一种用于激光加工填充保护性气体的气室装置和系统

本发明涉及激光精密加工，尤其涉及一种用于激光加工填充保护性气体的气室装置和系统。

背景技术：

1、激光加工范围几乎包括所有的金属材料和非金属材料，激光束可以聚焦到很小的尺寸，因而特别适合精密加工。激光热加工一般利用激光与材料相互作用产生热效应使材料熔化而后再凝固完成焊接、整形、熔覆、抛光等工艺。

2、在激光与材料相互作用的过程中，材料在熔化和在凝固的过程中接触到空气中的氧气时，会发生氧化反应，这对材料的性质以及外观会产生影响，尤其在精密加工过程中。现有避免材料与空气接触的方式有：1、将工件放置于真空环境中；2、在加工头上增加吹气装置，使高速流通的气体在工件加工区表面形成保护性环境；3、将工件静置于加工气室中，由激光和移动平台运动实现所需要的加工。

3、然而，随着激光精密加工的广泛性应用，待加工的工件大小形状各异，需求广泛，现有的避免材料与空气接触的方式难以满足现实需求。例如，真空环境对于密闭性要求严格，且体积不宜过大，难以在真空环境中添加运动装置实现工件的移动和反转；现有的吹气装置不适合精密加工的要求，如果气体流速过高会对工件表面由于热效应形成的熔池表面形态产生影响，气体流速降低又不能形成严格的保护气环境，且吹气方式消耗的气体通常是可流通气体的气室的数十倍，而现有的流通气室只能盛放样品，不能使样品在气室中运动。因此，如何在保证激光加工的过程中形成严格的保护性气体氛围的前提下而又可以使工件实现自由多维运动，同时减少所需保护性气体量，仍然是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提供一种用于激光加工填充保护性气体的气室装置，该装置能够在保证激光加工的过程中形成严格的保护性气体氛围前提下，使得工件能够实现自由多维运动，并同时减少所需保护性气体量。

2、本发明的第二个目的在于提供一种用于激光加工填充保护性气体的系统。

3、为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

4、一种用于激光加工填充保护性气体的气室装置，包括：

5、放置平台10；

6、气室主体20，所述气室主体20设置在所述放置平台10上，所述气室主体20包括加工室21，所述加工室21的前侧底端位置和后侧顶端位置分别开设有气口210，所述加工室21内部设置有工件夹具211和气体浓度监测传感器212；

7、其中，所述工件夹具211用于夹持待加工工件；所述气体浓度监测传感器212用于监测所述加工室21内的氧气浓度，并在所述氧气浓度大于预设阈值时，发出保护气填充指令，以便根据填充指令通过所述气口210中的进气口向所述加工室21内通入保护气。

8、可选的，所述气口210用于设置为进气口和出气口，所述气口210根据所述保护气的种类和密度进行进气口或者出气口设置。

9、可选的，所述气口210的开口形状为弧形，以用于缓冲通入所述加工室21的保护气的流速，并扩大所述保护气的流通面积。

10、可选的，所述气室主体20还包括：

11、可伸缩柔性褶皱机构22，设置在所述加工室21的两侧，所述可伸缩柔性褶皱机构22用于根据所述待加工工件的尺寸大小进行长度的拉伸或者压缩。

12、可选的，该气室装置还包括：第一运动单元30，所述第一运动单元30包括：

13、可旋转工件加持手臂31，与所述可伸缩柔性褶皱机构22通过轴承密封连接；

14、第一电机，所述第一电机用于在运转时，驱动所述可旋转工件加持手臂31旋转，并带动所述工件夹具211旋转。

15、可选的，该气室装置还包括：第二运动单元40，所述第二运动单元40包括：

16、一对齿轮和套在所述一对齿轮上的齿条；

17、第二电机，所述第二电机用于在运转时，驱动所述一对齿轮旋转，并带动所述齿条运转，以带动所述待加工工件在第一方向运动。

18、可选的，该气室装置还包括：第三运动单元50，所述第三运动单元50包括：

19、一对蜗轮和一对蜗杆，所述蜗轮与对应的所述蜗杆连接；

20、主动轮，设置在一对所述蜗轮之间，并与各蜗轮啮合；

21、第三电机，所述第三电机用于在运转时，驱动所述主动轮旋转，以带动各蜗轮旋转，并带动一对蜗杆在第二方向运动。

22、可选的，该气室装置还包括：第四运动单元60，所述第四运动单元60包括：

23、垂直运动机构61，设置在所述放置平台10上；

24、激光加工头支撑结构62，设置在所述垂直运动机构61上，所述激光加工头支撑结构62用于支撑激光加工头；

25、第四电机，所述第四电机用于在运转时，驱动所述垂直运动机构61，并带动所述激光加工头在垂直方向上上下运动。

26、可选的，所述可伸缩柔性褶皱机构22的构成材料至少包括：聚二甲基硅氧烷、聚乙烯醇、聚酰亚胺和聚萘二甲酸乙二醇酯。

27、为达到上述目的，本发明第二方面提供了一种用于激光加工填充保护性气体的系统，包括：

28、上述所述的气室装置；以及

29、控制模块，所述控制模块包括：

30、电机控制单元，用于驱动所述气室装置内的各电机运转；

31、气体输送控制单元，用于接收保护气填充指令，并根据所述保护气填充指令控制向加工室内通入保护气，以及对保护气的流速进行控制。

32、本发明至少具有以下技术效果：

33、本发明提出的一种用于激光加工填充保护性气体的气室装置和系统，设计了一种具有可伸缩柔性褶皱机构的气室主体及进出气的结构，在消耗较少保护性气体的前提下，为激光加工的工件提供一种稳定的保护性气体氛围提出了解决方案，同时，相应的机械手臂及其运动结构可支持工件在加工过程中实现三维运动，以及旋转运动，弥补了目前激光加工领域在保证加工的过程中形成严格的保护性气体氛围的前提下而又可以使工件实现自由多维运动，同时减少所需保护性气体量的空缺。

34、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种用于激光加工填充保护性气体的气室装置，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的用于激光加工填充保护性气体的气室装置，其特征在于，所述气口(210)用于设置为进气口和出气口，所述气口(210)根据所述保护气的种类和密度进行进气口或者出气口设置。

3.如权利要求2所述的用于激光加工填充保护性气体的气室装置，其特征在于，所述气口(210)的开口形状为弧形，以用于缓冲通入所述加工室(21)的保护气的流速，并扩大所述保护气的流通面积。

4.如权利要求3所述的用于激光加工填充保护性气体的气室装置，其特征在于，所述气室主体(20)还包括：

5.如权利要求4所述的用于激光加工填充保护性气体的气室装置，其特征在于，还包括：第一运动单元(30)，所述第一运动单元(30)包括：

6.如权利要求5所述的用于激光加工填充保护性气体的气室装置，其特征在于，还包括：第二运动单元(40)，所述第二运动单元(40)包括：

7.如权利要求6所述的用于激光加工填充保护性气体的气室装置，其特征在于，还包括：第三运动单元(50)，所述第三运动单元(50)包括：

8.如权利要求7所述的用于激光加工填充保护性气体的气室装置，其特征在于，还包括第四运动单元(60)，所述第四运动单元(60)包括：

9.如权利要求8所述的用于激光加工填充保护性气体的气室装置，其特征在于，所述可伸缩柔性褶皱机构(22)的构成材料至少包括：聚二甲基硅氧烷、聚乙烯醇、聚酰亚胺和聚萘二甲酸乙二醇酯。

10.一种用于激光加工填充保护性气体的系统，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种用于激光加工填充保护性气体的气室装置和系统，该气室装置包括气室主体和多个运动单元，气室主体包括加工室，加工室的前侧底端位置和后侧顶端位置分别开设有气口，加工室内部设置有工件夹具和气体浓度监测传感器；其中，工件夹具用于夹持待加工工件；气体浓度监测传感器用于监测加工室内的氧气浓度，并在氧气浓度大于预设阈值时，发出保护气填充指令，以便根据填充指令通过进气口向加工室内通入保护气；多个运动单元用于控制使得待加工工件在加工室内做三维运动和旋转运动。本发明能够在保证激光加工的过程中形成严格的保护性气体氛围前提下，使得工件能够实现自由多维运动，并同时减少所需保护性气体量。

技术研发人员：王度,赵爽,雷诚,柳洁,于明杰,严若鹏
受保护的技术使用者：武汉大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13