[发明专利]一种机器人专用超声应力场-激光热场复合滚压装置

权利要求书

1.一种机器人专用超声应力场-激光热场复合滚压装置，其特征在于，包括六维力传感器、超声波发生组件、超声波控制组件、激光热场发生组件、激光热场控制组件、复合滚压总控制器；所述六维力传感器通过定制高刚度连接法兰固定安装在重载型机器人第六关节末端，用以判断接触发生并监控滚压加工全过程的滚压力；所述超声波发生组件通过连接件和保护外壳固定在所述六维力传感器的另一端面法兰上，用以生成并放大超声波振动；所述激光热场发生组件固定连接在超声波发生组件的保护外壳上，用以为待滚压区域进行局部加热；所述激光热场控制组件与所述超声波控制组件全部固定安装在复合滚压总控制柜中，用以控制复合滚压过程中的机构动作与工艺参数；

所述激光热场发生组件由激光发生器、光缆、高精度直线运动单元以及激光头组成；所述激光发生器固定安装在重载型工业机器人第三轴上，其通过光缆与激光头连接，将激光送入激光头，所述高精度直线运动单元包括伺服电机与工业直线导轨，单元整体固定安装在超声波发生组件的保护外壳上，用以精确控制激光束焦点位置，其上的可动滑块与所述激光头通过铰支座可动连接，可通过人工调节铰支座松紧螺栓对激光头的俯仰角进行微调，使焦点位置恰好处于滚压头前方；

所述激光热场控制组件包括红外测温仪和激光热场控制器；所述红外测温仪固定安装在超声波发生组件的保护外壳上，其测温范围包括激光焦点处；所述激光热场控制器根据红外测温仪反馈回的实测温度数据，算法处理后自主调节激光功率和通过控制高精度直线运动单元的伺服运动控制焦点位置，进而控制激光热场的局部温度，实现温度场稳定在用户设定阈值范围内的超声滚压。

2.根据权利要求1所述的机器人专用超声应力场-激光热场复合滚压装置，其特征在于，所述超声波发生组件包括压电陶瓷堆、变幅杆、可更换滚压头；所述压电陶瓷堆由根据超声滚压工艺要求优选所得的多片压电陶瓷压紧组成，用以将所述超声波控制组件中超声电源输出的电能转化为超声振动的机械能；所述变幅杆根据超声振幅的需求利用仿真与计算设计为特定结构形状，并通过双头螺栓与换能器刚性连接，用以放大超声振动振幅；所述可更换滚压头可更换安装在超声波发生组件的超声波输出端，可根据不同的工艺要求更换不同形状、不同材质、不同硬度的滚压头对待滚压区域进行滚压加工。

3.根据权利要求1所述的机器人专用超声应力场-激光热场复合滚压装置，其特征在于，所述超声波控制组件包括超声波发生电源和超声控制器，所述超声波发生电源将220V标准电压转化为可激励压电陶瓷产生振动的特定电压，所述超声控制器具备两个模式，分别是手动模式和自动模式，在手动模式时，超声控制器上的旋钮可以精确控制超声波发生电源输出的电压和电流，进而控制超声波发生组件的振动频率和振幅，并通过其上的液晶显示屏进行显示，用以实时向操作人员反馈当前控制信息；在自动模式下，超声控制器可通过Ethernet接收外部的控制指令，通过程序控制超声波发生组件的振动频率、振幅以及冷却液的供给，并将控制结果以通信的形式反馈回去。

4.根据权利要求1所述的机器人专用超声应力场-激光热场复合滚压装置，其特征在于，所述复合滚压总控制器作为上位机根据内置的超声应力场-激光热场辅助滚压专家系统自动规划零件的加工工艺流程，通过向机器人控制系统发送满足复合滚压需求的机器人运动控制指令，同时依照滚压工艺需求向超声波控制组件、激光热场控制组件传输推荐的工艺参数，根据六维力传感器传回的滚压力信号实时监测滚压过程工艺阶段，即通过复合滚压总控制器协调控制复合滚压加工各组件和机器人。