一种回转体表面激光处理跟随装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及回转体表面激光处理应用技术领域，尤其是一种回转体表面激光处理跟随装置。
【背景技术】
[0002]激光头在激光表面处理过程中，对工件进行激光照射时，通常都保持一个固定离焦量，即始终使工件表面与激光头之间保持一个固定的高度。但是工件表面并非都是平面，若工件表面是一个曲面，此时激光的扫描路径就并非直线，激光头应随着工件曲面上下起伏才能保证离焦量固定，处理后的工件表面质量才能一致。特别对回转体零件而言，在工程应用中，通常回转体工件并非是恒定截面，若对回转体表面进行激光处理时需要激光头对回转体的母线进行跟随照射。要完成这样一个动作，需要将激光头固定在一个具备两轴运动能力的数控车床上，并对工件进行测绘，编程才可以实现。为了避免做回转体激光头在激光表面处理实验，需配置一个数控机床，还要学习数控编程的麻烦。
【实用新型内容】
[0003]现有技术不能满足人们的需要，为弥补现有技术不足，本实用新型旨在提供一种回转体表面激光处理跟随装置。
[0004]为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案:一种回转体表面激光处理跟随装置，至少包括步进电机、第一同步带轮、同步带、第二同步带轮、主轴支座、三爪卡盘、回转体工件、微调螺钉、X轴导轨滑块模组、Z轴滑块、Z轴直线导轨、Z轴步进电机、Z轴滚珠丝杆螺母副、激光头夹持架、Y轴滚轮导轨、Y轴滑块、Y轴滚珠丝杆螺母副、Y轴步进电机、激光头、测距光纤和光纤聚焦头。
[0005]所述步进电机通过与其输出轴连接的第一同步带轮和同步带与固定在主轴支座上的第二同步带轮构成一个传动部件。
[0006]所述第二同步带轮的转轴上设置有三爪卡盘，微调螺钉和X轴导轨滑块模组组成跟随装置的移动部分；通过调节螺钉8可以使滑块上面的部件(激光头和聚焦头)沿X方向做微调。
[0007]所述激光头夹持架，Y轴滚轮导轨、Y轴滑块，Y轴滚珠丝杆螺母副，Y轴步进电机，激光头和光纤聚焦头组成跟随Y轴部分；所述激光头设置在激光头夹持架上；所述Y轴步进电机位于激光头夹持架上端，激光头后端；所述Y轴滚轮导轨和Y轴滑块设置在激光头夹持架左端；所述测距光纤连接光纤聚焦头。
[0008]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:该回转体表面激光实验跟随系统，该系统无需测绘零件，无需数控编程，就可以使激光头在激光表面处理时始终保持一个恒定的离焦量。
【附图说明】
[0009]图1为本实用新型的整体结构示意图；
[0010]图2为本实用新型的左视图；
[0011]图3为本实用新型的光纤测距原理；
[0012]图4为本实用新型的系统硬件框图；
[0013]图5为本实用新型的测距扫描流程图；
[0014]图6为本实用新型的激光跟随流程图。
【具体实施方式】
[0015]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0016]请参阅图1?2，本实用新型实施例中，一种回转体表面激光处理跟随装置，至少包括步进电机1、第一同步带轮2、同步带3、第二同步带轮4、主轴支座5、三爪卡盘6、回转体工件7、微调螺钉8、X轴导轨滑块模组9、Z轴滑块10、Z轴直线导轨11、Z轴步进电机12、Z轴滚珠丝杆螺母副13、激光头夹持架14、Y轴滚轮导轨15、Y轴滑块16、Y轴滚珠丝杆螺母副17、Y轴步进电机18、激光头19、测距光纤20和光纤聚焦头21。
[0017]运动系统由3个移动轴和一个回转主轴构成。依据机床坐标的定义方式，3个移动轴分由微调螺钉8和X轴导轨滑块模组9组成，通过调节微调螺钉8可以使滑块上面的部件(激光头和聚焦头)沿X方向做微调。
[0018]2)跟随Y轴
[0019]跟随Y轴由14激光头夹持架，滚轮导轨15，Y轴滑块16，滚珠丝杆螺母副，步进电机18，激光头19和光纤聚焦头组成21。控制系统根据测距系统所得到的数据控制步进电机正反转在17滚珠丝杆螺母的作用下使得安装在14夹持架上的激光头和光纤聚焦头上下移动达到跟随的目的。
[0020]3)进给Ζ轴
[0021]Ζ轴控制测距的扫描步长和激光进给速度，它是沿着6主轴方向运动的。由10滑块，11直线导轨，12步进电机和13滚珠丝杠螺母副组成。控制系统根据激光头在激光表面处理的工艺信息精确地控制12步进电机转动在13滚珠丝杆螺母副的作用下达到控制激光扫描速度的目的。
[0022]4)回转主轴
[0023]控制系统控制1步进电机，由2，4同步带轮和3同步带，将动力传送至6三爪卡盘上同时带动夹持在卡盘上的7工件进行回转。在步进电机的控制下，激光扫描工件时可以选择螺旋式扫描也可以实现等距平行扫描。
[0024]本实用新型的工作原理为:参见图3
[0025]测距系统由一个模拟量光纤放大器，反射式同轴光纤和一个聚焦头组成。
[0026]模拟量光纤放大器的作用是发射特定光束并将照射在物体表面上的反射光转换成相对应的电压值。当聚焦头离物体表面的距离为焦距h时，放大器输出的电压值最大。利用这个特性，在控制系统的作用下可以使聚焦头始终处于物体表面h的高度，并记录聚焦头所移动的距离，达到测距跟随的目的。
[0027]定步法光纤测距原理
[0028]1)设置初始点
[0029]首先将光纤聚焦头的焦点移至工件端部，此时放大器的反馈电压为最大值Vmax(并非固定值)并记录该点为初始点。
[0030]2)横向定步扫描工件表面
[0031]以定步长L移动聚焦头，并读取放大器的反馈电压V，若电压值发生明显变化则说明工件表面发生变化。
[0032]3)判断表面起伏状态
[0033]尝试以单位长度h向上移动聚焦头，并实时记录电压V，若V递增，则曲面表现为凸，当测得电压值为Vmax时记录聚焦头的移动距离Ah，Δ h即为聚焦头需要调整的纵向距离；若向上移动聚焦头时V变小，则判断为曲面为凹，此时应以2h的步长向下搜寻Vmax，并同时记录有效的移动距离Ah。以此类推直至扫描完整个工件就可以获得一系列以步长L为间距的曲线离散点。
[0034]4)拟合离散点
[0035]控制系统通过直线拟合的方式，将离散点用线段连接起来作为激光扫描的轨迹。
[0036]该装置是基于PLC，以PC为人机界面，通过采集光纤放大器的数据，利用特定的算法控制各步进电机运动达到激光跟随扫描的目的。硬件框图如图4所示；
[0037]控制系统的软件由扫描跟随算法和驱动算法组成，扫描跟随算法是控制系统的核心算法，又可细分为测距扫描程序和激光跟随扫描程序；(参见图5)
[0038]图中h为Y轴运动的单位步长，j为Y轴运动步数，01(用于记录每个采集点的Y轴运动步数，作为激光跟随时的Y坐标数据。t为第i次放大器的电压值。1为Z轴运动的单位步长，N是Z轴运动步数，由于设备受尺寸所限，Z轴的运动范围有限其最大运动距离为M(该装置M = 150ΜΜ)。程序中核心算法是对于乂_的获取，由于采用光纤聚焦头获取焦距，而且工件表面并非平整，所以V_并非一个固定值，此时必须用进退法搜寻V _，如流程中右边所示。
[0039]激光跟随子程序完成的功能是依据测距扫描所获得的Y坐标数据DK，在跟随时间内完成从队到D K+1的运动，即用直线拟合的办法完成对曲面的跟随。
[0040]对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0041]以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本实用新型技术方案的保护范围之内。
【主权项】
1.一种回转体表面激光处理跟随装置，至少包括步进电机(1)、第一同步带轮(2)、同步带(3)、第二同步带轮⑷、主轴支座(5)、三爪卡盘(6)、回转体工件(7)、微调螺钉⑶、X轴导轨滑块模组(9)、Z轴滑块(10)、Z轴直线导轨(11)、Z轴步进电机(12)、Z轴滚珠丝杆螺母副(13)、激光头夹持架(14)、Y轴滚轮导轨(15)、Υ轴滑块(16)、Υ轴滚珠丝杆螺母副(17)、Υ轴步进电机(18)、激光头(19)、测距光纤(20)和光纤聚焦头(21);其特征在于:所述步进电机(1)通过与其输出轴连接的第一同步带轮(2)和同步带(3)与固定在主轴支座(5)上的第二同步带轮(4)构成一个传动部件； 所述第二同步带轮(4)的转轴上设置有三爪卡盘￠)，微调螺钉(8)和导轨滑块模组(9)组成跟随装置的移动部分；通过调节微调螺钉(8)可以使滑块上面的激光头和聚焦头沿X方向做微调； 所述激光头夹持架(14)，Y轴滚轮导轨(15)、Υ轴滑块(16)，Υ轴滚珠丝杆螺母副(17)，Υ轴步进电机(18)，激光头(19)和光纤聚焦头(21)组成跟随Υ轴部分；所述激光头(19)设置在激光头夹持架(14)顶端；所述Υ轴步进电机(18)位于激光头夹持架(14)上端，激光头(19)后端；所述Υ轴滚轮导轨(15)和Υ轴滑块(16)设置在激光头夹持架(14)左端；所述测距光纤(20)连接光纤聚焦头(21)。
【专利摘要】一种回转体表面激光处理跟随装置，至少包括步进电机、第一同步带轮、同步带、第二同步带轮、主轴支座、三爪卡盘、回转体工件、微调螺钉、X轴导轨滑块模组、Z轴滑块、Z轴直线导轨、Z轴步进电机、Z轴滚珠丝杆螺母副、激光头夹持架、Y轴滚轮导轨；所述激光头夹持架，Y轴滚轮导轨，Y轴步进电机，激光头和光纤聚焦头组成跟随Y轴部分；所述激光头设置在激光头夹持架上；所述Y轴步进电机位于激光头夹持架上端，激光头后端；所述Y轴滚轮导轨和Y轴滑块设置在激光头夹持架左端；所述测距光纤连接光纤聚焦头；该回转体表面激光实验跟随系统，该系统无需测绘零件，无需数控编程，就可以使激光头在激光表面处理时始终保持一个恒定的离焦量。
【IPC分类】B23K26/08
【公开号】CN205032850
【申请号】CN201520015235
【发明人】陈仕国, 陈学永, 林福财, 彭亚楠
【申请人】福建农林大学
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年1月7日