專利名稱：一種激光器數(shù)字化控制的激光柔性加工裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種激光柔性加工裝置，特別涉及一種基于PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線的激光器數(shù)字化控制的激光柔性加工裝置。
背景技術：
激光柔性加工的應用越來越多，廣泛使用于工業(yè)、軍用、醫(yī)用等眾多領域。在激光制造工業(yè)中，實現(xiàn)激光加工的集成化、智能化、柔性化的關鍵在于對激光器的控制手段的實現(xiàn)。對不同的應用目的例如切割、打孔、焊接、強化、直接成型或成形、微細加工、激光檢測等，需要采用不同的激光參數(shù)。這就要求激光器能迅速、方便、準確地針對不同的加工目的改變激光參數(shù)以出光，且能與激光加工執(zhí)行器協(xié)調運作，共存于激光柔性加工系統(tǒng)中。
現(xiàn)有技術中，集成性實現(xiàn)較好的激光器控制大都通過I/O并口來實現(xiàn)對其數(shù)字化控制，但這種方式存在成本高、可維護性差等缺點；也有些系統(tǒng)通過串口來實現(xiàn)對激光器的控制，如華中科技大學激光技術國家重點實驗室采用串口和單片機實現(xiàn)激光器數(shù)字化控制，但這種方法存在抗干擾能力低、傳輸速率低、實時性差等缺點，尤其難以勝任需要有握手信號的激光器。再如，申請?zhí)?8101217.5的“一種具有柔性傳輸和多軸聯(lián)動的激光加工裝置”專利中公開的對激光器通過串口的具體控制方式，同樣存在傳輸速率低、實時性差等不足。
如果在激光柔性加工裝置中采用現(xiàn)場總線的概念與方法實現(xiàn)對激光器的控制，可以從根本上克服上述難題，但是目前尚未見相關的研究報道或者是公布的專利技術。
實用新型內容本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術中存在的上述不足，提供一種能對激光器數(shù)字化控制，且抗干擾能力強、傳輸速率高、實時性好、成本低的激光器數(shù)字化控制的激光柔性加工裝置。
為了達到上述目的，本實用新型采用的技術方案如下一種激光器數(shù)字化控制的激光柔性加工裝置，如圖1所示，包括控制用計算機1；與所述控制用計算機1通過電纜連接的激光器2；與所述控制用計算機1通過電纜連接的激光加工機器人3；與所述激光器2通過光纖連接的光束變換裝置4，對所述激光器2輸出的激光進行變換，并通過光纖傳輸?shù)剿黾す饧庸C器人3的加工頭，由加工頭利用激光對工件進行加工；輔助設施5；所述控制用計算機1包含一現(xiàn)場總線卡6，所述激光器2帶有與所述現(xiàn)場總線卡6對應的通信協(xié)議。
在上述技術方案中，所述現(xiàn)場總線是指PROFIBUS現(xiàn)場總線。
在上述技術方案中，所述現(xiàn)場總線卡是指具有PROFIBUS協(xié)議的現(xiàn)場總線卡。
在上述技術方案中，所述輔助設施5包括在激光對模具表面強化的加工中，輔助設施5指保護氣輸送裝置和光電檢測器，在加工中保護光束變換裝置4的激光轉換鏡片和檢測激光器出口是否出光；在快速成型加工中，輔助設施5指金屬粉輸送裝置，將金屬粉末輸送到激光加工區(qū)；在激光焊接加工中，輔助設施5是絲輸送裝置，將絲盤上的絲通過導管輸送到激光加工區(qū)。
與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果是本實用新型基于PROFIBUS現(xiàn)場總線通信原理，建立單主站通信方式，能快速簡潔地完成數(shù)據(jù)的實時傳輸，成本低，具有抗干擾能力強、易維護和管理、編制的程序易集成的特點。


圖1是本實用新型激光器數(shù)字化控制的激光柔性加工裝置結構示意圖；
圖2(a)是加工機器人3的整體結構圖；圖2(b)是圖2(a)中虛線圈中的腕部加工頭的放大結構圖；圖3是本實用新型一實施例的加工控制流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細描述實施例1本實施例的激光器數(shù)字化控制的激光柔性加工裝置，如圖1所示系統(tǒng)結構示意圖，包括控制用計算機1、激光器2、激光加工機器人3、光束變換裝置4，及其它輔助設施5。其中，激光器2為HAAS 2006D連續(xù)激光器，最大輸出功率為2000W；激光加工機器人3采用申請?zhí)?8101217.5的“一種具有柔性傳輸和多軸聯(lián)動的激光加工裝置”的多軸聯(lián)動機械部分，激光加工機器人3為五軸框架式機器人，有x移動軸21、y移動軸22、z移動軸23和A轉動軸25、C轉動軸26，框架24；其中，在z移動軸23的下端安裝一腕部加工頭，激光器輸出的激光通過光束變換裝置4和傳輸光纖傳輸?shù)皆撏蟛考庸ゎ^；通過五軸框架式機器人的各移動軸和轉動軸對腕部加工頭的位置和姿態(tài)進行控制。該腕部加工頭包括加工工具頭27和腕部手臂28，如圖2(a)、(b)所示；光束變換裝置4采用專利號98101217.5的的“一種具有柔性傳輸和多軸聯(lián)動的激光加工裝置”公開的光束變換器。
本實用新型的重點在于，在控制用計算機1上安裝有一現(xiàn)場總線卡6，所述激光器2上有一控制板，該控制板帶有與所述現(xiàn)場總線卡6對應的通信協(xié)議。
在本實施例中，激光器的數(shù)字化控制集成到整個激光柔性加工控制系統(tǒng)中，與激光執(zhí)行器件及輔助設施等協(xié)調運作以完成高精度制造任務。下面是上述激光器數(shù)字化控制的激光柔性加工裝置對覆蓋件模具表面強化為例說明系統(tǒng)的控制工作流程，流程圖見圖3所示。在加工面確定以后，控制系統(tǒng)完成初始化；首先將機器人運動到指定的加工點并在到位時發(fā)出到位信號；然后執(zhí)行步驟31檢測機器人運動到位信號；執(zhí)行步驟32判斷機器人是否到位如果否，則返回步驟31；如果是，則執(zhí)行步驟33開啟輔助設施，本實施例中輔助設施5是保護氣輸送裝置和光電檢測器，在加工中保護激光轉換鏡片和檢測激光器出口是否出光。輔助設施正常工作后，控制系統(tǒng)開始執(zhí)行步驟34使激光器出光到模具表面開始加工，激光器出光時間由預先設置的控制參數(shù)決定，激光器停光時探測器將向控制系統(tǒng)發(fā)出一個停光信號；在步驟34執(zhí)行同時，執(zhí)行步驟35利用探測器檢測激光器出口的激光，執(zhí)行步驟36判斷激光是否停止如果否，返回步驟35；如果是，則表明對當前點加工完畢，控制系統(tǒng)執(zhí)行步驟37使加工機器人運動到下一個加工點，然后重復步驟31繼續(xù)對下一點進行加工。
如圖1所示，本實施例中，將控制用計算機1通過局域網(wǎng)與其他計算機7相連，實現(xiàn)控制網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的融合。
實施例2在快速成型加工中，輔助設施5指金屬粉輸送裝置，開啟后將金屬粉末輸送到激光加工區(qū)。其它同實施例1。
實施例3在激光焊接加工中，輔助設施5是絲輸送裝置，開啟后將絲盤上的絲通過導管輸送到激光加工區(qū)。其它同實施例1。
權利要求1.一種激光器數(shù)字化控制的激光柔性加工裝置，包括控制用計算機(1)；與所述控制用計算機(1)連接的激光器(2)；與所述控制用計算機(1)連接的激光加工機器人(3)；與所述激光器(2)連接的光纖傳送和光束變換裝置(4)，對所述激光器(2)輸出的激光進行變換和傳輸?shù)剿黾す饧庸C器人(3)的加工頭，由加工頭利用激光對工件進行加工；輔助設施(5)；其特征在于，所述控制用計算機(1)包含一現(xiàn)場總線卡(6)，所述激光器(2)帶有與所述現(xiàn)場總線卡(6)對應的通信協(xié)議。
2.根據(jù)權利要求1所述的激光器數(shù)字化控制的激光柔性加工裝置，其特征在于，所述現(xiàn)場總線是指PROFIBUS現(xiàn)場總線。
3.根據(jù)權利要求1所述的激光器數(shù)字化控制的激光柔性加工裝置，其特征在于，所述輔助設施(5)是指用于激光對模具表面強化加工中保護光束變換裝置(4)的激光轉換鏡片的保護氣輸送裝置和用于檢測激光器出口是否出光的光電檢測器。
4.根據(jù)權利要求1所述的激光器數(shù)字化控制的激光柔性加工裝置，其特征在于，所述輔助設施(5)指用于在快速成型加工中將金屬粉末輸送到激光加工區(qū)的金屬粉輸送裝置。
5.根據(jù)權利要求1所述的激光器數(shù)字化控制的激光柔性加工裝置，其特征在于，所述輔助設施(5)指用于在激光焊接加工中將絲盤上的絲通過導管輸送到激光加工區(qū)的絲輸送裝置。
專利摘要本實用新型公開了一種基于PROFIBUS－DP現(xiàn)場總線的激光器數(shù)字化控制的激光柔性加工裝置。該系統(tǒng)包括控制用計算機、激光器、機械運動裝置或機器人、光纖傳送和光束變換裝置、及其他輔助設施；控制用計算機包含一現(xiàn)場總線卡，激光器帶有與所述現(xiàn)場總線卡對應的通信協(xié)議。本實用新型能快速簡潔地完成數(shù)據(jù)的實時傳輸，具有抗干擾能力強、易維護和管理、編制的程序易集成等特點。
文檔編號B23K26/00GK2801370SQ200520110798
公開日2006年8月2日 申請日期2005年6月28日 優(yōu)先權日2005年6月28日
發(fā)明者虞鋼, 張?zhí)壹t, 王立新, 王建倫, 寧偉健, 鄭彩云, 甘翠華, 崔春陽, 寧宏偉, 陳瑤 申請人:中國科學院力學研究所