專利名稱：一種激光加工技術(shù)中的三維并聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種激光加工技術(shù)中的三維并聯(lián)機(jī)構(gòu)，主要用于激光加工過程中對(duì)激光光頭的空間位置和姿態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)激光三維精確加工。
背景技術(shù)：
目前，在激光加工過程中，為了達(dá)到較高的加工精度，對(duì)激光光頭的空間位姿進(jìn)行調(diào)節(jié)是激光加工工藝所必需的，特別是對(duì)于表面是空間曲面的被加工工件進(jìn)行三維精加工就更重要，現(xiàn)在擁有的技術(shù)一般都是采取懸臂式或龍門式等調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來調(diào)節(jié)激光光頭的空間位姿，現(xiàn)有技術(shù)存在著如下的一些不足1、無法實(shí)現(xiàn)全三維精確加工；2、加工過程中勞動(dòng)強(qiáng)度大；3、機(jī)構(gòu)體積大，且使得加工空間范圍受限制。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實(shí)用新型提供一種激光加工技術(shù)中的三維并聯(lián)機(jī)，該三維串聯(lián)機(jī)構(gòu)不僅可以大幅度精確自動(dòng)調(diào)節(jié)激光光頭在空間的位姿，實(shí)現(xiàn)激光加工的精確加工，而且控制技術(shù)已相當(dāng)成熟，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是在仿真機(jī)構(gòu)中，廣泛應(yīng)用的的6-6型斯得沃特平臺(tái)是本技術(shù)方案的實(shí)施基礎(chǔ)，斯得沃特平臺(tái)實(shí)際上就是一種6自由度空間并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)上由6個(gè)作動(dòng)筒將兩個(gè)6邊形臺(tái)架用球鉸或虎克鉸聯(lián)結(jié)起來，下臺(tái)架固定，上臺(tái)架活動(dòng)，由斯得沃特平臺(tái)原理可以知道，上臺(tái)架的每一質(zhì)點(diǎn)均擁有6個(gè)自由度(x，y，z，ωx，ωy，ωz)，其中ωx，ωy，ωz分別是該質(zhì)點(diǎn)相對(duì)X、Y和Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，也就是說上臺(tái)架上任一質(zhì)點(diǎn)的空間狀態(tài)均取決于該6個(gè)自由度(x，y，z，ωx，ωy，ωz)，斯得沃特平臺(tái)通過控制系統(tǒng)可以使上臺(tái)架到達(dá)空間任一位置，該優(yōu)勢(shì)正好為我們控制激光光頭所需要，故將斯得沃特平臺(tái)進(jìn)行一些變形后作為本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案；首先，由于斯得沃特平臺(tái)的空間運(yùn)動(dòng)范圍受作動(dòng)筒的筒長(zhǎng)限制，所以使斯得沃特平臺(tái)倒立后將固定臺(tái)架安裝在導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌可以滑動(dòng)，同時(shí)固定臺(tái)架也可沿導(dǎo)軌滑動(dòng)，帶動(dòng)斯得沃特平臺(tái)整體滑動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)斯得沃特平臺(tái)整體在較大范圍空間運(yùn)動(dòng)，其次，將激光光頭通過光頭支撐桿安裝在活動(dòng)臺(tái)架中心，由作動(dòng)筒的伸縮或旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)活動(dòng)臺(tái)架運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)激光光頭在小范圍內(nèi)的位置和姿態(tài)變化，最后，根據(jù)加工的需要和機(jī)構(gòu)精簡(jiǎn)因素，特殊情況下可以將對(duì)稱的6個(gè)作動(dòng)筒簡(jiǎn)化為3個(gè)對(duì)稱作動(dòng)筒，與活動(dòng)臺(tái)架的鉸接點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)三角形，該形式實(shí)際上是6-6型斯得沃特平臺(tái)的一種特殊情況，記其為3 3型斯得沃特平臺(tái)，其控制系統(tǒng)原理沒變；如果建立坐標(biāo)系在導(dǎo)軌的固定端，由斯得沃特平臺(tái)機(jī)構(gòu)原理、空間運(yùn)動(dòng)學(xué)原理以及空間幾何關(guān)系，可以求解出任一時(shí)刻激光光頭以及活動(dòng)臺(tái)架上中心點(diǎn)的空間位置坐標(biāo)，光頭支撐桿的空間姿態(tài)也就確定了；因此，根據(jù)被加工工件的空間曲面解出激光光頭需要運(yùn)動(dòng)的軌跡曲線和光頭支撐桿空間姿態(tài)矩陣，即可由斯得沃特平臺(tái)機(jī)構(gòu)反解出控制矩陣，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)據(jù)此控制激光光頭的空間位置和光頭支撐桿空間姿態(tài)，對(duì)工件實(shí)施三維精加工。
整個(gè)機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)包括三部分a、斯得沃特平臺(tái)作動(dòng)筒運(yùn)動(dòng)的控制部分；b、整個(gè)斯得沃特平臺(tái)沿導(dǎo)軌滑動(dòng)的控制部分；c、滑軌自身滑動(dòng)的控制部分；由于后兩者涉及到的是平動(dòng)，斯得沃特平臺(tái)作動(dòng)筒的運(yùn)動(dòng)相對(duì)于固定臺(tái)架一樣是斯得沃特平臺(tái)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，所以后二者的運(yùn)動(dòng)控制疊加進(jìn)入斯得沃特平臺(tái)控制系統(tǒng)即可，用到的控制技術(shù)在目前已相當(dāng)成熟。
本實(shí)用新型的有益效果是，不僅可以大幅度精確調(diào)節(jié)激光光頭空間位姿，實(shí)現(xiàn)三維精確加工，而且控制技術(shù)已相當(dāng)成熟，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。


圖1是本實(shí)用新型第一個(gè)實(shí)施例示意圖。
圖2是本實(shí)用新型第二個(gè)實(shí)施例示意圖。
圖中1.固定臺(tái)架，2.滑軌，3.作動(dòng)筒，4.活動(dòng)臺(tái)架，5.光頭支撐桿，6.機(jī)械光纖，7.激光光頭。
具體實(shí)施方式
在圖1所示的實(shí)施例中，AB段滑軌(2)可以沿圖中所示方向滑動(dòng)，固定臺(tái)架(1)安裝在導(dǎo)軌上，可以如圖中方向沿導(dǎo)軌滑動(dòng)，固定臺(tái)架上鉸裝有六個(gè)對(duì)稱的作動(dòng)筒(3)，6個(gè)鉸裝點(diǎn)構(gòu)成六邊形abcdef，六個(gè)作動(dòng)筒(3)的另一端分別鉸接活動(dòng)臺(tái)架(4)，鉸接點(diǎn)構(gòu)成六邊形a′b′c′d′e′f′， 固定臺(tái)架(1)、六個(gè)對(duì)稱的作動(dòng)筒(3)和活動(dòng)臺(tái)架(4)一起組成一個(gè)倒立的6-6型斯得沃特平臺(tái)，該斯得沃特平臺(tái)整體在控制系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)下可以沿導(dǎo)軌任意滑動(dòng)，同時(shí)導(dǎo)軌自身也可以滑動(dòng)，在六邊形活動(dòng)臺(tái)架a′b′d′e′f′的中心安裝光頭支撐桿(5)，光頭支撐桿(5)的末端安裝激光光頭(7)，機(jī)械光纖(6)穿過光頭支撐桿(5)將激光光束送到激光光頭(7)，整個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)空間位置關(guān)系參見空間坐標(biāo)系OXYZ。
在圖2所示的另一個(gè)實(shí)施例中，取圖1所示的實(shí)施例ab＝0，cd＝0，ef＝0，六作動(dòng)筒變成三作動(dòng)筒形式，即將第一個(gè)實(shí)施例中采用的倒立的6-6型斯得沃特平臺(tái)變形為倒立的3-3型斯得沃特平臺(tái)，是本實(shí)用新型第二個(gè)實(shí)施例，其他運(yùn)動(dòng)形式和連接形式等不變，空間位置關(guān)系參見空間坐標(biāo)系OXYZ。
本實(shí)用新型可以根據(jù)具體加工需要和工藝要求確定機(jī)構(gòu)比例尺寸，采用不同的控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制。
權(quán)利要求1.一種激光加工技術(shù)中的三維并聯(lián)機(jī)構(gòu)，主要由一個(gè)導(dǎo)軌和一個(gè)倒立斯得沃特平臺(tái)組成，根據(jù)加工的需要和機(jī)構(gòu)精簡(jiǎn)因素，斯得沃特平臺(tái)可以采用6-6型或經(jīng)過變形后的3-3型，其特征是斯得沃特平臺(tái)的固定臺(tái)架安裝在滑軌上，激光光頭用光頭支撐桿安裝在斯得沃特平臺(tái)的活動(dòng)臺(tái)架中心。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光加工技術(shù)中的三維并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征是倒立的斯得沃特平臺(tái)通過圓定臺(tái)架安裝在滑軌上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光加工技術(shù)中的三維并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征是滑軌與固定支架滑動(dòng)連接，固定臺(tái)架與滑軌滑動(dòng)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光加工技術(shù)中的三維并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征是斯得沃特平臺(tái)可以采用兩種形式6-6型斯得沃特平臺(tái)或3-3型斯得沃特平臺(tái)，作為在小范圍內(nèi)對(duì)激光光頭空間位置和姿態(tài)調(diào)節(jié)的機(jī)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光加工技術(shù)中的三維并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征是激光光頭用光頭支撐桿安裝在斯得沃特平臺(tái)的活動(dòng)臺(tái)架中心。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光加工技術(shù)中的三維并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征是整個(gè)機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)包括三部分斯得沃特平臺(tái)作動(dòng)筒運(yùn)動(dòng)的控制部分、整個(gè)斯得沃特平臺(tái)沿導(dǎo)軌滑動(dòng)的控制部分和滑軌自身滑動(dòng)的控制部分。
專利摘要一種激光加工技術(shù)中的三維并聯(lián)機(jī)構(gòu)，主要用于激光加工過程中對(duì)激光光頭的空間位置和姿態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)激光精確加工。該機(jī)構(gòu)主要由一個(gè)導(dǎo)軌和一個(gè)倒立的斯得沃特平臺(tái)組成，斯得沃特平臺(tái)的固定臺(tái)架安裝在導(dǎo)軌上，激光光頭用光頭支撐桿安裝在斯得沃特平臺(tái)活動(dòng)臺(tái)架中心；在控制系統(tǒng)的控制下，導(dǎo)軌自身滑動(dòng)，固定臺(tái)架沿導(dǎo)軌滑動(dòng)，從而帶動(dòng)整個(gè)斯得沃特平臺(tái)大范圍運(yùn)動(dòng)，同時(shí)斯得沃特平臺(tái)的作動(dòng)筒運(yùn)動(dòng)在小范圍內(nèi)調(diào)節(jié)著激光光頭的空間位置和姿態(tài)，三者運(yùn)動(dòng)的共同結(jié)果決定激光光頭的空間位置和姿態(tài)，對(duì)工件實(shí)施三維精確加工。
文檔編號(hào)G05B19/00GK2712529SQ20032011622
公開日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2003年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月5日
發(fā)明者張向明, 楊俠 申請(qǐng)人:張向明, 楊俠