專(zhuān)利名稱(chēng)：一種激光器數(shù)字化控制的激光柔性加工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種激光柔性加工裝置，特別涉及一種基于PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的激光器數(shù)字化控制的激光柔性加工裝置。
背景技術(shù)：
激光柔性加工的應(yīng)用越來(lái)越多，廣泛使用于工業(yè)、軍用、醫(yī)用等眾多領(lǐng)域。在激光制造工業(yè)中，實(shí)現(xiàn)激光加工的集成化、智能化、柔性化的關(guān)鍵在于對(duì)激光器的控制手段的實(shí)現(xiàn)。對(duì)不同的應(yīng)用目的例如切割、打孔、焊接、強(qiáng)化、直接成型或成形、微細(xì)加工、激光檢測(cè)等，需要采用不同的激光參數(shù)。這就要求激光器能迅速、方便、準(zhǔn)確地針對(duì)不同的加工目的改變激光參數(shù)以出光，且能與激光加工執(zhí)行器協(xié)調(diào)運(yùn)作，共存于激光柔性加工系統(tǒng)中。
現(xiàn)有技術(shù)中，集成性實(shí)現(xiàn)較好的激光器控制大都通過(guò)I/O并口來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)其數(shù)字化控制，但這種方式存在成本高、可維護(hù)性差等缺點(diǎn)；也有些系統(tǒng)通過(guò)串口來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)激光器的控制，如華中科技大學(xué)激光技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室采用串口和單片機(jī)實(shí)現(xiàn)激光器數(shù)字化控制，但這種方法存在抗干擾能力低、傳輸速率低、實(shí)時(shí)性差等缺點(diǎn)，尤其難以勝任需要有握手信號(hào)的激光器。再如，申請(qǐng)?zhí)?8101217.5的“一種具有柔性傳輸和多軸聯(lián)動(dòng)的激光加工裝置”專(zhuān)利中公開(kāi)的對(duì)激光器通過(guò)串口的具體控制方式，同樣存在傳輸速率低、實(shí)時(shí)性差等不足。
如果在激光柔性加工裝置中采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的概念與方法實(shí)現(xiàn)對(duì)激光器的控制，可以從根本上克服上述難題，但是目前尚未見(jiàn)相關(guān)的研究報(bào)道或者是公布的專(zhuān)利技術(shù)。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供一種能對(duì)激光器數(shù)字化控制，且抗干擾能力強(qiáng)、傳輸速率高、實(shí)時(shí)性好、成本低的激光器數(shù)字化控制的激光柔性加工裝置。
為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下一種激光器數(shù)字化控制的激光柔性加工裝置，如圖1所示，包括控制用計(jì)算機(jī)1；與所述控制用計(jì)算機(jī)1通過(guò)電纜連接的激光器2；與所述控制用計(jì)算機(jī)1通過(guò)電纜連接的激光加工機(jī)器人3；與所述激光器2通過(guò)光纖連接的光束變換裝置4，對(duì)所述激光器2輸出的激光進(jìn)行變換，并通過(guò)光纖傳輸?shù)剿黾す饧庸C(jī)器人3的加工頭，由加工頭利用激光對(duì)工件進(jìn)行加工；輔助設(shè)施5；所述控制用計(jì)算機(jī)1包含一現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)卡6，所述激光器2帶有與所述現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)卡6對(duì)應(yīng)的通信協(xié)議。
在上述技術(shù)方案中，所述現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)是指PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)。
在上述技術(shù)方案中，所述現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)卡是指具有PROFIBUS協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)卡。
在上述技術(shù)方案中，所述輔助設(shè)施5包括在激光對(duì)模具表面強(qiáng)化的加工中，輔助設(shè)施5指保護(hù)氣輸送裝置和光電檢測(cè)器，在加工中保護(hù)光束變換裝置4的激光轉(zhuǎn)換鏡片和檢測(cè)激光器出口是否出光；在快速成型加工中，輔助設(shè)施5指金屬粉輸送裝置，將金屬粉末輸送到激光加工區(qū)；在激光焊接加工中，輔助設(shè)施5是絲輸送裝置，將絲盤(pán)上的絲通過(guò)導(dǎo)管輸送到激光加工區(qū)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型基于PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)通信原理，建立單主站通信方式，能快速簡(jiǎn)潔地完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，成本低，具有抗干擾能力強(qiáng)、易維護(hù)和管理、編制的程序易集成的特點(diǎn)。


圖1是本實(shí)用新型激光器數(shù)字化控制的激光柔性加工裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2(a)是加工機(jī)器人3的整體結(jié)構(gòu)圖；圖2(b)是圖2(a)中虛線(xiàn)圈中的腕部加工頭的放大結(jié)構(gòu)圖；圖3是本實(shí)用新型一實(shí)施例的加工控制流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述實(shí)施例1本實(shí)施例的激光器數(shù)字化控制的激光柔性加工裝置，如圖1所示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，包括控制用計(jì)算機(jī)1、激光器2、激光加工機(jī)器人3、光束變換裝置4，及其它輔助設(shè)施5。其中，激光器2為HAAS 2006D連續(xù)激光器，最大輸出功率為2000W；激光加工機(jī)器人3采用申請(qǐng)?zhí)?8101217.5的“一種具有柔性傳輸和多軸聯(lián)動(dòng)的激光加工裝置”的多軸聯(lián)動(dòng)機(jī)械部分，激光加工機(jī)器人3為五軸框架式機(jī)器人，有x移動(dòng)軸21、y移動(dòng)軸22、z移動(dòng)軸23和A轉(zhuǎn)動(dòng)軸25、C轉(zhuǎn)動(dòng)軸26，框架24；其中，在z移動(dòng)軸23的下端安裝一腕部加工頭，激光器輸出的激光通過(guò)光束變換裝置4和傳輸光纖傳輸?shù)皆撏蟛考庸ゎ^；通過(guò)五軸框架式機(jī)器人的各移動(dòng)軸和轉(zhuǎn)動(dòng)軸對(duì)腕部加工頭的位置和姿態(tài)進(jìn)行控制。該腕部加工頭包括加工工具頭27和腕部手臂28，如圖2(a)、(b)所示；光束變換裝置4采用專(zhuān)利號(hào)98101217.5的的“一種具有柔性傳輸和多軸聯(lián)動(dòng)的激光加工裝置”公開(kāi)的光束變換器。
本實(shí)用新型的重點(diǎn)在于，在控制用計(jì)算機(jī)1上安裝有一現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)卡6，所述激光器2上有一控制板，該控制板帶有與所述現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)卡6對(duì)應(yīng)的通信協(xié)議。
在本實(shí)施例中，激光器的數(shù)字化控制集成到整個(gè)激光柔性加工控制系統(tǒng)中，與激光執(zhí)行器件及輔助設(shè)施等協(xié)調(diào)運(yùn)作以完成高精度制造任務(wù)。下面是上述激光器數(shù)字化控制的激光柔性加工裝置對(duì)覆蓋件模具表面強(qiáng)化為例說(shuō)明系統(tǒng)的控制工作流程，流程圖見(jiàn)圖3所示。在加工面確定以后，控制系統(tǒng)完成初始化；首先將機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到指定的加工點(diǎn)并在到位時(shí)發(fā)出到位信號(hào)；然后執(zhí)行步驟31檢測(cè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到位信號(hào)；執(zhí)行步驟32判斷機(jī)器人是否到位如果否，則返回步驟31；如果是，則執(zhí)行步驟33開(kāi)啟輔助設(shè)施，本實(shí)施例中輔助設(shè)施5是保護(hù)氣輸送裝置和光電檢測(cè)器，在加工中保護(hù)激光轉(zhuǎn)換鏡片和檢測(cè)激光器出口是否出光。輔助設(shè)施正常工作后，控制系統(tǒng)開(kāi)始執(zhí)行步驟34使激光器出光到模具表面開(kāi)始加工，激光器出光時(shí)間由預(yù)先設(shè)置的控制參數(shù)決定，激光器停光時(shí)探測(cè)器將向控制系統(tǒng)發(fā)出一個(gè)停光信號(hào)；在步驟34執(zhí)行同時(shí)，執(zhí)行步驟35利用探測(cè)器檢測(cè)激光器出口的激光，執(zhí)行步驟36判斷激光是否停止如果否，返回步驟35；如果是，則表明對(duì)當(dāng)前點(diǎn)加工完畢，控制系統(tǒng)執(zhí)行步驟37使加工機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到下一個(gè)加工點(diǎn)，然后重復(fù)步驟31繼續(xù)對(duì)下一點(diǎn)進(jìn)行加工。
如圖1所示，本實(shí)施例中，將控制用計(jì)算機(jī)1通過(guò)局域網(wǎng)與其他計(jì)算機(jī)7相連，實(shí)現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的融合。
實(shí)施例2在快速成型加工中，輔助設(shè)施5指金屬粉輸送裝置，開(kāi)啟后將金屬粉末輸送到激光加工區(qū)。其它同實(shí)施例1。
實(shí)施例3在激光焊接加工中，輔助設(shè)施5是絲輸送裝置，開(kāi)啟后將絲盤(pán)上的絲通過(guò)導(dǎo)管輸送到激光加工區(qū)。其它同實(shí)施例1。
權(quán)利要求1.一種激光器數(shù)字化控制的激光柔性加工裝置，包括控制用計(jì)算機(jī)(1)；與所述控制用計(jì)算機(jī)(1)連接的激光器(2)；與所述控制用計(jì)算機(jī)(1)連接的激光加工機(jī)器人(3)；與所述激光器(2)連接的光纖傳送和光束變換裝置(4)，對(duì)所述激光器(2)輸出的激光進(jìn)行變換和傳輸?shù)剿黾す饧庸C(jī)器人(3)的加工頭，由加工頭利用激光對(duì)工件進(jìn)行加工；輔助設(shè)施(5)；其特征在于，所述控制用計(jì)算機(jī)(1)包含一現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)卡(6)，所述激光器(2)帶有與所述現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)卡(6)對(duì)應(yīng)的通信協(xié)議。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器數(shù)字化控制的激光柔性加工裝置，其特征在于，所述現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)是指PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器數(shù)字化控制的激光柔性加工裝置，其特征在于，所述輔助設(shè)施(5)是指用于激光對(duì)模具表面強(qiáng)化加工中保護(hù)光束變換裝置(4)的激光轉(zhuǎn)換鏡片的保護(hù)氣輸送裝置和用于檢測(cè)激光器出口是否出光的光電檢測(cè)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器數(shù)字化控制的激光柔性加工裝置，其特征在于，所述輔助設(shè)施(5)指用于在快速成型加工中將金屬粉末輸送到激光加工區(qū)的金屬粉輸送裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器數(shù)字化控制的激光柔性加工裝置，其特征在于，所述輔助設(shè)施(5)指用于在激光焊接加工中將絲盤(pán)上的絲通過(guò)導(dǎo)管輸送到激光加工區(qū)的絲輸送裝置。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于PROFIBUS－DP現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的激光器數(shù)字化控制的激光柔性加工裝置。該系統(tǒng)包括控制用計(jì)算機(jī)、激光器、機(jī)械運(yùn)動(dòng)裝置或機(jī)器人、光纖傳送和光束變換裝置、及其他輔助設(shè)施；控制用計(jì)算機(jī)包含一現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)卡，激光器帶有與所述現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)卡對(duì)應(yīng)的通信協(xié)議。本實(shí)用新型能快速簡(jiǎn)潔地完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，具有抗干擾能力強(qiáng)、易維護(hù)和管理、編制的程序易集成等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B23K26/00GK2801370SQ200520110798
公開(kāi)日2006年8月2日 申請(qǐng)日期2005年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月28日
發(fā)明者虞鋼, 張?zhí)壹t, 王立新, 王建倫, 寧偉健, 鄭彩云, 甘翠華, 崔春陽(yáng), 寧宏偉, 陳瑤 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所