[发明专利]一种具有柔性传输和多轴联动的激光加工装置

说明书

本发明涉及激光加工技术，特别是涉及一种采用柔性光导纤维传输激光，经过光束变换，具有多轴联动的机械部分和智能测量的多功能光机电数控一体化的激光加工及工艺装置。

目前激光加工装置可分为三大类：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。在美国专利号US4870246、名称为“激光加工机器人用于切割与焊接”的文件中，介绍了一种采用框架式结构，使加工机器人沿水平和垂直线性运动、在垂直平面内的旋转运动和以中空加工臂为中心的二到三维极坐标运动，来完成加工动作。在美国专利号US5221823、名称“激光机械设备用于焊接与切割”文件中，介绍了一种关节臂式机器人。这两种装置共同特点，都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给出了专利号US5221823“激光机械设备用于焊接与切割”文件中所采用的传输装置。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中第二个缺陷是：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问题。

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。

本发明的目的在于：

为了解决现有的激光加工装置所存在的问题，从而提供一种在保证加工精度的同时，具有较大的加工范围和很好的工业适用性，既可用于曲面打孔、切割与焊接，又可用于材料表面处理、快速原形和模具制造等多种工业用途，可独立完成智能测量和工件加工，具有较高的性能价格比的柔性传输和多轴联动的多功能光机电数控一体化的激光加工及工艺装置。

本发明的目的是这样实现的：

为了实现上述目的，本发明提供的具有柔性传输和多轴联动的激光加工装置，其工作原理图如图2所示。它由激光器、框架结构、激光加工头、测量头和计算机组成的具有柔性传输和多轴联动的激光加工装置，其特征在于：还包括一根光导纤维、一光学变换器；所述的框架结构是在纵向横梁上装有滑轨，在其上设有一由电机带动可以前后移动的水平横梁，在水平横梁上有滑轨，在水平横梁的滑轨上安装一由电机带动既可以沿水平方向左右移动，也可垂直于水平横梁上下运动的垂直机械臂；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下端；或在垂直机械臂下端联接1-2节不同种类的机械臂，再在该种类的机械臂下端将光学变换器、激光加工头和测量头通过固定件安装于其上；激光器输出端与光学变换器之间联接一根光导纤维，光学变换器与激光加工头相连，计算机与激光器的电源、测量头和电机相接。所述的固定件是可转动定位圆盘或夹具。所述的在垂直机械臂下端联接1-2节不同种类的机械臂是：一绕垂直机械臂中轴线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，使用本装置2到5轴的运动方式，利用外部数据和使用测量头所测的数据，由计算机控制激光加工头对工件进行加工。由于加工用激光是通过光导纤维柔性传输的，不受机械运动的影响，具体的机械装置，既可如上所述采用三轴运动方式，也可根据需要，采用2到5轴的运动方式；既可专门研制，也可利用现有设备改造而成。通过计算机控制，始终保持激光加工头沿被加工面法线运动时的动作姿态，进行差补，以实现多轴联动，即可在三维空间内进行大范围、高精度和灵活快速的激光加工，包括在曲面上打孔、切割和焊接，表面强化处理以及快速原形和模具的制造等。

发明的效果：