[发明专利]材料加工低惯性激光扫描端部执行器操纵装置

说明书

本发明提供了一种设备，所述设备包括具有静止的基部的机器人操纵器和由所述机器人操纵器致动的端部执行器，其中所述端部执行器与工件相邻。扫描激光头部单元包括激光器和光学组件，所述光学组件被构造成用于在所述工件上移动激光束。控制单元被构造成用于移动所述机器人操纵器，使得所述端部执行器的移动跟踪所述激光束的移动。

相关专利申请的交叉引用

本申请要求提交于2012年12月20日的美国临时专利申请61/740,340的权益，所述专利申请的公开内容的全文以引用方式并入本文。

背景技术

激光可用于多种工业制造工艺，包括(例如)切割、钻孔、加工和划刻。为在非扫描(悬空式光学)激光工艺中移动激光束，激光光学件相对于被加工的工件移动，并且激光束相对于工件的取向保持不变。相比之下，扫描激光工艺利用操纵技术将所需的激光光点轨线描绘(扫描)到工件上。在扫描工艺中，激光束离去角使用相对于被加工的工件保持固定的光学组件来加以改变。在扫描工艺中，激光束的取向为光束的光点轨线的随时间变化的函数。

发明内容

一般来讲，本发明涉及一种用于结合扫描激光系统实现高度动态局部工件加工的方法和设备。所述设备利用低惯性机器人机构来驱动低质量局部端部执行器，所述端部执行器在工件上跟踪扫描的激光输出。用于机器人机构的致动器(例如，重型马达)保持静止，从而只需要端部执行器和机器人操纵器在工件上移动并且跟踪激光束。此构造产生最小系统惯性，从而使端部执行器对高度动态扫描光束的精确跟踪成为可能。这些低惯性扫描系统提供具有足够的加速度和速度的局部工件加工，使得对工艺吞吐量的影响最小化。工件因此可以高速度激光转换同时保持产品品质。

在一个实施例中，本发明涉及一种设备，所述设备包括：机器人操纵器，所述机器人操纵器具有静止的基部；端部执行器，所述端部执行器由所述机器人操纵器致动，其中所述端部执行器与工件相邻；扫描激光头部单元，所述扫描激光头部单元包括激光器和光学组件，所述光学组件被构造成用于在所述工件上移动激光束；和控制单元，所述控制单元被构造成用于移动所述机器人操纵器，使得所述端部执行器的移动跟踪所述激光束的移动。

在另一个实施例中，本发明涉及一种系统，所述系统包括选自三角式机器人(delta robot)和缆线悬挂式机器人的机器人操纵器，其中所述机器人操纵器包括静止的基部。端部执行器附接到所述机器人操纵器，其中所述端部执行器与工件的样本区域相邻，并且其中所述端部执行器选自以下中的至少一者：碎片管理设备、光学元件、传感器、辐射发射器和材料分配器。端部执行器供应系统连接到所述端部执行器；和相对于所述工件固定的扫描激光头部单元，其中所述激光扫描单元包括激光器和检流计扫描仪，所述检流计扫描仪被构造成用于将激光束移动至所述工件的所述样本区域中的位置。所述系统还包括控制单元，所述控制单元被构造成用于将所述机器人操纵器移动到距所述工件的所述样本区域中的所述激光束的所述位置±5毫米的距离内。所述控制单元包括轨线生成模块，所述轨线生成模块基于激光轨线和参数生成供激光控制模块控制所述激光束的功率信号、供激光头部单元控制模块控制所述扫描激光头部单元的轨线数据和供机器人操纵器控制模块致动所述机器人操纵器的机器人位置数据。

在另一个实施例中，本发明涉及一种用于碎片管理的方法，所述方法包括：在材料幅材之上安装扫描激光头部单元，其中所述扫描激光头部单元包括激光器和检流计扫描仪，所述检流计扫描仪被构造成用于在所述材料的表面上移动激光束；在所述幅材上安装选自三角式机器人和缆线悬挂式机器人的机器人操纵器；其中所述机器人操纵器已附接有碎片管理设备；以及移动所述机器人操纵器和碎片管理喷嘴以跟踪所述激光束并且从所述表面移除碎片。