一種五軸雷射機器人的製作方法

2023-06-28 23:56:41 2

本實用新型涉及雷射精密加工技術領域，具體為一種五軸雷射機器人。

背景技術：

CO2雷射器以長波紅外線的形式輸出時，波長通常為10.6μm。許多有機材料對這類長波長的吸收能力都很強，包括紙、木材、塑料、橡膠、紡織物和皮革，甚至對可透過的材料甚至也能吸收這類長波長，例如玻璃和藍寶石。

CO2雷射用來加工平面工件，應用已經非常成熟，只需要在數控工具機上搭建反射光路，雷射頭沿著XY方向的平面運動來實現平面加工。

使用CO2雷射來加工三維複雜曲面工件的方案通常是使用導光臂用多鏡片反射而組成的柔性加工系統，是將雷射器安置在地面上，通過長導光臂將雷射傳導到雷射頭上，雷射頭安裝在工業機器人上，由於導光臂是懸吊在空中，到工業機器人在運動時難免會發生運動幹涉，這樣就大大縮減了工業機器人的活動範圍，整個系統的加工範圍受限，且運動過程導光臂的晃動也會影響光路精度；除了導光臂方案，還可以將CO2雷射光路不動而機器人抓取工件三維運動的方案。現存的這些CO2雷射加工方案，對於複雜的三維工件，如汽車儀錶盤等凹凸起伏變化大的工件，由於方案自身繁瑣，靈活性差，很難獲得好的加工效果。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種五軸雷射機器人，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本實用新型提供如下技術方案：一種五軸雷射機器人,包括第一軸組件、第二軸組件、機器人上臂、第三軸組件、第四軸組件、機器人前臂、第五軸組件和CO2雷射頭，所述第一軸組件、第二軸組件、第三軸組件、第四軸組件均為機器人旋轉軸，所述第五軸組件固定在機器人前臂前 端，所述CO2雷射頭固定在第五軸組件上，所述機器人前臂設置在第四軸組件上，所述第四軸組件下端設置第三軸組件，所述第三軸組件下端連接機器人上臂，所述機器人上臂固定在第二軸組件上，所述第二軸組件固定在第一軸組件上。

優選的，所述第五軸組件包括雷射入口法蘭、旋轉法蘭、反射鏡座、伺服電機、減速器，所述雷射入口法蘭與雷射器出光口同軸，所述雷射器出光口穿出雷射束，所述雷射束從機器人前臂射出後，進入反射鏡座，穿過中空的減速器，所述減速器為一種單級齒輪減速器，其小齒輪端與伺服電機連接，其大齒輪為中空結構，中間通過雷射，所述減速器輸出軸與旋轉法蘭連接。

優選的，所述CO2雷射頭上設有反射鏡座、防撞組件、聚焦組件，所述反射鏡座設置在CO2雷射頭上端，所述CO2雷射頭直接通過螺釘鎖緊到旋轉法蘭上，所述反射鏡座與防撞組件連接，所述防撞組件下端連接聚焦組件。

優選的，所述防撞組件包括上蓋、下蓋、定位銷、吸合磁鐵、探針組件，所述上蓋與反射鏡座連接，所述下蓋與聚焦組件連接，所述上蓋和下蓋通過一對環形的吸合磁鐵吸合在一起，所述定位銷穿過上蓋和下蓋，所述探針組件設置在下蓋上。

優選的，所述第四軸組件的減速器為中空結構，所述中空的減速器中心穿過雷射相關的電源線、信號線、氣路和水路。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：

(1)本實用新型結構設計新穎，自動化程度高，可通過編程控制五軸機器人的運動軌跡與雷射開關，無需外部導光光路，光路中鏡片數量少，能量損耗更低，整體結構簡單、緊湊，非常適合有複雜曲面的三維工件的雷射加工，適用於工程塑料、橡膠、玻璃、布匹、皮革、紙、木材等非金屬材料的三維加工。

(2)本實用新型中，將第四旋轉軸置於機器人前臂之前，雷射從雷射器射 出後，僅僅只有一個旋轉軸，光路受轉軸影響更小、更穩定，光路精度調節更簡單；第五軸組件結構更輕便，降低了雷射器力學負載。

(3)本實用新型中，雷射從雷射器出射後僅僅經過兩片平反鏡和一片聚焦鏡，與多關節導光臂方案相比，雷射損耗低，更節能環保。

(4)本實用新型中，雷射相關的電源線、信號線、氣路和水路從第四軸中空的減速器中心穿過，這樣可避免線路纏繞，合理的釋放線路的應力。

附圖說明

圖1為本實用新型的整體結構示意圖；

圖2為本實用新型的第五軸組件和CO2雷射頭組裝圖；

圖3為本實用新型的拆除外殼的第五軸組件和CO2雷射頭組裝圖；

圖4為本實用新型的防撞組件結構圖；

圖5為本實用新型的防撞組件內部結構圖。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。

請參閱圖1-5，本實用新型提供一種技術方案：一種五軸雷射機器人,包括第一軸組件1、第二軸組件2、機器人上臂3、第三軸組件4、第四軸組件5、機器人前臂6、第五軸組件7和CO2雷射頭8，所述第一軸組件1、第二軸組件2、第三軸組件4、第四軸組件5均為機器人旋轉軸，所述第五軸組件7固定在機器人前臂6前端，所述CO2雷射頭8固定在第五軸組件7上，所述機器人前臂6設置在第四軸組件5上，所述第四軸組件5下端設置第三軸組件4，所述第三軸組件4下端連接機器人上臂3，所述機器人上臂3固定在第二軸組件 2上，所述第二軸組件2固定在第一軸組件1上；第四軸組件5旋轉帶動雷射器跟隨旋轉，第四軸組件5的減速器為中空結構，所述中空的減速器中心穿過雷射相關的電源線、信號線、氣路和水路，採用此結構可避免線路纏繞，合理的釋放線路的應力。

本實施例中，第五軸組件7包括雷射入口法蘭701、旋轉法蘭702、反射鏡座710、伺服電機720、減速器730，所述雷射入口法蘭701與雷射器出光口同軸，所述雷射器出光口穿出雷射束700，所述雷射束700從機器人前臂6射出後，進入反射鏡座710，穿過中空的減速器730，所述減速器730為一種單級齒輪減速器，其小齒輪端與伺服電機720連接，其大齒輪為中空結構，中間通過雷射，所述減速器730輸出軸與旋轉法蘭702連接，拆卸螺釘即可將CO2雷射頭8拆下來，可根據工藝需要選擇合適的聚焦焦距、通光孔徑等參數的CO2雷射頭。

本實施例中，CO2雷射頭8上設有反射鏡座810、防撞組件820、聚焦組件830，所述反射鏡座810設置在CO2雷射頭8上端，所述CO2雷射頭8直接通過螺釘鎖緊到旋轉法蘭702上，所述反射鏡座810與防撞組件820連接，所述防撞組件820下端連接聚焦組件830；雷射束經過CO2雷射頭8上的反射鏡座810反射，穿過防撞組件820，最後由聚焦組件830聚焦後從噴嘴射出。整個雷射光路中，雷射從雷射器射出後，僅僅只有一個旋轉軸運動，光路受轉軸的旋轉運動影響更小、更穩定，光路精度調節更簡單；第五軸組件整體結構輕便，降低了雷射器力學負載。

本實施例中，防撞組件820包括上蓋821、下蓋822、定位銷823、吸合磁鐵824、探針組件825，所述上蓋821與反射鏡座810連接，所述下蓋822與聚焦組件830連接，所述上蓋821和下蓋822通過一對環形的吸合磁鐵824吸合在一起，所述定位銷823穿過上蓋821和下蓋822，所述探針組件825設置在下蓋822上；其中，吸合力根據撞擊脫開力的大小確定，通過選擇合適 的一對吸合磁鐵824，即可調整吸合力的大小，適用於不同重量的聚焦組件830。撞擊發生後，上蓋821和下蓋822自動脫開，探針組件825處於斷路狀態，系統就可以判斷發生了撞擊，系統停機。系統恢復時，只需要將上蓋821和下蓋822沿著定位銷823再次貼合，靠吸合磁鐵824的吸附力連接為一體。之後，系統復位，即可重新開始工作。由於操作失誤導致發生的這整個撞擊過程，由於聚焦組件830的即時脫落，避免的機器人與工件或者周圍輔具的硬碰撞，能有效保護機器人結構安全。

本實用新型結構設計新穎，自動化程度高，可通過編程控制五軸機器人的運動軌跡與雷射開關，無需外部導光光路，光路中鏡片數量少，能量損耗更低，整體結構簡單、緊湊，非常適合有複雜曲面的三維工件的雷射加工，適用於工程塑料、橡膠、玻璃、布匹、皮革、紙、木材等非金屬材料的三維加工。

儘管已經示出和描述了本實用新型的實施例，對於本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本實用新型的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本實用新型的範圍由所附權利要求及其等同物限定。