本實(shí)用新型涉及工業(yè)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，是涉及一種二氧化碳激光光纖切割機(jī)器人。

背景技術(shù)：

工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器裝置，它能自動(dòng)執(zhí)行工作，是靠自身動(dòng)力和控制能力來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器，常用于焊接、刷漆、組裝、切割等工作，具有高效性、持久性、速度和準(zhǔn)確性。

目前，市場(chǎng)上的工業(yè)機(jī)器人普遍是使用刀片或激光來(lái)進(jìn)行切割，其中刀片易磨損，而且刀片和材料是直接接觸，容易造成材料的污染，刀片切割的過(guò)程中，切割面產(chǎn)生了大量的披鋒，需要人工進(jìn)行二次處理。激光一般采用光纖激光器，其中用得較多的是YAG激光器，但YAG激光器轉(zhuǎn)換效率較低，僅為1-3％，比二氧化碳激光器的效率約低一個(gè)數(shù)量級(jí)，因此YAG激光器每瓦輸出功率的成本比二氧化碳激光貴不少，YAG激光棒在工作過(guò)程中存在內(nèi)部溫度梯度，因而會(huì)引起熱應(yīng)力和熱透鏡效應(yīng)，限制了YAG激光器平均功率和光束質(zhì)量的進(jìn)一步提高。在切割塑料、陶瓷和玻璃等非金屬材料時(shí)，這些材料對(duì)二氧化碳激光的吸收率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于YAG激光。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，提供一種無(wú)污染、無(wú)磨損、切縫窄、速度快、切割面光滑、切割質(zhì)量好、不需要二次加工、不受工件外形影響、可用于塑料等非金屬3D工件的切割的二氧化碳激光光纖切割機(jī)器人。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種二氧化碳激光光纖切割機(jī)器人，包括六軸機(jī)器人和二氧化碳激光光纖切割機(jī)構(gòu)，所述二氧化碳激光光纖切割機(jī)構(gòu)包括機(jī)箱、二氧化碳激光玻璃管、激光能量傳輸裝置、關(guān)節(jié)臂和激光刀頭，所述機(jī)箱裝設(shè)在六軸機(jī)器人的第四軸上，所述二氧化碳激光玻璃管裝設(shè)在機(jī)箱的內(nèi)部，所述激光能量傳輸裝置的一端連接在機(jī)箱的激光出射口處，所述激光能量傳輸裝置的另一端與關(guān)節(jié)臂的入口端相連接，所述關(guān)節(jié)臂的入口端端部裝設(shè)在六軸機(jī)器人的第五軸上，所述關(guān)節(jié)臂的出口端與激光刀頭相連接，所述關(guān)節(jié)臂的出口端端部裝設(shè)在六軸機(jī)器人的第六軸上，所述二氧化碳激光玻璃管輸出的激光依次經(jīng)過(guò)激光能量傳輸裝置、關(guān)節(jié)臂和激光刀頭后從激光刀頭的激光口射出，所述關(guān)節(jié)臂能夠跟隨六軸機(jī)器人的第五軸、第六軸完成擺動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)自由度的動(dòng)作。

作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述機(jī)箱通過(guò)機(jī)箱固定板裝設(shè)在六軸機(jī)器人的第四軸上，所述關(guān)節(jié)臂的入口端端部通過(guò)關(guān)節(jié)臂過(guò)渡板裝設(shè)在六軸機(jī)器人的第五軸上，所述關(guān)節(jié)臂的出口端端部通過(guò)關(guān)節(jié)臂過(guò)渡板裝設(shè)在六軸機(jī)器人的第六軸上。

作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述激光能量傳輸裝置包括耦合裝置、傳輸二氧化碳激光能量光纖和準(zhǔn)直刀頭，所述耦合裝置裝設(shè)在機(jī)箱的激光出射口處，所述傳輸二氧化碳激光能量光纖的一端與耦合裝置相連接，所述傳輸二氧化碳激光能量光纖的另一端與準(zhǔn)直刀頭的一端相連接，所述準(zhǔn)直刀頭的另一端與關(guān)節(jié)臂的入口端相連接。

作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述耦合裝置包括固定鏡架、耦合器、反射鏡架、第一反射鏡、第一壓鏡墊、透鏡架、第二平凸ZnSe透鏡和壓鏡圈，所述固定鏡架裝設(shè)在機(jī)箱的激光出射口處，所述耦合器的一端與固定鏡架相連接，所述耦合器的另一端與傳輸二氧化碳激光能量光纖相連接，所述第一反射鏡通過(guò)反射鏡架安裝在固定鏡架的斜面上，所述第一反射鏡能夠?qū)⑦M(jìn)入固定鏡架的光路內(nèi)的激光反射進(jìn)入耦合器，所述第一壓鏡墊將第一反射鏡固定在固定鏡架的內(nèi)部，所述透鏡架裝設(shè)在固定鏡架與耦合器之間并位于耦合器的入口處，所述壓鏡圈將第二平凸ZnSe透鏡固定在透鏡架的內(nèi)部。

作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述準(zhǔn)直刀頭包括調(diào)焦鏡架、第二聚焦筒、第一平凹ZnSe透鏡、第三平凸ZnSe透鏡和鎖緊螺母，所述調(diào)焦鏡架的一端連接在關(guān)節(jié)臂的入口端，所述第二聚焦筒的一端與傳輸二氧化碳激光能量光纖相連接，所述第二聚焦筒的另一端從調(diào)焦鏡架的另一端插入到調(diào)焦鏡架的內(nèi)部，所述第一平凹ZnSe透鏡裝設(shè)在調(diào)焦鏡架的內(nèi)部，所述第三平凸ZnSe透鏡裝設(shè)在第二聚焦筒插入到調(diào)焦鏡架內(nèi)部的一端，所述鎖緊螺母裝設(shè)在調(diào)焦鏡架與第二聚焦筒之間，以調(diào)節(jié)第一平凹ZnSe透鏡與第三平凸ZnSe透鏡之間的距離，使得傳輸二氧化碳激光能量光纖出射的二氧化碳激光被準(zhǔn)直為平行激光。

作為另一優(yōu)選的實(shí)施方式，所述激光能量傳輸裝置包括導(dǎo)光管，所述導(dǎo)光管的一端連接在機(jī)箱的激光出射口處，所述導(dǎo)光管的另一端與關(guān)節(jié)臂的入口端相連接。

作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述關(guān)節(jié)臂包括依次連接的第一關(guān)節(jié)體、第一連接臂、第二關(guān)節(jié)體、第二連接臂、第三關(guān)節(jié)體、第三連接臂、第四關(guān)節(jié)體、第四連接臂、第五關(guān)節(jié)體，所述激光能量傳輸裝置的一端與第一關(guān)節(jié)體相連接，所述激光刀頭與第五關(guān)節(jié)體相連接，每個(gè)關(guān)節(jié)體與各自對(duì)應(yīng)連接的連接臂之間均設(shè)有軸承，以實(shí)現(xiàn)三百六十度旋轉(zhuǎn)，每個(gè)關(guān)節(jié)體上分別裝設(shè)有第二反射鏡和第二壓鏡墊，每個(gè)第二壓鏡墊分別將相應(yīng)的第二反射鏡固定在每個(gè)關(guān)節(jié)體上。

作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述激光刀頭包括第一聚焦筒、鏡頭和第一平凸ZnSe透鏡，所述第一聚焦筒的一端裝設(shè)在關(guān)節(jié)臂的出口端，所述鏡頭裝設(shè)在第一聚焦筒的另一端，所述第一平凸ZnSe透鏡裝設(shè)在第一聚焦筒與鏡頭之間。

作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述激光刀頭上裝設(shè)有用于保護(hù)第一ZnSe透鏡不受污染和排走激光煙霧的微型氣嘴及煙罩，所述激光刀頭的內(nèi)部裝設(shè)有用于使激光刀頭出射的激光光斑直徑更小從而改善激光的切割質(zhì)量的準(zhǔn)直裝置。

作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述煙罩可使用工作房代替，所述工作房?jī)?nèi)設(shè)有用于及時(shí)抽走煙塵的凈化設(shè)備和用于控制二氧化碳激光玻璃管的電源開(kāi)關(guān)按鈕、能量調(diào)節(jié)按鈕和急停按鈕。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果在于：

本實(shí)用新型將二氧化碳激光光纖切割機(jī)構(gòu)與六軸機(jī)器人相結(jié)合，使得二氧化碳激光光纖切割機(jī)構(gòu)能夠與六軸機(jī)器人成為一個(gè)整體，完成六軸機(jī)器人所能完成的所有動(dòng)作，其可使用二氧化碳激光對(duì)非金屬3D工件進(jìn)行切割，避免了直接和材料進(jìn)行接觸而造成的污染，切割質(zhì)量好，切縫窄，速度快，切割面光滑，不受工件外形影響，不需要二次加工，不存在設(shè)備磨損的問(wèn)題，使用壽命較長(zhǎng)，在切割塑料、陶瓷和玻璃等非金屬材料時(shí)，激光的吸收率遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于YAG激光。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本實(shí)用新型提供的二氧化碳激光光纖切割機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型提供的六軸機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實(shí)用新型提供的二氧化碳激光光纖切割機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實(shí)用新型提供的機(jī)箱與二氧化碳激光玻璃管的裝配圖；

圖5是本實(shí)用新型提供的耦合裝置的剖面圖；

圖6是本實(shí)用新型提供的準(zhǔn)直刀頭的剖面圖；

圖7是本實(shí)用新型提供的關(guān)節(jié)臂的透視圖；

圖8是本實(shí)用新型提供的關(guān)節(jié)體的剖面圖；

圖9是本實(shí)用新型提供的激光刀頭的剖面圖。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(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)施例是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參考圖1，本實(shí)用新型的實(shí)施例提供了一種二氧化碳激光光纖切割機(jī)器人，該二氧化碳激光光纖切割機(jī)器人包括六軸機(jī)器人10和二氧化碳激光光纖切割機(jī)構(gòu)20，下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)施例的各個(gè)組成部分進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

如圖2所示，六軸機(jī)器人10包括依次連接的第一軸11、第二軸12、第三軸13、第四軸14、第五軸15和第六軸16，其中，第四軸14能夠完成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，第五軸15和第六軸16能夠?qū)?yīng)完成旋轉(zhuǎn)和擺動(dòng)兩個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。

如圖3和圖4所示，二氧化碳激光光纖切割機(jī)構(gòu)20包括機(jī)箱21、二氧化碳激光玻璃管22、激光能量傳輸裝置、關(guān)節(jié)臂26和激光刀頭27，機(jī)箱21可以通過(guò)機(jī)箱固定板28裝設(shè)在六軸機(jī)器人10的第四軸14上，這樣二氧化碳激光光纖切割機(jī)構(gòu)20可跟隨六軸機(jī)器人10的第四軸14做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，二氧化碳激光玻璃管22裝設(shè)在機(jī)箱21的內(nèi)部，激光能量傳輸裝置的一端連接在機(jī)箱21的激光出射口處，激光能量傳輸裝置的另一端與關(guān)節(jié)臂26的入口端相連接，關(guān)節(jié)臂26的入口端端部通過(guò)關(guān)節(jié)臂過(guò)渡板29裝設(shè)在六軸機(jī)器人10的第五軸15上，關(guān)節(jié)臂26的出口端與激光刀頭27相連接，關(guān)節(jié)臂26的出口端端部通過(guò)關(guān)節(jié)臂過(guò)渡板29裝設(shè)在六軸機(jī)器人10的第六軸16上，二氧化碳激光玻璃管22輸出的激光依次經(jīng)過(guò)激光能量傳輸裝置、關(guān)節(jié)臂26和激光刀頭27后從激光刀頭27的激光口射出，關(guān)節(jié)臂26能夠跟隨六軸機(jī)器人10的第五軸15、第六軸16完成擺動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)自由度的動(dòng)作。二氧化碳激光光纖切割機(jī)構(gòu)20能夠與六軸機(jī)器人10成為一個(gè)整體，完成六軸機(jī)器人10所能完成的所有動(dòng)作，二氧化碳激光光纖切割機(jī)構(gòu)20不需要提供額外的動(dòng)力。

在本實(shí)施例中，較佳的，該激光能量傳輸裝置可以由耦合裝置23、傳輸二氧化碳激光能量光纖24和準(zhǔn)直刀頭25組成，耦合裝置23裝設(shè)在機(jī)箱21的激光出射口處，傳輸二氧化碳激光能量光纖24的一端與耦合裝置23相連接，傳輸二氧化碳激光能量光纖24的另一端與準(zhǔn)直刀頭25的一端相連接，準(zhǔn)直刀頭25的另一端與關(guān)節(jié)臂26的入口端相連接。下面將對(duì)耦合裝置23、傳輸二氧化碳激光能量光纖24和準(zhǔn)直刀頭25進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。

如圖5所示，耦合裝置23包括固定鏡架231、耦合器232、反射鏡架233、第一反射鏡234、第一壓鏡墊235、透鏡架236、第二平凸ZnSe(硒化鋅)透鏡237和壓鏡圈238，固定鏡架231裝設(shè)在機(jī)箱21的激光出射口處，耦合器232的一端與固定鏡架231相連接，耦合器232的另一端與傳輸二氧化碳激光能量光纖24相連接，第一反射鏡234通過(guò)反射鏡架233安裝在固定鏡架231的45度斜面上，第一反射鏡234能夠?qū)⑦M(jìn)入固定鏡架231的光路內(nèi)的激光反射90度后進(jìn)入耦合器232，第一壓鏡墊235將第一反射鏡234固定在固定鏡架231的內(nèi)部，透鏡架236裝設(shè)在固定鏡架231與耦合器232之間并位于耦合器232的入口處，壓鏡圈238將第二平凸ZnSe透鏡237固定在透鏡架236的內(nèi)部。

傳輸二氧化碳激光能量光纖24的兩端可以分別與耦合裝置23、準(zhǔn)直刀頭25通過(guò)螺紋連接，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、新穎，傳輸二氧化碳激光能量光纖24可柔性傳輸激光能量，長(zhǎng)度可選。

如圖6所示，準(zhǔn)直刀頭25包括調(diào)焦鏡架251、第二聚焦筒252、第一平凹ZnSe透鏡253、第三平凸ZnSe透鏡254和鎖緊螺母255，調(diào)焦鏡架251的一端連接在關(guān)節(jié)臂26的入口端，第二聚焦筒252的一端與傳輸二氧化碳激光能量光纖24相連接，第二聚焦筒252的另一端從調(diào)焦鏡架251的另一端插入到調(diào)焦鏡架251的內(nèi)部，第一平凹ZnSe透鏡253裝設(shè)在調(diào)焦鏡架251的內(nèi)部，第三平凸ZnSe透鏡254裝設(shè)在第二聚焦筒252插入到調(diào)焦鏡架251內(nèi)部的一端，鎖緊螺母255裝設(shè)在調(diào)焦鏡架251與第二聚焦筒252之間，以調(diào)節(jié)第一平凹ZnSe透鏡253與第三平凸ZnSe透鏡254之間的距離，使得傳輸二氧化碳激光能量光纖24出射的二氧化碳激光被準(zhǔn)直為平行激光。

在此需要說(shuō)明的是，在另一實(shí)施例中，該激光能量傳輸裝置也可以由導(dǎo)光管組成，即可用一根導(dǎo)光管進(jìn)行替代耦合裝置23、傳輸二氧化碳激光能量光纖24和準(zhǔn)直刀頭25。其中，導(dǎo)光管的一端可以連接在機(jī)箱21的激光出射口處，導(dǎo)光管的另一端與關(guān)節(jié)臂26的入口端相連接。相對(duì)而言，使用導(dǎo)光管對(duì)機(jī)箱21的安裝位置要求更加精確。

如圖7和圖8所示，關(guān)節(jié)臂26包括依次連接的第一關(guān)節(jié)體261、第一連接臂262、第二關(guān)節(jié)體263、第二連接臂264、第三關(guān)節(jié)體265、第三連接臂266、第四關(guān)節(jié)體267、第四連接臂268、第五關(guān)節(jié)體269，激光能量傳輸裝置的一端與第一關(guān)節(jié)體261相連接，激光刀頭27與第五關(guān)節(jié)體269相連接，每個(gè)關(guān)節(jié)體與各自對(duì)應(yīng)連接的連接臂之間均設(shè)有軸承2610，以實(shí)現(xiàn)三百六十度旋轉(zhuǎn)，每個(gè)關(guān)節(jié)體上分別裝設(shè)有第二反射鏡2611和第二壓鏡墊2612，每個(gè)第二壓鏡墊2612分別將相應(yīng)的第二反射鏡2611固定在每個(gè)關(guān)節(jié)體上，第二反射鏡2611能夠?qū)⑦M(jìn)入關(guān)節(jié)體的光路內(nèi)的激光反射90度。在此需要說(shuō)明的是，關(guān)節(jié)臂26的節(jié)數(shù)可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行增減，非本實(shí)施例為限。

如圖9所示，激光刀頭27包括第一聚焦筒271、鏡頭272和第一平凸ZnSe透鏡273，第一聚焦筒271的一端裝設(shè)在關(guān)節(jié)臂26的出口端，鏡頭272裝設(shè)在第一聚焦筒271的另一端，第一平凸ZnSe透鏡273裝設(shè)在第一聚焦筒271與鏡頭272之間。

較佳的，激光刀頭27上可以裝設(shè)有用于保護(hù)第一ZnSe透鏡273不受污染和排走激光煙霧的微型氣嘴274及煙罩275。當(dāng)然，該煙罩275也可以使用工作房代替，工作房?jī)?nèi)設(shè)有用于及時(shí)抽走煙塵的凈化設(shè)備和用于控制二氧化碳激光玻璃管22的電源開(kāi)關(guān)按鈕、能量調(diào)節(jié)按鈕和急停按鈕。工作房用于觀察切割過(guò)程和上下料的窗口均采用特制的激光防護(hù)玻璃，產(chǎn)生的煙塵在加工過(guò)程中利用凈化設(shè)備及時(shí)抽走，從而保證了整個(gè)激光切割系統(tǒng)的安全性。

此外，激光刀頭27的內(nèi)部也可以增設(shè)一個(gè)準(zhǔn)直裝置，激光在聚焦前先進(jìn)行一次準(zhǔn)直，使激光刀頭27出射的激光光斑直徑更小，從而改善激光的切割質(zhì)量。

綜上所述，本實(shí)用新型能夠使用二氧化碳激光對(duì)非金屬3D工件進(jìn)行切割，避免了直接和材料進(jìn)行接觸而造成的污染，切割質(zhì)量好，切縫窄，速度快，切割面光滑，不受工件外形影響，不需要二次加工，不存在設(shè)備磨損的問(wèn)題，使用壽命較長(zhǎng)，在切割塑料、陶瓷和玻璃等非金屬材料時(shí)，激光的吸吸率遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于YAG激光。

上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。