专利名称：一种激光加工技术中的并联机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种激光加工技术中的并联机构，主要用于激光加工过程中对激光光头的空间位置和姿态进行调节，实现激光三维精确加工。
背景技术：
目前，在激光加工过程中，为了达到较高的加工精度，对激光光头的空间位姿进行调节是激光加工工艺所必需的，特别是对于表面是空间曲面的被加工工件进行三维精加工就更重要，现在拥有的技术一般都是采取悬臂式或龙门式等调节机构来调节激光光头的空间位姿，现有技术存在着如下的一些不足1、无法实现全三维精确加工；2、加工过程中劳动强度大；3、机构体积大，且使得加工空间范围受限制。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足之处，本发明提供一种激光加工技术中的并联机构，该串联机构不仅可以大幅度精确自动调节激光光头在空间的位姿，实现激光加工的精确加工，而且控制技术已相当成熟，结构简单。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是在仿真机构中，广泛应用的的6-6型Stewart平台是本技术方案的实施基础，Stewart平台实际上就是一种6自由度空间并联运动机构，结构上由6个作动筒将两个6边形台架用球铰或虎克铰联结起来，下台架固定，上台架活动，由Stewart平台原理可以知道，上台架的每一质点均拥有6个自由度(x，y，z，ωx，ωy，ωz)，其中ωx，ωy，ωz分别是该质点相对X、Y和Z轴的转动速度，也就是说上台架上任一质点的空间状态均取决于该6个自由度(x，y，z，ωx，ωy，ωz)，Stewart平台通过控制系统可以使上台架到达空间任一位置，该优势正好为我们控制激光光头所需要，故将Stewart平台进行一些变形后作为本发明的技术解决方案；首先，由于Stewart平台的空间运动范围受作动筒的筒长限制，所以使Stewart平台倒立后将固定台架安装在导轨上，导轨可以滑动，同时固定台架也可沿导轨滑动，带动Stewart平台整体滑动，从而实现Stewart平台整体在较大范围空间运动，其次，将激光光头通过光头支撑杆安装在活动台架中心，由作动筒的伸缩或旋转带动活动台架运动，从而实现激光光头在小范围内的位置和姿态变化，最后，根据加工的需要和机构精简因素，特殊情况下可以将对称的6个作动筒简化为3个对称作动筒，与活动台架的铰接点构成一个三角形，该形式实际上是6-6型Stewart平台的一种特殊情况，记其为3-3型Stewart平台，其控制系统原理没变；如果建立坐标系在导轨的固定端，由Stewart平台机构原理、空间运动学原理以及空间几何关系，可以求解出任一时刻激光光头以及活动台架上中心点的空间位置坐标，光头支撑杆的空间姿态也就确定了；因此，根据被加工工件的空间曲面解出激光光头需要运动的轨迹曲线和光头支撑杆空间姿态矩阵，即可由Stewart平台机构反解出控制矩阵，计算机控制系统据此控制激光光头的空间位置和光头支撑杆空间姿态，对工件实施三维精加工。
整个机构的控制系统包括三部分a、Stewart平台作动筒运动的控制部分；b、整个Stewart平台沿导轨滑动的控制部分；c、滑轨自身滑动的控制部分；由于后两者涉及到的是平动，Stewart平台作动筒的运动相对于固定台架一样是Stewart平台机构运动，所以后二者的运动控制叠加进入Stewart平台控制系统即可，用到的控制技术在目前已相当成熟。
本发明的有益效果是，不仅可以大幅度精确调节激光光头空间位姿，实现三维精确加工，而且控制技术已相当成熟，结构简单。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明第一个实施例示意图。
图2是本发明第二个实施例示意图。
图中1.固定台架，2.滑轨，3.作动筒，4.活动台架，5.光头支撑杆，6.机械光纤，7.激光光头。
具体实施例方式
在图1所示的实施例中，AB段导轨(2)可以沿图中所示方向滑动，固定台架(1)安装在导轨上，可以如图中方向沿导轨滑动，固定台架上铰装有六个对称的作动筒(3)，6个铰装点构成六边形abcdef，六个作动筒(3)的另一端分别铰接活动台架(4)，铰接点构成六边形a′b′c′d′e′f′，固定台架(1)、六个对称的作动筒(3)和活动台架(4)一起组成一个倒立的6-6型Stewart平台，该Stewart平台整体在控制系统的驱动下可以沿导轨任意滑动，同时导轨自身也可以滑动，在六边形活动台架a′b′d′e′f′的中心安装光头支撑杆(5)，光头支撑杆(5)的末端安装激光光头(7)，机械光纤(6)穿过光头支撑杆(5)将激光光束送到激光光头(7)，整个并联机构空间位置关系参见空间坐标系OXYZ。
在图2所示的另一个实施例中，取图1所示的实施例ab＝0，cd＝0，ef＝0，六作动筒变成三作动筒形式，即将第一个实施例中采用的倒立的6-6型Stewart平台变形为倒立的3-3型Stewart平台，是本发明第二个实施例，其他运动形式和连接形式等不变，空间位置关系参见空间坐标系OXYZ。
本发明可以根据具体加工需要和工艺要求确定机构比例尺寸，采用不同的控制系统来实现运动控制。
权利要求
1.一种激光加工技术中的并联机构，主要由一个导轨和一个倒立Stewart平台组成，根据加工的需要和机构精简因素，Stewart平台可以采用6-6型或经过变形后的3-3型，其特征是Stewart平台固定台架安装在导轨上，激光光头用光头支撑杆安装在Stewart平台的活动台架中心；在控制系统的控制下，导轨自身滑动，固定台架沿导轨滑动，从而带动整个Stewart平台大范围运动，同时Stewart平台的作动筒运动在小范围内调节着激光光头的空间位置和姿态，三者运动的共同结果决定激光光头的空间位置和姿态，对工件实施三维精确加工。
2.根据权利要求1所述的一种激光加工技术中的并联机构，其特征是倒立的Stewart平台通过固定台架安装在导轨上。
3.根据权利要求1所述的一种激光加工技术中的并联机构，其特征是导轨自身滑动，固定台架沿导轨滑动，从而带动整个Stewart平台大范围运动，同时Stewart平台的作动筒运动在小范围内调节着激光光头的空间位置和姿态，三者运动的共同结果决定激光光头的空间位置和姿态
4.根据权利要求1所述的一种激光加工技术中的并联机构，其特征是Stewart平台可以采用两种形式6-6型Stewart平台或3-3型Stewart平台，作为在小范围内对激光光头空间位置和姿态调节的机构。
5.根据权利要求1所述的一种激光加工技术中的并联机构，其特征是激光光头用光头支撑杆安装在Stewart平台的活动台架中心。
6.根据权利要求1所述的一种激光加工技术中的并联机构，其特征是整个机构的控制系统包括三部分Stewart平台作动筒运动的控制部分、整个Stewart平台沿导轨滑动的控制部分和滑轨自身滑动的控制部分。
全文摘要
一种激光加工技术中的并联机构，主要用于激光加工过程中对激光光头的空间位置和姿态进行调节，实现激光精确加工。该机构主要由一个导轨和一个倒立的Stewart平台组成，Stewart平台的固定台架安装在导轨上，激光光头用光头支撑杆安装在Stewart平台活动台架中心；在控制系统的控制下，导轨自身滑动，固定台架沿导轨滑动，从而带动整个Stewart平台大范围运动，同时Stewart平台的作动筒运动在小范围内调节着激光光头的空间位置和姿态，三者运动的共同结果决定激光光头的空间位置和姿态，对工件实施三维精确加工。
文档编号G05B19/00GK1546270SQ20031011152
公开日2004年11月17日 申请日期2003年12月5日 优先权日2003年12月5日
发明者张向明, 杨侠 申请人:张向明, 杨侠