多機器人光纖激光切割系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多機器人光纖激光切割系統(tǒng)，包括高功率光纖激光器、機器人控制柜、計算機控制中樞、龍門框架、全局三目視覺定位裝置、六自由度工業(yè)機器人本體、激光切割頭、CCD圖像傳感器、工件裝夾裝置、水冷系統(tǒng)和氣缸；在龍門框架的三個側(cè)面門板上分別安裝一個攝像機，在各個六自由度工業(yè)機器人本體的腕部安裝實時監(jiān)控手部激光切割頭的切割動作的CCD圖像傳感器。多機器人光纖激光切割系統(tǒng)自帶一套由全局三目視覺定位裝置和多個CCD圖像傳感器組成的兩級視覺定位系統(tǒng)，結(jié)合計算機給每個機器人分配的切割任務(wù)，實現(xiàn)其精確定位和干涉避讓。
【專利說明】多機器人光纖激光切割系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種激光切割系統(tǒng)，尤其涉及一種多機器人光纖激光切割系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]激光加工機器人的工作原理為:從高功率激光器發(fā)出的激光，經(jīng)光纖耦合傳輸?shù)郊す夤馐儞Q光學(xué)系統(tǒng)，光束經(jīng)過整形聚焦后進入激光加工頭。根據(jù)用途不同(切割、焊接、熔覆)旋轉(zhuǎn)不同的激光加工頭，配用不同的材料進給系統(tǒng)(高壓氣體、送絲機、送粉器)。激光加工頭裝于六自由度機器人本體手臂末端。激光加工頭的運動軌跡和激光加工參數(shù)是由機器人數(shù)字控制系統(tǒng)提供指令進行的。激光加工頭的運動軌跡和激光加工參數(shù)是由機器人數(shù)字控制系統(tǒng)提供指令進行的。先由激光加工操作人員在機器人示教盒上進行示教編程或在計算機上進行離線編程。然后由材料進給系統(tǒng)將材料(高壓氣體、金屬絲、金屬粉末)與激光同步輸入到激光加工頭，高功率激光與進給材料同步作用完成加工任務(wù)。機器視覺系統(tǒng)對加工區(qū)檢測，檢測信號反饋至機器人控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)加工過程的適時控制。
[0003]目前，單個機器人光纖激光切割系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括示教盒1、機器人控制柜2、PC機3、纖維激光器4、光纖光電稱合器5、多自由度機器人6、機械臂7、傳輸光纖8、機器視覺系統(tǒng)9、激光加工工作臺10、激光加工頭11、激光轉(zhuǎn)變光導(dǎo)系統(tǒng)12、光纖耦合頭13、材料進給系統(tǒng)(粉末進給設(shè)備)14和材料進給系統(tǒng)(高壓氣體)15。而目前的多工業(yè)機器人同時作業(yè)時，存在相互干涉和定位不精確的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，本發(fā)明提供了一種規(guī)避協(xié)作中的相互干涉和定位不精確問題的多機器人光纖激光切割系統(tǒng)。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
多機器人光纖激光切割系統(tǒng)，包括高功率光纖激光器、機器人控制柜、計算機控制中樞、龍門框架、全局三目視覺定位裝置、六自由度工業(yè)機器人本體、激光切割頭、CXD圖像傳感器、工件裝夾裝置、水冷系統(tǒng)和氣缸；
所述激光切割頭包括激光束準(zhǔn)直單元、激光束聚焦單元、水接入口、氣接入口和輔助氣體噴嘴；
所述高功率光纖激光器內(nèi)的發(fā)光二極管與雙包層光纖的一端連接，雙包層光纖的另一端接入激光切割頭的頂部；所述高功率光纖激光器內(nèi)的發(fā)光二極管發(fā)出的泵浦光經(jīng)雙包層光纖輸出并經(jīng)過激光切割頭頂部的激光束準(zhǔn)直單元和聚焦單元后形成切割用的激光光束；
所述六自由度工業(yè)機器人本體為多個并倒掛在龍門框架的頂部，工件裝夾裝置位于六自由度工業(yè)機器人本體的下方，激光切割頭被夾持在六自由度工業(yè)機器人本體末端的手部上，所述六自由度工業(yè)機器人本體的手部由機器人控制柜控制；所述機器人控制柜與示教盒和/或計算機通訊； 所述全局三目視覺定位裝置由三個攝像機組成，在龍門框架的兩個側(cè)面門板和頂板上分別安裝一個攝像機，攝像機對工件裝夾裝置上的整個加工區(qū)域進行全局掃描并將信息及時反饋給計算機控制中樞，由計算機控制中樞發(fā)出調(diào)整指令，控制六自由度工業(yè)機器人的六自由度方向運動；在各個六自由度工業(yè)機器人本體的腕部安裝實時監(jiān)控手部激光切割頭的切割動作的CXD圖像傳感器；
所述水冷系統(tǒng)通過水管分別與高功率光纖激光器和激光切割頭的水接入口連接，氣缸與激光切割頭的氣接入口連接。
[0006]本發(fā)明多機器人光纖激光切割系統(tǒng)的有益效果是:多機器人光纖激光切割系統(tǒng)是基于高功率光纖激光器和光纖稱合傳輸技術(shù)，利用多個工業(yè)機器人分別夾持激光切割頭，輔以兩級視覺定位系統(tǒng)，實現(xiàn)大尺寸工件高速激光切割的成套生產(chǎn)裝備，系統(tǒng)自帶一套由全局三目視覺定位裝置和多個CXD圖像傳感器組成的兩級視覺定位系統(tǒng)，結(jié)合計算機給每個機器人分配切割任務(wù)，實現(xiàn)其精確定位和干涉避讓。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中單個機器人光纖激光切割系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中:1 一不教盒；2—機器人控制柜；3 —PC機；4一纖維激光器；5—光纖光電率禹合器；6—多自由度機器人；7—機械臂；8一傳輸光纖；9一機器視覺系統(tǒng)；10—激光加工工作臺；11 一激光加工頭；12—激光轉(zhuǎn)變光導(dǎo)系統(tǒng)；13—光纖耦合頭；14 一材料進給系統(tǒng)(粉末進給設(shè)備);15—材料進給系統(tǒng)(高壓氣體)。
[0008]圖2為本發(fā)明的多機器人光纖激光切割系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中:1 一功率光纖激光器；2—機器人控制柜；3—計算機控制中樞；4一龍門框架；5—全局三目視覺定位裝置；6—六自由度工業(yè)機器人本體；7—激光切割頭；8—CXD圖像傳感器；9一工件裝夾裝置；10—水冷系統(tǒng)；11 一氣缸。
【具體實施方式】
[0009]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細地描述。
[0010]如圖2所不,多機器人光纖激光切割系統(tǒng),包括高功率光纖激光器1、機器人控制柜2、計算機控制中樞3、龍門框架4、全局三目視覺定位裝置5、六自由度工業(yè)機器人本體6、激光切割頭7、(XD圖像傳感器8、工件裝夾裝置9、水冷系統(tǒng)10和氣缸11。激光切割頭7包括激光束準(zhǔn)直單元、激光束聚焦單元、水接入口、氣接入口和輔助氣體噴嘴。
[0011]高功率光纖激光器I內(nèi)的發(fā)光二極管與雙包層光纖的一端連接，雙包層光纖的另一端接入激光切割頭7的頂部。高功率光纖激光器I內(nèi)的發(fā)光二極管發(fā)出泵浦光，耦合入雙包層光纖進行放大和傳輸。其中，雙包層光纖由纖芯、內(nèi)包層、外包層、保護層組成。泵浦光在內(nèi)包層中傳輸，在內(nèi)包層中多次反射并在穿越纖芯時被纖芯中摻雜的稀土元素吸收，實現(xiàn)激光輸出。雙包層光纖的另一端接入激光切割頭頂部，由泵浦光轉(zhuǎn)變而來的激光經(jīng)過切割頭頂部的光束整形系統(tǒng)(激光束準(zhǔn)直單元和聚焦單元)后形成切割用的激光，再傳輸?shù)角懈铑^上，實現(xiàn)對工件的加工。高功率光纖激光器I的輸出功率高達I?50Kw，20Kw已實現(xiàn)商品化，且其電光轉(zhuǎn)換效率可達25%以上，而傳統(tǒng)的CO2激光器電光轉(zhuǎn)換效率只有10%。
[0012]六自由度工業(yè)機器人本體6為多個并倒掛在龍門框架4的頂部，從而節(jié)約地面空間并擴大加工范圍。工件裝夾裝置9位于六自由度工業(yè)機器人本體6的下方，激光切割頭7被夾持在六自由度工業(yè)機器人本體6末端的手部上，六自由度工業(yè)機器人手部的運動軌跡即為切割軌跡。六自由度工業(yè)機器人本體6的手部由機器人控制柜2控制，機器人控制柜2與示教盒和/或計算機通訊，接受示教盒或計算機傳遞來的程序語言。示教盒與計算機分別對應(yīng)兩種編程方式，示教盒由加工人員根據(jù)實際加工環(huán)境進行示教編程，計算機則根據(jù)加工工件的CAD模型并通過規(guī)則算法生成加工程序代碼，由于計算機編程與激光切割可同時進行，故又稱為離線編程。離線編程軟件還附帶有仿真碰撞檢測功能，可提前根據(jù)檢測結(jié)果糾正潛在的激光頭與工件、機器人與機器人之間的碰撞。
[0013]多機器人光纖激光切割系統(tǒng)自帶一套兩級視覺定位系統(tǒng)，結(jié)合計算機給每個機器人分配切割任務(wù)，實現(xiàn)其精確定位和干涉避讓。兩級視覺定位系統(tǒng)由全局三目視覺定位裝置和多個CXD圖像傳感器組成。全局三目視覺定位裝置5由三個攝像機組成，在龍門框架4的兩個側(cè)面門板和頂板上分別安裝一個攝像機，攝像機對工件裝夾裝置9上的整個加工區(qū)域進行全局掃描并將信息及時反饋給計算機控制中樞3，由計算機控制中樞3發(fā)出調(diào)整指令，控制六自由度工業(yè)機器人的六自由度方向運動。在各個六自由度工業(yè)機器人本體6的腕部安裝實時監(jiān)控手部激光切割頭7的切割動作的CCD圖像傳感器8，實現(xiàn)高精度定位。機器人驅(qū)動系統(tǒng)采用伺服電機或步進電機，借助齒輪、連桿、齒形帶等機械結(jié)構(gòu)實現(xiàn)六自由度運動。
[0014]根據(jù)不同的激光加工工藝，需采用不同的激光加工頭。本系統(tǒng)采用專用的激光切割頭。激光切割頭的主要結(jié)構(gòu)包括:激光束準(zhǔn)直單元、激光束聚焦單元、水氣電接口、輔助氣體噴嘴等構(gòu)成。雙包層光纖傳輸而形成的激光導(dǎo)入激光切割頭后，經(jīng)過激光束準(zhǔn)直單元和聚焦單元，形成光斑直徑小輸出功率高的激光光束進行加工。水冷系統(tǒng)10通過水管分別與高功率光纖激光器I和激光切割頭7的水接入口連接，為其提供冷卻。氣缸11與激光切割頭7的氣接入口連接，向切割頭輸送輔助氣體，輔助氣體通過激光切割頭的輔助氣體噴嘴噴出，有提高切割速度和吹散切屑的作用。
[0015]最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.多機器人光纖激光切割系統(tǒng)，其特征在于:包括高功率光纖激光器(I)、機器人控制柜(2)、計算機控制中樞(3)、龍門框架(4)、全局三目視覺定位裝置(5)、六自由度工業(yè)機器人本體(6)、激光切割頭(7)、C⑶圖像傳感器(8)、工件裝夾裝置(9)、水冷系統(tǒng)(10)和氣缸(11)； 所述激光切割頭(7)包括激光束準(zhǔn)直單元、激光束聚焦單元、水接入口、氣接入口和輔助氣體噴嘴； 所述高功率光纖激光器(I)內(nèi)的發(fā)光二極管與雙包層光纖的一端連接，雙包層光纖的另一端接入激光切割頭(7)的頂部；所述高功率光纖激光器(I)內(nèi)的發(fā)光二極管發(fā)出的泵浦光經(jīng)雙包層光纖輸出并經(jīng)過激光切割頭(7 )頂部的激光束準(zhǔn)直單元和聚焦單元后形成切割用的激光光束； 所述六自由度工業(yè)機器人本體(6)為多個并倒掛在龍門框架(4)的頂部，工件裝夾裝置(9 )位于六自由度工業(yè)機器人本體(6 )的下方,激光切割頭(7 )被夾持在六自由度工業(yè)機器人本體(6 )末端的手部上，所述六自由度工業(yè)機器人本體(6 )的手部由機器人控制柜(2 )控制；所述機器人控制柜(2)與示教盒和/或計算機通訊； 所述全局三目視覺定位裝置(5)由三個攝像機組成，在龍門框架(4)的兩個側(cè)面門板和頂板上分別安裝一個攝像機，攝像機對工件裝夾裝置(9)上的整個加工區(qū)域進行全局掃描并將信息及時反饋給計算機控制中樞(3)，由計算機控制中樞(3)發(fā)出調(diào)整指令，控制六自由度工業(yè)機器人的六自由度方向運動；在各個六自由度工業(yè)機器人本體(6)的腕部安裝實時監(jiān)控手部激光切割頭(7)的切割動作的CXD圖像傳感器(8)； 所述水冷系統(tǒng)(10 )通過水管分別與高功率光纖激光器(I)和激光切割頭(7 )的水接入口連接，氣缸(11)與激光切割頭(7)的氣接入口連接。
【文檔編號】B23K26/38GK103495807SQ201310447904
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月27日
【發(fā)明者】王磊, 宋永端, 陳晨, 沈濤, 李偉軍 申請人:重慶大學(xué)