一种高安全度自动化三维激光加工设备的制作方法

本发明涉及激光加工设备技术领域，尤其涉及一种结构设计合理，使用效果突出的高安全度自动化三维激光加工设备。

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背景技术：
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近年来，随着激光加工技术的发展，逐渐对三维高精度的激光加工技术和设备提出了更高的要求。具体来说主要包括如下几方面：

对激光提出了更高的空间定位精度，需要在整个三维加工空间内实现高精度的激光位置与聚焦定位。

治具载台需要更多的自由度，以实现复杂零件的空间翻转与加工，同时又要保证空间翻转的精度与刚性。

需要对激光焦点实现高速的调整，并能精确的与加工曲面相吻合，以满足加工精度与加工效率的需求。

在加工过程中为防止运动部件和激光辐射对操作人员造成伤害，要有相关的保护措施。

在激光加工过程中，针对非平面结构，需要快速灵活的调节聚焦光斑高度和大小，形成曲面造型的加工面，才能顺利的完成加工，然而，目前针对这种情况，一般的解决方式是利用不同的激光加工头，分别调节各加工头的高度大小，从而产生曲面的聚焦面，这样的设计不仅大幅度提高了设备的成本，而且维护费用高，操控复杂，不利于设备的广泛推广。

基于上述问题，本领域的技术人员进行了大量的研发和实验，从激光加工的加工原理和处理流程出发进行改进和改善，进行针对性的研发，并取得了较好的成绩。

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技术实现要素：
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为克服现有技术所存在的问题，本发明提供一种结构设计合理，使用效果突出的高安全度自动化三维激光加工设备。

本发明解决技术问题的方案是提供一种高安全度自动化三维激光加工设备，包括机架、处于机架上部的保护罩、设置于机架内部的控制器、处于机架上部加工平台上的全自动机器人夹具系统和三维动态聚焦系统；所述三维动态聚焦系统包括与控制器电性连接的激光器、扩束镜、三维动态聚焦振镜、扫描振镜以及场镜；由激光器发射的光束首先射向扩束镜，再由扩束镜进入三维动态聚焦振镜，最后到达扫描振镜区域，并在待加工物件上形成三维聚焦面；还包括用于调节扩束镜与三维动态聚焦振镜之间沿光轴方向距离大小的传动装置，所述三维动态聚焦振镜设置于该传动装置上；所述全自动机器人夹具系统包括机器人主机体以及安设设置于所述机器人主机体前端端头部位、用于固定和安装待加工物件的物料夹具；在所述保护罩正面安设有用于显示具体加工信息的信号显示屏、可相对于保护罩正面旋转的检修面板以及包括多个控制按钮的控制按钮箱；该信号显示屏、控制按钮箱与控制器电性连接。

优选地，所述三维动态聚焦系统包括用于放置激光器的激光器仓以及用于安置扩束镜和三维动态聚焦振镜的聚焦镜仓；扫描振镜设置于聚焦镜仓外侧；在所述扩束镜与三维动态聚焦振镜之间还设置有用于改变光线传播方向的反光镜组合；来自扩束镜的激光光束通过反光镜的反射，然后照射到三维动态聚焦振镜中。

优选地，所述三维动态聚焦系统还包括设置于激光器仓和聚焦镜仓下部、起到支撑作用的支撑架；该支撑架设置于机架的加工平台上；支撑架与激光器仓和聚焦镜仓固定连接；所述机架内侧还安设有至少一个用于提高设备内部散热性能的散热风扇；且在所述机架侧边部位设置有散热窗口，机架前部设置有检修门。

优选地，所述保护罩正面开设有用于取拿加工物件的物料窗口；且在所述物料窗口外侧还设置有与控制器电性连接、用于避免在设备运行过程中造成人员伤害的安全挡板；在所述安全挡板上设置有安全光栅，设备运行过程中，人手或其他部位伸入安全光栅的感测范围后，控制器控制设备暂停运行。

优选地，所述一种高安全度自动化三维激光加工设备还包括设置于所述机架上部的操控键盘；在所述保护罩上部还设置有与控制器电性连接的报警指示灯。

优选地，所述机器人主机体包括基座、设置于基座上部的第一臂体、与第一臂体相对于基座的另一端相连接的第二臂体、与所述第二臂体相连接的第三臂体以及设置于所述第三臂体端头部位的旋转轴组件；该物料夹具与旋转轴组件前端部位相连接；还包括用于驱动第一臂体相对于基座旋转的第一驱动电机、用于驱动第二臂体相对于第一臂体旋转的第二驱动电机、用于驱动第三臂体相对于第二臂体旋转的第三驱动电机、用于驱动旋转轴组件相对于第三臂体旋转的第四驱动电机以及用于驱动旋转轴组件的输出轴旋转的第五驱动电机；所述第一驱动电机、第二驱动电机、第三驱动电机、第四驱动电机、第五驱动电机与控制器电性连接。

优选地，所述聚焦镜仓内部的反光镜的数量为两个；且在聚焦镜仓内部还设置有用于放置三维动态聚焦振镜的聚焦振镜仓；在该聚焦振镜仓朝向反光镜一侧开设有通光孔；所述扩束镜和三维动态聚焦振镜平行设置。

优选地，所述扫描振镜位于三维动态聚焦振镜后侧；且该扫描振镜固定于聚焦镜仓上；场镜固定于扫描振镜下部。

优选地，所述激光器为紫外激光器或红外激光器。

优选地，所述检修面板中间部位设置有便于观察设备运行状况的透明视窗。

与现有技术相比，本发明一种高安全度自动化三维激光加工设备通过同时设置机架11、处于机架11上部的保护罩12、设置于机架11内部的控制器、处于机架11上部加工平台上的全自动机器人夹具系统13和三维动态聚焦系统，且将所述三维动态聚焦系统设计成为包括与控制器电性连接的激光器、扩束镜、三维动态聚焦振镜、扫描振镜以及场镜结构组成，实际运行过程中，由激光器发射的光束首先射向扩束镜，再由扩束镜进入三维动态聚焦振镜，最后到达扫描振镜区域，并在待加工物件上形成三维聚焦面，全自动机器人夹具系统13的引入使得待加工物件的加工角度变换更加灵活，激光加工效率更高，精确度也更高，且有利于实际的操控，本设计结构设计合理，安全性高。

[附图说明]

图1是本发明一种高安全度自动化三维激光加工设备的立体状态结构示意图。

[具体实施方式]

为使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定此发明。

请参阅图1，本发明一种高安全度自动化三维激光加工设备1包括机架11、处于机架11上部的保护罩12、设置于机架11内部的控制器、处于机架11上部加工平台上的全自动机器人夹具系统13和三维动态聚焦系统；所述三维动态聚焦系统包括与控制器电性连接的激光器、扩束镜、三维动态聚焦振镜、扫描振镜以及场镜；由激光器发射的光束首先射向扩束镜，再由扩束镜进入三维动态聚焦振镜，最后到达扫描振镜区域，并在待加工物件上形成三维聚焦面；还包括用于调节扩束镜与三维动态聚焦振镜之间沿光轴方向距离大小的传动装置，所述三维动态聚焦振镜设置于该传动装置上；所述全自动机器人夹具系统13包括机器人主机体以及安设设置于所述机器人主机体前端端头部位、用于固定和安装待加工物件的物料夹具；在所述保护罩12正面安设有用于显示具体加工信息的信号显示屏124、可相对于保护罩12正面旋转的检修面板12以及包括多个控制按钮的控制按钮箱125；该信号显示屏124、控制按钮箱125与控制器电性连接。

本发明通过同时设置机架11、处于机架11上部的保护罩12、设置于机架11内部的控制器、处于机架11上部加工平台上的全自动机器人夹具系统13和三维动态聚焦系统，且将所述三维动态聚焦系统设计成为包括与控制器电性连接的激光器、扩束镜、三维动态聚焦振镜、扫描振镜以及场镜结构组成，实际运行过程中，由激光器发射的光束首先射向扩束镜，再由扩束镜进入三维动态聚焦振镜，最后到达扫描振镜区域，并在待加工物件上形成三维聚焦面，全自动机器人夹具系统13的引入使得待加工物件的加工角度变换更加灵活，激光加工效率更高，精确度也更高，且有利于实际的操控，本设计结构设计合理，安全性高。

优选地，所述三维动态聚焦系统包括用于放置激光器的激光器仓以及用于安置扩束镜和三维动态聚焦振镜的聚焦镜仓；扫描振镜设置于聚焦镜仓外侧；在所述扩束镜与三维动态聚焦振镜之间还设置有用于改变光线传播方向的反光镜组合；来自扩束镜的激光光束通过反光镜的反射，然后照射到三维动态聚焦振镜中。

优选地，所述三维动态聚焦系统还包括设置于激光器仓和聚焦镜仓下部、起到支撑作用的支撑架；该支撑架设置于机架11的加工平台上；支撑架与激光器仓和聚焦镜仓固定连接；所述机架11内侧还安设有至少一个用于提高设备内部散热性能的散热风扇；且在所述机架11侧边部位设置有散热窗口111，机架11前部设置有检修门。

优选地，所述保护罩12正面开设有用于取拿加工物件的物料窗口；且在所述物料窗口外侧还设置有与控制器电性连接、用于避免在设备运行过程中造成人员伤害的安全挡板123；在所述安全挡板123上设置有安全光栅，设备运行过程中，人手或其他部位伸入安全光栅的感测范围后，控制器控制设备暂停运行。

优选地，所述一种高安全度自动化三维激光加工设备1还包括设置于所述机架11上部的操控键盘126；在所述保护罩12上部还设置有与控制器电性连接的报警指示灯121。

优选地，所述机器人主机体包括基座、设置于基座上部的第一臂体、与第一臂体相对于基座的另一端相连接的第二臂体、与所述第二臂体相连接的第三臂体以及设置于所述第三臂体端头部位的旋转轴组件；该物料夹具与旋转轴组件前端部位相连接；还包括用于驱动第一臂体相对于基座旋转的第一驱动电机、用于驱动第二臂体相对于第一臂体旋转的第二驱动电机、用于驱动第三臂体相对于第二臂体旋转的第三驱动电机、用于驱动旋转轴组件相对于第三臂体旋转的第四驱动电机以及用于驱动旋转轴组件的输出轴旋转的第五驱动电机；所述第一驱动电机、第二驱动电机、第三驱动电机、第四驱动电机、第五驱动电机与控制器电性连接。

优选地，所述聚焦镜仓内部的反光镜的数量为两个；且在聚焦镜仓内部还设置有用于放置三维动态聚焦振镜的聚焦振镜仓；在该聚焦振镜仓朝向反光镜一侧开设有通光孔；所述扩束镜和三维动态聚焦振镜平行设置。

优选地，所述扫描振镜位于三维动态聚焦振镜后侧；且该扫描振镜固定于聚焦镜仓上；场镜固定于扫描振镜下部。

优选地，所述激光器为紫外激光器或红外激光器。

优选地，所述检修面板122中间部位设置有便于观察设备运行状况的透明视窗1221。

与现有技术相比，本发明一种高安全度自动化三维激光加工设备1通过同时设置机架11、处于机架11上部的保护罩12、设置于机架11内部的控制器、处于机架11上部加工平台上的全自动机器人夹具系统13和三维动态聚焦系统，且将所述三维动态聚焦系统设计成为包括与控制器电性连接的激光器、扩束镜、三维动态聚焦振镜、扫描振镜以及场镜结构组成，实际运行过程中，由激光器发射的光束首先射向扩束镜，再由扩束镜进入三维动态聚焦振镜，最后到达扫描振镜区域，并在待加工物件上形成三维聚焦面，全自动机器人夹具系统13的引入使得待加工物件的加工角度变换更加灵活，激光加工效率更高，精确度也更高，且有利于实际的操控，本设计结构设计合理，安全性高。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。