间位置，使聚焦镜12与扫描面的垂直距离始终保持为聚焦镜12的焦距大小；并结合上层软件生成的扫描路径，共同决定机械手末端的运动路径和姿态角，从而提高扫描的精确度。本实施例中，所述激光头高度检测装置11采用红外线检测仪，也可以采用其他可以检测激光头20与扫描面之间距离的装置，如位置传感器等。
[0029]如图3，所述送粉系统包括环设于激光头20外部的多个送粉装置，即各送粉装置同轴设于激光头20四周，送粉装置的喷粉方向与激光束19成一夹角，各送粉装置的的喷粉方向与激光束19的夹角应相同且保证各粉末束聚合于一点，该聚合点正好在熔化面上。优选地，所述送粉装置为4个。其中，所述送粉装置包括喷头粉腔17和设于所述喷头粉腔17内的推粉活塞14 ;所述喷头粉腔17 —端连接有粉末喷头21，另一端连接有送粉管15，所述喷头粉腔17与所述送粉管15之间设有粉腔入口阀门16，所述喷头粉腔17与所述粉末喷头21之间设有粉腔出口阀门18 ;所述推粉活塞14连接有活塞推动装置13，所述送粉管15连接有粉箱。优选地，所述活塞推动装置13包括与所述推粉活塞14连接的复位弹簧，所述复位弹簧连接有一推动杆；所述送粉系统还包括第二驱动电机，所述第二驱动电机输入端与所述数控系统连接，所述各推动杆分别与所述第二驱动电机的输出端连接。所述第二驱动电机驱动各推动杆同步运动，从而保证在激光头20的各个位姿上送粉量是恒定的。
[0030]实际使用时，可根据需要设置一喷粉调节装置来调节各送粉装置与激光束19之间的夹角。所述喷粉调节装置包括第三驱动电机，所述第三驱动电机输入端与所述数控系统连接，所述各送粉装置分别与所述第三驱动电机输出端连接。所述第三驱动电机驱动各送粉装置同步运动，使得各送粉装置的倾斜角度相同，从而保证各送粉装置的粉末束聚合于一点。
[0031]所述送粉系统的工作原理是:粉腔入口阀门16打开，粉箱中的粉末通过送粉管15进入喷头粉腔17内暂时储存，加满之后粉腔入口阀门16关闭，粉腔出口阀门18打开，推粉活塞14在活塞推动装置13的作用下以一定的速度推动粉末从粉末喷头21喷出。当喷头粉腔17中的粉末用完之后，粉腔出口阀门18关闭，推粉活塞14回退，粉腔入口阀门16打开，开始进粉。
[0032]以下为具体实施例:
[0033]如图4-图6，需要加工的零件由一个大尺寸薄壁圆柱22和两个小薄壁圆柱(23，24)组成，两两垂直。如果采用现有的设备制造，必须要添加支撑，并且单层截面面积较大，扫描线较长。以下为采用本实施例提供的用于金属快速成型的全自由度机械手装置来加工该零件的步骤:
[0034](I)分析成型零件的结构，可以分为3个部件。第一部分是沿Z轴方向的大尺寸薄壁圆柱22，第二部分是沿X轴方向的小薄壁圆柱23，第三部分是沿-Y轴方向的小薄壁圆柱24。因此这三个部件的扫描方向分别设为:-Z、-X、Y。
[0035](2)利用现有的软件对CAD文件进行分析。对每一个部件进行切片处理，三个部件的切片方向分别为:X-Y平面、Y-Z平面和Z-X平面。每一层切片均包含截面的几何信息，生成扫描路径。
[0036](3)结合激光束19的焦距和激光头20的位姿，确定机械手末端的移动路径。使得扫描过程中激光头20方向与每个部件的扫描方向一致，并且激光头20到扫描面的距离始终保持为焦距大小。
[0037](4)如图4所示，扫描部件一，即沿Z轴正方向的大尺寸薄壁圆柱22。调整激光光头沿-Z轴方向，设置合理的扫描参数，从Z=O的平面开始，沿Z轴正方向逐层扫描。
[0038](5)如图5所示，扫描部件二，即沿X轴正方向的小尺寸薄壁圆柱23。调整激光光头沿-X轴方向，设置合理的扫描参数，从与大尺寸薄壁圆柱22相接的位置开始，沿X轴正方向逐层扫描。
[0039](6)如图6所示，扫描部件三，即沿Y轴负方向的小尺寸薄壁圆柱24。调整激光光头沿Y轴方向，设置合理的扫描参数，从与大尺寸薄壁圆柱22相接的位置开始，沿Y轴负方向逐层扫描。
[0040](7)整个零件扫描完成之后，取出零件，进行简单的后处理。
[0041]本实用新型实施例具有以下有益效果:相较于现有的采用振镜扫描方式和导轨移动方式，本实用新型通过采用五自由度机械手，可以从多方向多角度进行熔化扫描工作，减少成型过程中支撑的需求，有效提高了成型过程的灵活性；工作缸和夹具可以完全固定，所有工作都由机械手完成，从而提尚了成型的稳定性，有效提尚广品质量。
[0042]本实用新型实施例的进一步有益效果是:相较于现有的采用铺粉辊的铺粉方式，本实用新型通过采用同轴送粉的方式，占用空间小，粉末束的聚拢程度高，有效提高了粉末材料的利用率，节约粉末用量，缩短铺粉时间，提高生产效益。
[0043]本实用新型实施例的进一步有益效果是:激光头20、激光光路系统和送粉系统均设置在机械手上，因而机械手可以完成移动、送粉和熔化的一体化操作，有效提高工作效率和产品质量。所有工作都通过数控系统控制，可靠性高。
[0044]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种用于金属快速成型的全自由度机械手装置，包括激光头、激光头定位系统、激光光路系统和送粉系统，所述激光头与所述激光光路系统连接，其特征在于:所述激光头定位系统包括一个五自由度机械手，所述五自由度机械手包括依次连接的第一旋转关节、第二旋转关节、第三旋转关节、第四旋转关节和第五旋转关节，所述第五旋转关节的输出端与所述激光头连接，所述五个旋转关节分别连接一台第一驱动电机；所述全自由度机械手装置还包括数控系统，所述各第一驱动电机分别与所述数控系统连接。
2.根据权利要求1所述的用于金属快速成型的全自由度机械手装置，其特征在于:所述第一旋转关节的轴线垂直于所述第二旋转关节的轴线，所述第二旋转关节的轴线平行于所述第三旋转关节的轴线，所述第三旋转关节的轴线垂直于所述第四旋转关节的轴线，所述第四旋转关节的轴线垂直于所述第五旋转关节的轴线。
3.根据权利要求2所述的用于金属快速成型的全自由度机械手装置，其特征在于:所述五自由度机械手还包括第一臂杆、第二臂杆、第一连杆和第二连杆，所述第二臂杆和第一连杆同轴设置；所述第一臂杆分别与所述第二旋转关节和第三旋转关节连接，所述第二臂杆分别与所述第三旋转关节和第四旋转关节连接，所述第一连杆分别与所述第四旋转关节和所述第五旋转关节连接，所述第二连杆分别与所述第五旋转关节和所述激光头连接；所述五自由度机械手包括五个自由度，所述五个自由度分别为，所述第一旋转关节水平旋转，所述第一臂杆升降，所述第二臂杆升降，所述第一连杆旋转，所述第二连杆升降。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于金属快速成型的全自由度机械手装置，其特征在于:所述激光光路系统包括光纤软管和聚焦镜，所述光纤软管输入端连接有激光光源，所述光纤软管输出端与所述激光头连接，所述聚焦镜设于所述光纤软管输出端与所述激光头之间。
5.根据权利要求4所述的用于金属快速成型的全自由度机械手装置，其特征在于:所述光纤软管设于所述五自由度机械手内。
6.根据权利要求4所述的用于金属快速成型的全自由度机械手装置，其特征在于:所述激光光路系统还包括激光头高度检测装置，所述激光头高度检测装置设于所述光纤软管输出端与所述聚焦镜之间，所述激光头高度检测装置与数控系统连接。
7.根据权利要求6所述的用于金属快速成型的全自由度机械手装置，其特征在于:所述激光头高度检测装置为红外线检测仪。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的用于金属快速成型的全自由度机械手装置，其特征在于:所述送粉系统包括环设于激光头外部的多个送粉装置。
9.根据权利要求8所述的用于金属快速成型的全自由度机械手装置，其特征在于:所述送粉装置包括喷头粉腔和设于所述喷头粉腔内的推粉活塞；所述喷头粉腔一端连接有粉末喷头，另一端连接有送粉管，所述喷头粉腔与所述送粉管之间设有粉腔入口阀门，所述喷头粉腔与所述粉末喷头之间设有粉腔出口阀门；所述推粉活塞连接有活塞推动装置。
10.根据权利要求9所述的用于金属快速成型的全自由度机械手装置，其特征在于:所述活塞推动装置包括与所述推粉活塞连接的复位弹簧，所述复位弹簧连接有一推动杆；所述送粉系统还包括第二驱动电机，所述第二驱动电机输入端与所述数控系统连接，所述各推动杆分别与所述第二驱动电机的输出端连接。
【专利摘要】本实用新型涉及一种用于金属快速成型的全自由度机械手装置，包括激光头、激光头定位系统、激光光路系统和送粉系统，激光头与激光光路系统连接，激光头定位系统包括一个五自由度机械手，所述五自由度机械手包括依次连接的第一旋转关节、第二旋转关节、第三旋转关节、第四旋转关节和第五旋转关节，第五旋转关节的输出端与激光头连接，五个旋转关节分别连接一台第一驱动电机；所述全自由度机械手装置还包括数控系统，各第一驱动电机分别与数控系统连接。本实用新型通过采用五自由度机械手，可以从多方向多角度进行熔化扫描工作，减少成型过程中支撑的需求，有效提高了成型过程的灵活性和成型的稳定性，有效提高产品质量。
【IPC分类】B25J9-00, B25J9-08, B22F3-105
【公开号】CN204396873
【申请号】CN201520000502
【发明人】徐恬
【申请人】中冶南方工程技术有限公司
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年1月4日