专利名称：一种激光再制造机器人工作头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及激光加工技术和机器人技术，具体为一种激光再制造机器人工作 头。
背景技术：
激光加工机器人是激光技术和机器人技术高度集成的系统，目前仍处于发展阶 段。高功率激光器发出的激光，经光纤耦合传输到激光光束变换光学系统，整形聚焦后进入 激光工作头。激光工作头是负责激光与进给材料相结合并作用于被加工零件的关键部件， 根据用途不同选择不同的激光工作头，配用不同的材料进给系统。因此好的激光工作头对 于提升激光加工机器人的性能有着重要的意义。传统的激光加工工作头主要用于普通的固定式激光加工机床进行激光切割、激光 焊接、激光淬火和激光熔覆等。在申请人检索的范围内，激光加工机器人的工作头多用于激 光焊接和激光切割，而用于激光再制造机器人的工作头还未见报道。
实用新型内容针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是提供一种激光再制造机 器人工作头。该工作头模块化与激光再制造机器人配套设计，可以方便地与机器人连接，并 且位置可调，方便加工；同时工作头集成有光纤耦合单元，可满足机器人需要使用光纤激光 传输和加工的要求。本实用新型解决所述技术问题的技术方案是，设计一种激光再制造机器人工作 头，其特征在于该工作头包括机械连接的五大模块连接机器人模块、光纤输入准直聚焦模 块、镜头保护模块、熔覆头模块和分粉送粉模块，每个模块均可单独拆装；连接机器人模块 主要包括法兰盘、固定座和压盖，法兰盘的两端分别与机器人手臂的末端和固定座连接，固 定座与压盖连接，压盖中含有导轨，通过调节可使压盖双向滑动；光纤输入准直聚焦模块主要包括准直聚焦单元、水冷嘴、调焦螺母、水冷槽、透镜 组、工作头主体外壳和光纤接口 ；准直聚焦单元与压盖连接，准直聚焦单元附有水冷系统， 其水冷槽开在工作头主体外壳内，水冷嘴为冷水一进一出对称分布的两个，光纤通过光纤 接口接入，透镜组进行光束的变换，通过调焦螺母来调节出射激光的焦距；镜头保护模块主要包括镜头保护单元和气嘴；镜头保护单元与准直聚焦单元链 接；镜头保护单元横向通有保护气，保护气的气嘴对称分布的两个；熔覆头模块主要包括粉嘴、进粉口、进气孔、内锥体、外锥体、进水口、粉腔和出粉 口 ；粉嘴与所述镜头保护单元螺纹连接；粉嘴上有一个进气孔，两个冷却水口和至少一个 进粉口 ；粉嘴由内锥体和外锥体组成，内锥体和外锥体之间有粉腔；分粉送粉模块.主要包括总粉管、分粉器、送粉器和外接气管；分粉器通过压盖的 右侧与连接机器人模块连接，送粉器的进粉管与所述进粉口对应连接；外接气管与进气孔 连接。[0010]与现有技术相比，本实用新型激光再制造机器人工作头采用模块化设计，共有五 大模块，每个模块均可单独进行拆卸，可以方便地与激光再制造机器人连接，具有结构简 单，调整容易，维护方便，加工质量稳定等特点。
图1为本实用新型激光再制造机器人工作头一种实施例的总体结构示意图。图2为本实用新型激光再制造机器人工作头一种实施例的主体结构剖视示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图进一步叙述本实用新型。本实用新型设计的激光再制造机器人工作头(简称工作头，参见图1、2)，其特征 在于该工作头包括机械连接的五大模块连接机器人模块1、光纤输入准直聚焦模块2、镜 头保护模块3、熔覆头模块4和分粉送粉模块5，每个模块均可单独拆装；连接机器人模块1 主要包括法兰盘1-11、固定座1-12和压盖1-13，法兰盘1-11的一端与机器人手臂的末端 6通过六个螺钉连接，法兰盘1-11的另一端通过焊接方法与固定座1-12连接，固定座1-12 用四个螺栓与压盖1-13的左侧连接，压盖1-13中含有导轨，通过调节四个螺栓的固定位置 可以使压盖1-13通过导轨进行双向滑动，以方便连接和使用。连接机器人模块1主要用来 与激光再制造机器人的手臂末端进行连接，从而固定激光再制造机器人的工作头。光纤输入准直聚焦模块2主要包括准直聚焦单元2-21、水冷嘴2-22、调焦螺母 2-23、水冷槽2-24、透镜组2-25、工作头主体外壳2-26和光纤接口 2_27 ；准直聚焦单元 2-21与压盖1-13通过四个螺栓连接，并将所述连接机器人模块1和光纤输入准直聚焦模 块2连接为一体，准直聚焦单元2-21附有水冷系统，其水冷槽2-24开在工作头主体外壳
2-26内，水冷嘴2-22为冷水一进一出对称分布的两个，光纤通过光纤接口2-27接入，透镜 组2-25进行光束的变换。可通过调焦螺母2-23来调节出射激光的焦距。该模块主要用来 连接输入光纤7，并通过准直聚焦单元与输入光纤7进行耦合，形成加工激光束。镜头保护模块3主要包括镜头保护单元3-31和气嘴3-32 ；镜头保护单元3_31通 过其内螺纹与准直聚焦单元2-21的外螺纹链接，这意味着光纤输入准直聚焦模块2和镜头 保护模块3的连接；镜头保护单元3-31横向通有保护气，保护气的气嘴3-32为对称分布的 两个。镜头保护模块3用来对所述透镜组2-25提供保护。熔覆头模块4主要包括粉嘴4-41、进粉口 4-42、进气孔4-43、内锥体4-44、外锥体
4-45、进水口4-46、粉腔4-47和出粉口 4_48 ；粉嘴4_41通过其内螺纹与所述镜头保护单元
3-31的外螺纹连接，进而使镜头保护模块3和熔覆头模块4之间连接在一起；粉嘴4-41上 有一个进气孔4-43，两个冷却水口 4-46和至少一个进粉口 4-42，实施例为沿圆周均布的四 个进粉口 4-42 ；粉嘴4-41由内锥体4-44和外锥体4_45组成，内锥体4_44和外锥体4_45 之间有粉腔4-47。分粉送粉模块5.主要包括总粉管5-51、分粉器5-52、送粉器5_53和气管5_54 ； 分粉送粉模块5的分粉器5-52通过压盖1-13与连接机器人模块1连接，实施例的分粉器
5-52为四路设计，内部为四棱锥结构，分粉器5-52通过四个螺栓与所述压盖1-13的右侧 连接，送粉器5-53有四个出粉管，且四个出粉管分别与所述四个进粉口 4-42对应连接。分粉送粉模块5用来给熔覆头提供金属粉末，同时通过在进气孔4-43的外接气管5-54提供 平衡保护气，粉末通过总粉管5-51分为四份进入分粉管，再通过对应的四个均布的进粉口 4-42进入粉腔4-47，粉腔4-47内部有旋流均粉器，可保证粉末流在粉腔4_47内形成均勻 环状粉流，粉末则沿粉腔4-47由出粉口 4-48均勻喷出。本实用新型的5个模块机械连接，其中，光纤输入准直聚焦模块2、镜头保护模块 3、熔覆头模块4依次连接，构成工作头主体，连接机器人模块1和分粉送粉模块5通过所述 压盖1-13分别安装在工作头主体的两侧。实施例的机器人手臂末端位于工作头的左侧， 且工作头的中心轴线与机器人手臂末端的法线保持一定的夹角，以确保工作头能与被加工 零件在各个方位保持垂直加工，避免产生干涉，提高了加工可靠性。实施例的所述夹角为 135°。本实用新型工作头的工作原理和过程是激光进入准直聚焦单元2-21后，由透镜 组2-25扩束聚焦，水冷槽2-24进行水冷；调节调焦螺母2-23可以改变透镜组间距，从而改 变激光焦距；光纤输入准直聚焦模块2用来使聚焦激光束沿粉嘴4-41中心轴入射，金属粉 末与载流气体形成气/粉两相流，一并由出粉口 4-48同步喷出，形成同轴送粉，从而在激光 束和金属粉末流汇聚焦点上，实现激光同轴熔覆修复加工。
权利要求一种激光再制造机器人工作头，其特征在于该工作头包括机械连接的五大模块连接机器人模块、光纤输入准直聚焦模块、镜头保护模块、熔覆头模块和分粉送粉模块，每个模块均可单独拆装；连接机器人模块主要包括法兰盘、固定座和压盖，法兰盘的两端分别与机器人手臂的末端和固定座连接，固定座与压盖连接，压盖中含有导轨，通过调节可使压盖双向滑动；光纤输入准直聚焦模块主要包括准直聚焦单元、水冷嘴、调焦螺母、水冷槽、透镜组、工作头主体外壳和光纤接口；准直聚焦单元与压盖连接，准直聚焦单元附有水冷系统，其水冷槽开在工作头主体外壳内，水冷嘴为冷水一进一出对称分布的两个，光纤通过光纤接口接入，透镜组进行光束的变换，通过调焦螺母来调节出射激光的焦距；镜头保护模块主要包括镜头保护单元和气嘴；镜头保护单元与准直聚焦单元链接；镜头保护单元横向通有保护气，保护气的气嘴对称分布的两个；熔覆头模块主要包括粉嘴、进粉口、进气孔、内锥体、外锥体、进水口、粉腔和出粉口；粉嘴与所述镜头保护单元螺纹连接；粉嘴上有一个进气孔，两个冷却水口和至少一个进粉口；粉嘴由内锥体和外锥体组成，内锥体和外锥体之间有粉腔；分粉送粉模块.主要包括总粉管、分粉器、送粉器和外接气管；分粉器通过压盖的右侧与连接机器人模块连接，送粉器的进粉管与所述进粉口对应连接；外接气管与进气孔连接。
2.根据权利要求1所述的激光再制造机器人工作头，其特征在于所述的粉嘴上有沿圆 周均布的四个进粉口 ；所述的分粉器为四路设计，内部为四棱锥结构；所述的送粉器有四 个出粉管，且四个出粉管分别与所述四个进粉口对应连接。
3.根据权利要求1所述的激光再制造机器人工作头，其特征在于工作头中心轴线与机 器人手臂末端法线的夹角为135°。
专利摘要本实用新型公开一种激光再制造机器人工作头，其特征在于该工作头包括机械连接的五大模块连接机器人模块、光纤输入准直聚焦模块、镜头保护模块、熔覆头模块和分粉送粉模块，每个模块均可单独拆装；连接机器人模块主要包括法兰盘、固定座和压盖，法兰盘的两端分别与机器人手臂的末端和固定座连接，固定座与压盖连接，压盖中含有导轨，通过调节可使压盖双向滑动；光纤输入准直聚焦模块、镜头保护模块、熔覆头模块依次连接，构成工作头主体，连接机器人模块和分粉送粉模块通过所述压盖分别安装在工作头主体的两侧。
文档编号B23K26/00GK201685029SQ20102019992
公开日2010年12月29日 申请日期2010年5月24日 优先权日2010年5月24日
发明者刘立峰, 张海明, 张烨, 张要武, 杨洗陈 申请人:天津工业大学