專利名稱：一種激光加工技術中的三維并聯(lián)機構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種激光加工技術中的三維并聯(lián)機構，主要用于激光加工過程中對激光光頭的空間位置和姿態(tài)進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)激光三維精確加工。
背景技術：
目前，在激光加工過程中，為了達到較高的加工精度，對激光光頭的空間位姿進行調(diào)節(jié)是激光加工工藝所必需的，特別是對于表面是空間曲面的被加工工件進行三維精加工就更重要，現(xiàn)在擁有的技術一般都是采取懸臂式或龍門式等調(diào)節(jié)機構來調(diào)節(jié)激光光頭的空間位姿，現(xiàn)有技術存在著如下的一些不足1、無法實現(xiàn)全三維精確加工；2、加工過程中勞動強度大；3、機構體積大，且使得加工空間范圍受限制。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術中存在的不足，本實用新型提供一種激光加工技術中的三維并聯(lián)機，該三維串聯(lián)機構不僅可以大幅度精確自動調(diào)節(jié)激光光頭在空間的位姿，實現(xiàn)激光加工的精確加工，而且控制技術已相當成熟，結(jié)構簡單。
本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是在仿真機構中，廣泛應用的的6-6型斯得沃特平臺是本技術方案的實施基礎，斯得沃特平臺實際上就是一種6自由度空間并聯(lián)運動機構，結(jié)構上由6個作動筒將兩個6邊形臺架用球鉸或虎克鉸聯(lián)結(jié)起來，下臺架固定，上臺架活動，由斯得沃特平臺原理可以知道，上臺架的每一質(zhì)點均擁有6個自由度(x，y，z，ωx，ωy，ωz)，其中ωx，ωy，ωz分別是該質(zhì)點相對X、Y和Z軸的轉(zhuǎn)動速度，也就是說上臺架上任一質(zhì)點的空間狀態(tài)均取決于該6個自由度(x，y，z，ωx，ωy，ωz)，斯得沃特平臺通過控制系統(tǒng)可以使上臺架到達空間任一位置，該優(yōu)勢正好為我們控制激光光頭所需要，故將斯得沃特平臺進行一些變形后作為本實用新型的技術解決方案；首先，由于斯得沃特平臺的空間運動范圍受作動筒的筒長限制，所以使斯得沃特平臺倒立后將固定臺架安裝在導軌上，導軌可以滑動，同時固定臺架也可沿導軌滑動，帶動斯得沃特平臺整體滑動，從而實現(xiàn)斯得沃特平臺整體在較大范圍空間運動，其次，將激光光頭通過光頭支撐桿安裝在活動臺架中心，由作動筒的伸縮或旋轉(zhuǎn)帶動活動臺架運動，從而實現(xiàn)激光光頭在小范圍內(nèi)的位置和姿態(tài)變化，最后，根據(jù)加工的需要和機構精簡因素，特殊情況下可以將對稱的6個作動筒簡化為3個對稱作動筒，與活動臺架的鉸接點構成一個三角形，該形式實際上是6-6型斯得沃特平臺的一種特殊情況，記其為3 3型斯得沃特平臺，其控制系統(tǒng)原理沒變；如果建立坐標系在導軌的固定端，由斯得沃特平臺機構原理、空間運動學原理以及空間幾何關系，可以求解出任一時刻激光光頭以及活動臺架上中心點的空間位置坐標，光頭支撐桿的空間姿態(tài)也就確定了；因此，根據(jù)被加工工件的空間曲面解出激光光頭需要運動的軌跡曲線和光頭支撐桿空間姿態(tài)矩陣，即可由斯得沃特平臺機構反解出控制矩陣，計算機控制系統(tǒng)據(jù)此控制激光光頭的空間位置和光頭支撐桿空間姿態(tài)，對工件實施三維精加工。
整個機構的控制系統(tǒng)包括三部分a、斯得沃特平臺作動筒運動的控制部分；b、整個斯得沃特平臺沿導軌滑動的控制部分；c、滑軌自身滑動的控制部分；由于后兩者涉及到的是平動，斯得沃特平臺作動筒的運動相對于固定臺架一樣是斯得沃特平臺機構運動，所以后二者的運動控制疊加進入斯得沃特平臺控制系統(tǒng)即可，用到的控制技術在目前已相當成熟。
本實用新型的有益效果是，不僅可以大幅度精確調(diào)節(jié)激光光頭空間位姿，實現(xiàn)三維精確加工，而且控制技術已相當成熟，結(jié)構簡單。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。


圖1是本實用新型第一個實施例示意圖。
圖2是本實用新型第二個實施例示意圖。
圖中1.固定臺架，2.滑軌，3.作動筒，4.活動臺架，5.光頭支撐桿，6.機械光纖，7.激光光頭。
具體實施方式
在圖1所示的實施例中，AB段滑軌(2)可以沿圖中所示方向滑動，固定臺架(1)安裝在導軌上，可以如圖中方向沿導軌滑動，固定臺架上鉸裝有六個對稱的作動筒(3)，6個鉸裝點構成六邊形abcdef，六個作動筒(3)的另一端分別鉸接活動臺架(4)，鉸接點構成六邊形a′b′c′d′e′f′， 固定臺架(1)、六個對稱的作動筒(3)和活動臺架(4)一起組成一個倒立的6-6型斯得沃特平臺，該斯得沃特平臺整體在控制系統(tǒng)的驅(qū)動下可以沿導軌任意滑動，同時導軌自身也可以滑動，在六邊形活動臺架a′b′d′e′f′的中心安裝光頭支撐桿(5)，光頭支撐桿(5)的末端安裝激光光頭(7)，機械光纖(6)穿過光頭支撐桿(5)將激光光束送到激光光頭(7)，整個并聯(lián)機構空間位置關系參見空間坐標系OXYZ。
在圖2所示的另一個實施例中，取圖1所示的實施例ab＝0，cd＝0，ef＝0，六作動筒變成三作動筒形式，即將第一個實施例中采用的倒立的6-6型斯得沃特平臺變形為倒立的3-3型斯得沃特平臺，是本實用新型第二個實施例，其他運動形式和連接形式等不變，空間位置關系參見空間坐標系OXYZ。
本實用新型可以根據(jù)具體加工需要和工藝要求確定機構比例尺寸，采用不同的控制系統(tǒng)來實現(xiàn)運動控制。
權利要求1.一種激光加工技術中的三維并聯(lián)機構，主要由一個導軌和一個倒立斯得沃特平臺組成，根據(jù)加工的需要和機構精簡因素，斯得沃特平臺可以采用6-6型或經(jīng)過變形后的3-3型，其特征是斯得沃特平臺的固定臺架安裝在滑軌上，激光光頭用光頭支撐桿安裝在斯得沃特平臺的活動臺架中心。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種激光加工技術中的三維并聯(lián)機構，其特征是倒立的斯得沃特平臺通過圓定臺架安裝在滑軌上。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種激光加工技術中的三維并聯(lián)機構，其特征是滑軌與固定支架滑動連接，固定臺架與滑軌滑動連接。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種激光加工技術中的三維并聯(lián)機構，其特征是斯得沃特平臺可以采用兩種形式6-6型斯得沃特平臺或3-3型斯得沃特平臺，作為在小范圍內(nèi)對激光光頭空間位置和姿態(tài)調(diào)節(jié)的機構。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種激光加工技術中的三維并聯(lián)機構，其特征是激光光頭用光頭支撐桿安裝在斯得沃特平臺的活動臺架中心。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種激光加工技術中的三維并聯(lián)機構，其特征是整個機構的控制系統(tǒng)包括三部分斯得沃特平臺作動筒運動的控制部分、整個斯得沃特平臺沿導軌滑動的控制部分和滑軌自身滑動的控制部分。
專利摘要一種激光加工技術中的三維并聯(lián)機構，主要用于激光加工過程中對激光光頭的空間位置和姿態(tài)進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)激光精確加工。該機構主要由一個導軌和一個倒立的斯得沃特平臺組成，斯得沃特平臺的固定臺架安裝在導軌上，激光光頭用光頭支撐桿安裝在斯得沃特平臺活動臺架中心；在控制系統(tǒng)的控制下，導軌自身滑動，固定臺架沿導軌滑動，從而帶動整個斯得沃特平臺大范圍運動，同時斯得沃特平臺的作動筒運動在小范圍內(nèi)調(diào)節(jié)著激光光頭的空間位置和姿態(tài)，三者運動的共同結(jié)果決定激光光頭的空間位置和姿態(tài)，對工件實施三維精確加工。
文檔編號G05B19/00GK2712529SQ20032011622
公開日2005年7月27日 申請日期2003年12月5日 優(yōu)先權日2003年12月5日
發(fā)明者張向明, 楊俠 申請人:張向明, 楊俠