專利名稱：一種激光再制造機器人工作頭的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及激光加工技術和機器人技術，具體為一種激光再制造機器人工作 頭。
背景技術：
激光加工機器人是激光技術和機器人技術高度集成的系統(tǒng)，目前仍處于發(fā)展階 段。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光學系統(tǒng)，整形聚焦后進入 激光工作頭。激光工作頭是負責激光與進給材料相結合并作用于被加工零件的關鍵部件， 根據(jù)用途不同選擇不同的激光工作頭，配用不同的材料進給系統(tǒng)。因此好的激光工作頭對 于提升激光加工機器人的性能有著重要的意義。傳統(tǒng)的激光加工工作頭主要用于普通的固定式激光加工機床進行激光切割、激光 焊接、激光淬火和激光熔覆等。在申請人檢索的范圍內，激光加工機器人的工作頭多用于激 光焊接和激光切割，而用于激光再制造機器人的工作頭還未見報道。

實用新型內容針對現(xiàn)有技術的不足，本實用新型擬解決的技術問題是提供一種激光再制造機 器人工作頭。該工作頭模塊化與激光再制造機器人配套設計，可以方便地與機器人連接，并 且位置可調，方便加工；同時工作頭集成有光纖耦合單元，可滿足機器人需要使用光纖激光 傳輸和加工的要求。本實用新型解決所述技術問題的技術方案是，設計一種激光再制造機器人工作 頭，其特征在于該工作頭包括機械連接的五大模塊連接機器人模塊、光纖輸入準直聚焦模 塊、鏡頭保護模塊、熔覆頭模塊和分粉送粉模塊，每個模塊均可單獨拆裝；連接機器人模塊 主要包括法蘭盤、固定座和壓蓋，法蘭盤的兩端分別與機器人手臂的末端和固定座連接，固 定座與壓蓋連接，壓蓋中含有導軌，通過調節(jié)可使壓蓋雙向滑動；光纖輸入準直聚焦模塊主要包括準直聚焦單元、水冷嘴、調焦螺母、水冷槽、透鏡 組、工作頭主體外殼和光纖接口 ；準直聚焦單元與壓蓋連接，準直聚焦單元附有水冷系統(tǒng)， 其水冷槽開在工作頭主體外殼內，水冷嘴為冷水一進一出對稱分布的兩個，光纖通過光纖 接口接入，透鏡組進行光束的變換，通過調焦螺母來調節(jié)出射激光的焦距；鏡頭保護模塊主要包括鏡頭保護單元和氣嘴；鏡頭保護單元與準直聚焦單元鏈 接；鏡頭保護單元橫向通有保護氣，保護氣的氣嘴對稱分布的兩個；熔覆頭模塊主要包括粉嘴、進粉口、進氣孔、內錐體、外錐體、進水口、粉腔和出粉 口 ；粉嘴與所述鏡頭保護單元螺紋連接；粉嘴上有一個進氣孔，兩個冷卻水口和至少一個 進粉口 ；粉嘴由內錐體和外錐體組成，內錐體和外錐體之間有粉腔；分粉送粉模塊.主要包括總粉管、分粉器、送粉器和外接氣管；分粉器通過壓蓋的 右側與連接機器人模塊連接，送粉器的進粉管與所述進粉口對應連接；外接氣管與進氣孔 連接。[0010]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型激光再制造機器人工作頭采用模塊化設計，共有五 大模塊，每個模塊均可單獨進行拆卸，可以方便地與激光再制造機器人連接，具有結構簡 單，調整容易，維護方便，加工質量穩(wěn)定等特點。

圖1為本實用新型激光再制造機器人工作頭一種實施例的總體結構示意圖。圖2為本實用新型激光再制造機器人工作頭一種實施例的主體結構剖視示意圖。
具體實施方式
下面結合實施例及其附圖進一步敘述本實用新型。本實用新型設計的激光再制造機器人工作頭(簡稱工作頭，參見圖1、2)，其特征 在于該工作頭包括機械連接的五大模塊連接機器人模塊1、光纖輸入準直聚焦模塊2、鏡 頭保護模塊3、熔覆頭模塊4和分粉送粉模塊5，每個模塊均可單獨拆裝；連接機器人模塊1 主要包括法蘭盤1-11、固定座1-12和壓蓋1-13，法蘭盤1-11的一端與機器人手臂的末端 6通過六個螺釘連接，法蘭盤1-11的另一端通過焊接方法與固定座1-12連接，固定座1-12 用四個螺栓與壓蓋1-13的左側連接，壓蓋1-13中含有導軌，通過調節(jié)四個螺栓的固定位置 可以使壓蓋1-13通過導軌進行雙向滑動，以方便連接和使用。連接機器人模塊1主要用來 與激光再制造機器人的手臂末端進行連接，從而固定激光再制造機器人的工作頭。光纖輸入準直聚焦模塊2主要包括準直聚焦單元2-21、水冷嘴2-22、調焦螺母 2-23、水冷槽2-24、透鏡組2-25、工作頭主體外殼2-26和光纖接口 2_27 ；準直聚焦單元 2-21與壓蓋1-13通過四個螺栓連接，并將所述連接機器人模塊1和光纖輸入準直聚焦模 塊2連接為一體，準直聚焦單元2-21附有水冷系統(tǒng)，其水冷槽2-24開在工作頭主體外殼
2-26內，水冷嘴2-22為冷水一進一出對稱分布的兩個，光纖通過光纖接口2-27接入，透鏡 組2-25進行光束的變換。可通過調焦螺母2-23來調節(jié)出射激光的焦距。該模塊主要用來 連接輸入光纖7，并通過準直聚焦單元與輸入光纖7進行耦合，形成加工激光束。鏡頭保護模塊3主要包括鏡頭保護單元3-31和氣嘴3-32 ；鏡頭保護單元3_31通 過其內螺紋與準直聚焦單元2-21的外螺紋鏈接，這意味著光纖輸入準直聚焦模塊2和鏡頭 保護模塊3的連接；鏡頭保護單元3-31橫向通有保護氣，保護氣的氣嘴3-32為對稱分布的 兩個。鏡頭保護模塊3用來對所述透鏡組2-25提供保護。熔覆頭模塊4主要包括粉嘴4-41、進粉口 4-42、進氣孔4-43、內錐體4-44、外錐體
4-45、進水口4-46、粉腔4-47和出粉口 4_48 ；粉嘴4_41通過其內螺紋與所述鏡頭保護單元
3-31的外螺紋連接，進而使鏡頭保護模塊3和熔覆頭模塊4之間連接在一起；粉嘴4-41上 有一個進氣孔4-43，兩個冷卻水口 4-46和至少一個進粉口 4-42，實施例為沿圓周均布的四 個進粉口 4-42 ；粉嘴4-41由內錐體4-44和外錐體4_45組成，內錐體4_44和外錐體4_45 之間有粉腔4-47。分粉送粉模塊5.主要包括總粉管5-51、分粉器5-52、送粉器5_53和氣管5_54 ； 分粉送粉模塊5的分粉器5-52通過壓蓋1-13與連接機器人模塊1連接，實施例的分粉器
5-52為四路設計，內部為四棱錐結構，分粉器5-52通過四個螺栓與所述壓蓋1-13的右側 連接，送粉器5-53有四個出粉管，且四個出粉管分別與所述四個進粉口 4-42對應連接。分粉送粉模塊5用來給熔覆頭提供金屬粉末，同時通過在進氣孔4-43的外接氣管5-54提供 平衡保護氣，粉末通過總粉管5-51分為四份進入分粉管，再通過對應的四個均布的進粉口 4-42進入粉腔4-47，粉腔4-47內部有旋流均粉器，可保證粉末流在粉腔4_47內形成均勻 環(huán)狀粉流，粉末則沿粉腔4-47由出粉口 4-48均勻噴出。本實用新型的5個模塊機械連接，其中，光纖輸入準直聚焦模塊2、鏡頭保護模塊 3、熔覆頭模塊4依次連接，構成工作頭主體，連接機器人模塊1和分粉送粉模塊5通過所述 壓蓋1-13分別安裝在工作頭主體的兩側。實施例的機器人手臂末端位于工作頭的左側， 且工作頭的中心軸線與機器人手臂末端的法線保持一定的夾角，以確保工作頭能與被加工 零件在各個方位保持垂直加工，避免產生干涉，提高了加工可靠性。實施例的所述夾角為 135°。本實用新型工作頭的工作原理和過程是激光進入準直聚焦單元2-21后，由透鏡 組2-25擴束聚焦，水冷槽2-24進行水冷；調節(jié)調焦螺母2-23可以改變透鏡組間距，從而改 變激光焦距；光纖輸入準直聚焦模塊2用來使聚焦激光束沿粉嘴4-41中心軸入射，金屬粉 末與載流氣體形成氣/粉兩相流，一并由出粉口 4-48同步噴出，形成同軸送粉，從而在激光 束和金屬粉末流匯聚焦點上，實現(xiàn)激光同軸熔覆修復加工。
權利要求一種激光再制造機器人工作頭，其特征在于該工作頭包括機械連接的五大模塊連接機器人模塊、光纖輸入準直聚焦模塊、鏡頭保護模塊、熔覆頭模塊和分粉送粉模塊，每個模塊均可單獨拆裝；連接機器人模塊主要包括法蘭盤、固定座和壓蓋，法蘭盤的兩端分別與機器人手臂的末端和固定座連接，固定座與壓蓋連接，壓蓋中含有導軌，通過調節(jié)可使壓蓋雙向滑動；光纖輸入準直聚焦模塊主要包括準直聚焦單元、水冷嘴、調焦螺母、水冷槽、透鏡組、工作頭主體外殼和光纖接口；準直聚焦單元與壓蓋連接，準直聚焦單元附有水冷系統(tǒng)，其水冷槽開在工作頭主體外殼內，水冷嘴為冷水一進一出對稱分布的兩個，光纖通過光纖接口接入，透鏡組進行光束的變換，通過調焦螺母來調節(jié)出射激光的焦距；鏡頭保護模塊主要包括鏡頭保護單元和氣嘴；鏡頭保護單元與準直聚焦單元鏈接；鏡頭保護單元橫向通有保護氣，保護氣的氣嘴對稱分布的兩個；熔覆頭模塊主要包括粉嘴、進粉口、進氣孔、內錐體、外錐體、進水口、粉腔和出粉口；粉嘴與所述鏡頭保護單元螺紋連接；粉嘴上有一個進氣孔，兩個冷卻水口和至少一個進粉口；粉嘴由內錐體和外錐體組成，內錐體和外錐體之間有粉腔；分粉送粉模塊.主要包括總粉管、分粉器、送粉器和外接氣管；分粉器通過壓蓋的右側與連接機器人模塊連接，送粉器的進粉管與所述進粉口對應連接；外接氣管與進氣孔連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的激光再制造機器人工作頭，其特征在于所述的粉嘴上有沿圓 周均布的四個進粉口 ；所述的分粉器為四路設計，內部為四棱錐結構；所述的送粉器有四 個出粉管，且四個出粉管分別與所述四個進粉口對應連接。
3.根據(jù)權利要求1所述的激光再制造機器人工作頭，其特征在于工作頭中心軸線與機 器人手臂末端法線的夾角為135°。
專利摘要本實用新型公開一種激光再制造機器人工作頭，其特征在于該工作頭包括機械連接的五大模塊連接機器人模塊、光纖輸入準直聚焦模塊、鏡頭保護模塊、熔覆頭模塊和分粉送粉模塊，每個模塊均可單獨拆裝；連接機器人模塊主要包括法蘭盤、固定座和壓蓋，法蘭盤的兩端分別與機器人手臂的末端和固定座連接，固定座與壓蓋連接，壓蓋中含有導軌，通過調節(jié)可使壓蓋雙向滑動；光纖輸入準直聚焦模塊、鏡頭保護模塊、熔覆頭模塊依次連接，構成工作頭主體，連接機器人模塊和分粉送粉模塊通過所述壓蓋分別安裝在工作頭主體的兩側。
文檔編號B23K26/00GK201685029SQ20102019992
公開日2010年12月29日 申請日期2010年5月24日 優(yōu)先權日2010年5月24日
發(fā)明者劉立峰, 張海明, 張燁, 張要武, 楊洗陳 申請人:天津工業(yè)大學