加工机器人沿水平和垂直线性运动并且在垂直平面内 进行旋转运动，并且以中空加工臂为中心进行二到三维极坐标运动，由此完 成加工动作。在专利技术名称为"用于焊接与切割的激光机械设备"的美国专利 US5221823中，介绍了一种关节臂式机器人。上述两种系统的共同特点是， 激光传输采用光学折返镜式传输系统，通过中空的腔式结构将大功率激光从 激光器传到加工面。图1给出了美国专利US5221823所采用的传输装置。可 以看出，这种传输激光的方法为了保证激光传递光路的正确，传输装置的运 动方式十分受限制，不仅加工中机器人的运动控制较为复杂，而且也使利用 现有机械装置进行激光加工装备的改造难度增大。上述两种专利技术的设备 的第三个缺陷是，都只是通过光学折返镜式传输系统将激光直接由激光器传 到加工面，而未对加工中使用的激光作进一步的处理。这虽然是目前的激光加工设备主要采用的方式，但由于在实际工业生产中，针对不同的加工，激 光的空间分布和强度分布要求也会有不同，因此，这种直接使用激光器加工 的设备，大多只能以专用设备的形式出现，适用面较窄，远远满足不了实际 需要。另外，目前的激光加工设备基本上均为单纯的加工设备，自身不具备 测量能力，因此加工的精确性在很大程度上依赖于加工工件外形尺寸，如果 工件由于某种原因没有工件外形设计数据，则须借助于外部的测量设备，这 又产生了测量数据与加工数据之间出现误差的问题。作为与本专利技术最接近的现有技术，中国专利技术专利98101217. 5涉及一种 具有柔性传输和多轴联动的激光加工装置，在该专利技术专利的实际应用中遇到 了如下的一些问题加工件的装载问题，特别是在生产线上如何实现加工件的自动装载与卸载；该专利技术专利中的定位圆盘装置用于实现测量头与激光加 工头的换位，但在实际应用中该装置易产生与周边环境的碰撞干涉，对加工 造成不利影响；该技术的控制系统开放性较差，不能方便地控制激光加工来 完成各种加工需求的灵活操作，特别是如何实现激光器与机器人运动系统的 协调控制还有待改进。综上所述，由于现有激光加工技术的不足，目前的激光加工设备大多只 能用于某一特定的领域，限制了激光加工设备在工业上的广泛应用，因此就 需要一种改进的激光柔性加工系统。
技术实现思路
为了解决中国专利技术专利98101217. 5中存在的工件装载问题和控制系统 不完善的问题，本专利技术提出一种激光柔性加工系统，包括激光器；与激光 器形成光路连接的激光加工头；用于承载激光加工头的带有电机的机器人本体；测量头；用于控制激光器和机器人本体的控制装置；其特征在于，该系 统还包括导轨及运载小车，其设置在机器人本体的下方，所述控制装置包括 激光器控制单元和机器人运动控制单元，激光器控制单元和机器人运动控制 单元与协调控制单元连接，所述激光器控制单元与激光器相连接，机器人运 动控制单元与所述电机相连接。此外，为了解决中国专利技术专利98101217. 5中存在的测量头与激光加工 头在利用定位圆盘装置换位时易产生与周边环境碰撞干涉的问题，本专利技术还 提出一种激光柔性加工系统，包括激光器；与所述激光器形成光路连接的 激光加工头；用于承载所述激光加工头的带有电机的机器人本体；测量头； 用于控制所述激光器和所述机器人本体的控制装置；其特征是，所述机器人 本体上安装有由电机带动而既能沿水平方向左右移动也能上下运动的垂直 机械臂；在所述垂直机械臂的下端有用于择一地固定所述测量头和所述激光 加工头的夹具，所述控制装置包括激光器控制单元和机器人运动控制单元， 激光器控制单元和机器人运动控制单元与协调控制单元连接，所述激光器控 制单元与所述激光器连接，所述机器人运动控制单元与所述电机相连接。在上述技术方案中，所述协调控制单元包括收发机器人信号单元、收发 激光器信号单元和信号协调处理单元。在上述技术方案中，所述协调控制单元还包括用于操作者与该加工系统 进行交互的人机交互单元。在上述技术方案中，该系统还包括光导纤维和光学变换器，机器人本体 包括机器人框架，该机器人框架是如此构成的，在纵向横梁上装有滑轨，在 滑轨上设有由电机带动而能前后移动的水平横梁，在水平横梁上设有滑轨， 在水平横梁的滑轨上安装了由电机带动而既能沿水平方向左右移动也能垂直于水平横梁上下运动的垂直机械臂，所述光学变换器、激光加工头和测量 头均通过固定件安装在垂直机械臂的下端上，或者在垂直机械臂的下端联接 不同种类的机械臂，再在该机械臂的下端用固定件安装上光学变换器、激光 加工头和测量头，激光器的输出端与光学变换器之间依靠光导纤维相连，光 学变换器与激光加工头相连。在上述技术方案中，所述固定件是夹具。在上述技术方案中，该系统还包括设置在所述垂直机械臂的侧面的第二 夹具，用以在测量时临时装卡激光加工头。在上述技术方案中，所述控制装置采用单主站的线型网络拓扑结构，控 制装置设为过程现场总线的主站，激光器带有过程现场总线通信协议，所述 激光器设为从站。在上述技术方案中，连接在垂直机械臂下端上的不同种类的机械臂是绕垂直机械臂的中轴线360。旋转的旋转关节或摆动关节，其中由激光器发出的激光通过柔性光导纤维传输到光学变换器，在这里通过付立叶光学变换使 激光改变其空间强度的分布，通过激光加工头聚焦输出，使用两轴到五轴的 运动方式，利用外部数据和使用测量头所测的数据，由控制装置控制激光加 工头对工件进行加工。在上述技术方案中，该加工系统还包括设置在激光加工头上的、通入辅 助气体的结构。在上述技术方案中，在激光加工头上设有助焊剂输送结构。 在上述技术方案中，控制装置包括开放式运动控制器。 与现有技术相比，本专利技术的有益效果是，本专利技术的激光柔性加工系统解 决了加工件的装载问题，特别是在生产线上实现加工件的自动装载与卸载，并解决了现有技术的定位圆盘装置用于实现测量头与激光加工头的换位时 易产生与周边环境的碰撞干涉的问题。此外，本专利技术的控制系统开放性强， 方便控制激光加工完成各种加工需求的灵活操作，特别是激光器与机器人运 动系统的协调控制。附图说明图l:现有技术中激光传输装置示意图。图2:根据本专利技术的、具有柔性传输和多轴联动的激光加工系统的工作 框图。图3:本专利技术所提供的、具有柔性传输和五轴联动的激光加工系统的结 构示意图。图4.1:本专利技术的激光加工头运动姿态示意图。图4. 2:本专利技术的激光加工头二维旋转运动示意图。图5:本专利技术的一种智能化测量头示意图。图6:本专利技术用于表面强化加工时的光束变换示意图。图7:本专利技术实施例1中的控制装置控制的工作流程图。图8:本专利技术实施例中的导轨和小车的示意图；图9:本专利技术实施例中的加工头及夹具示意图，图9中左侧(a)图表 示当进行加工时，激光加工头安装在工作装卡装置上；右侧(b)图表示当 进行测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光柔性加工系统，包括：激光器；与所述激光器形成光路连接的激光加工头；用于承载所述激光加工头的带有电机的机器人本体；测量头；用于控制所述激光器和所述机器人本体的控制装置；其特征是，所述激光柔性加工系统还包括设置在所述机器人本体下方的、用于工件的导轨及运载小车，并且所述控制装置包括激光器控制单元和机器人运动控制单元，所述激光器控制单元和所述机器人运动控制单元与协调控制单元连接，所述激光器控制单元与所述激光器连接，所述机器人运动控制单元与所述电机相接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：虞钢，颜永振，王建伦，宁伟健，王立新，郑彩云，宋宏伟，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]