CN214558380U - 可快速将机械手臂定位到三维坐标***的激光加工*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种可快速将机械手臂定位到三维坐标***的激光加工***，包括一激光加工机，用于发射激光光束以进行加工；一校正模组安装在激光加工机上的一加工振镜的外部；校正模组的下表面安装三个探针为可伸缩的结构；三个探针的摆设面形成二维平面；在测试时三个探针的针尖位于同一水平面上，且校正模组也在水平面上；一机械手臂包括一夹持件用于夹持工件，使得该激光加工机可将激光投射在该工件上；测试时该夹持件夹持一测试板，令该测试板近接该三个探针而顶抵该三个探针；应用各探针的压缩长度调整该机械手臂的夹持件夹持测试板的角度，重复上述的测试及角度调整，直到三个探针受到顶抵时其压缩长度相同，则表示测试板已在水平面。

Description

可快速将机械手臂定位到三维坐标***的激光加工***

技术领域

本实用新型涉及有关于激光加工，尤其涉及一种可快速将机械手臂定位到三维坐标***的激光加工***。

背景技术

激光加工机是应用激光光束经过透镜的处理达到高度聚焦后，在激光加工物件上应用激光光束达到加工、除料、切割或雕刻的目的。一般将加工物件置于一滑台上。再应用马达***控制该滑台的移动及转动，将该滑台移动到适合加工的位置以进行加工作业。其中主要是由电脑装置先计算加工坐标，再控制该激光加工机进行加工。

但是在很多的应用中将加工物件置于一机械手，但是因为机械手的移动空间其范围相当大，再者机械手本身的定位也并非固定着，所以当机械手夹持加工物件时，所夹持物件的坐标跟激光振镜所发射的激光坐标存在很大的误差，如果不对此误差进行校正，则电脑装置所计算的坐标与激光加工机的实际加工点会有误差，所以最后在加工物件上所产生的图形会出现扭曲，而使得加工物件最后的加工图案无法符合预期的结果

故本发明希望提出一种崭新的可快速将机械手臂定位到三维坐标***的激光加工***，以解决上述现有技术上的缺陷。

实用新型内容

所以本发明的目的为解决上述现有技术上的问题，本发明中提出一种可快速将机械手臂定位到三维坐标***的激光加工***，可以快速定位机械手臂所夹持的测试板的水平方位、以及将该测试板在该水平方位下可以对齐激光加工机的加工振镜的坐标，并且通过摄影焦距决定装置决定该加工振镜的焦距及焦点。所以在实现物件加工时，可以应用本发明所量测的测试板水平方位、对齐该水平方位下该测试板的坐标、该加工振镜的焦距及焦点，而可以很快速的将该机械手臂调整到所需要的位置，使得该机械手臂在实际工作时所夹持的工件可以得到精准的激光加工。

为达到上述目的，本实用新型提出一种可快速将机械手臂定位到三维坐标***的激光加工***，包括一激光加工机，用于发射激光光束以进行加工之用；其中各激光加工机配置有加工振镜，加工振镜用于在X、Y、Z轴方向移动到所需要的位置，以将激光光投射出去而达到加工的目的；一激光加工控制器，激光加工控制器连接该激光加工机；该激光加工控制器用于接收所欲加工的坐标资料，并控制对应的激光加工机，以在该工件上进行所需要的加工作业；一校正模组，安装在该激光加工机的加工振镜的下方；其中该校正模组的中心有一空洞，该空洞对准该加工振镜的下方，使得由该加工振镜所发出的激光可以经过该空洞而投射在所欲加工的物件上；该校正模组的下表面安装三个探针，其为可伸缩的结构；该三个探针的摆设面形成二维平面；在测试时使得该三个探针的针尖位于同一水平面上，且该校正模组也在水平面上；一机械手臂，该机械手臂包括一夹持件，在工作时该夹持件用于夹持工件，使得该激光加工机的加工振镜可以将激光光投射在该工件上；在测试时，该机械手臂系应用该夹持件夹持一测试板以作为决定水平面之用；其中该测试板的上表面为一平坦的上平板；以及其中在测试时该机械手臂应用该夹持件夹持该测试板，并令该测试板近接该校正模组下表面的该三个探针；该三个探针受到该测试板的顶抵时会适当地往上缩；其中应用各探针的压缩长度调整该机械手臂的该夹持件的角度，而改变该夹持件夹持该测试板的角度，重复进行上述的测试及角度调整，直到该三个探针受到顶抵时其压缩长度相同，则表示该测试板已在水平面。

优选的，各探针安装有感测器，用于感测各探针的压缩长度。

进一步优选的，该激光加工***还包括一控制处理器；其中该机械手臂还包括一夹持方位控制器，用于调整该机械手臂的夹持方位；该控制处理器连接各探针的该感测器及该机械手臂的该夹持方位控制器；

其中在测试时，当该三个探针受到该测试板的顶抵时，各探针的感测器会感测到各探针的压缩长度，并且将各探针的压缩长度传送到该控制处理器。

优选的，该三个探针位于一L型路径上的两端及转角处，该L型路径的转角为直角。

优选的，该测试板的上表面的上平板有一个二维沟槽，通过调整该测试板的方位而使得该三个探针全部落入该二维沟槽时即表示该测试板其水平面的坐标重叠该加工振镜的坐标。

进一步优选的，该二维沟槽的深度均相同，当三个探针均落入该二维沟槽时，则表示已经对准X坐标及Y坐标。

进一步优选的，该二维沟槽为L型的沟槽。

优选的，该激光加工***还包括一垂直坐标校准器，该垂直坐标校准器信号连接该机械手臂，该垂直坐标校准器用于校正垂直坐标，使得该测试板可以位于激光投射的焦点上；

其中该垂直坐标校准器包括一摄影焦距决定装置，用于决定该加工振镜与该测试板之间的距离；其中该摄影焦距决定装置包括一摄影机，用于摄录该测试板的影像；当该机械手臂所夹持的测试板沿着激光射出路径上下挪动，而使得该摄影机所输入的影像所测得的激光光照范围达到最小时，该测试板所在的高度即为焦点的位置，该焦点与该加工振镜中激光射出点之间的距离即为焦距。

优选的，当该机械手臂以不旋转的方式平移，而使得该测试板正刚同时碰到该校正模组的三个探针时，该三个探针的顶点构成第一平面；其中当该测试板沿着其自身的X轴转动一角度，使得该测试板正刚同时碰到该校正模组的三个探针时，该三个探针的顶点构成第二平面；其中该第一平面及该第二平面的交线即为在该校正模组处所观察的该测试板的X轴；其中当该测试板对其自身的Y轴旋转，通过与上述相同的方式得到在该校正模组处所观察的该测试板的Y轴。

优选的，该校正模组位于该加工振镜的下方、前方、后方、左方或右方。

优选的，该校正模组位于该加工振镜的下方，该校正模组的中心有一空洞，该空洞对准该加工振镜的下方，使得通过该加工振镜所发出的激光能够经过该空洞而投射在所欲加工的物件上。由下文的说明可更进一步了解本发明的特征及其优点，阅读时并请参考附图。

附图说明

图1显示本实用新型的主要元件组合示意图；

图2显示图1的底侧视角的示意图；

图3显示本实用新型的探针、感测器、控制处理器及机械手臂的连接架构示意图；

图4显示本实用新型的探针的配置方式的平面示意图；

图5显示本实用新型的另一元件组合示意图；

图6显示本实用新型的激光加工机、垂直坐标校准器及机械手臂的连接架构示意图；

图7A显示本实用新型的激光光在测试板上所投射的激光光照范围的一示意图；

图7B显示本实用新型的激光光在测试板上所投射的激光光照范围的另一示意图；

图7C显示本实用新型的激光光在测试板上所投射的激光光照范围的又一示意图；

图8A显示本实用新型的另一种对齐X轴及Y轴的方法中，三个探针正刚碰到该测试板的示意图；

图8B显示本实用新型的另一种对齐X轴及Y轴的方法中，该测试板沿着自身的X轴进行旋转的示意图；

图9显示本实用新型的校正模组的另一配置位置的示意图。

附图标记说明

10、激光加工机；12、加工振镜；15、校正模组；40、机械手臂；

41、夹持件；42、测试板；44、探针；45、感测器；

48、夹持方位控制器；50 、摄影焦距决定装置；

52、摄影机；54、比对器；55、控制处理器；

60、激光加工控制器；70 、垂直坐标校准器；

100、激光光照范围；151、空洞；200、L型路径；

421、上平板；422、二维沟槽。

具体实施方式

现就本实用新型的结构组成，及所能产生的功效与优点，配合说明书附图，举本实用新型的一较佳实施例详细说明如下。

请参考图1至图9所示，显示本实用新型的可快速将机械手臂定位到三维坐标***的激光加工***，包括下列元件：

一激光加工机10，用于发射激光光束以进行加工之用，例如进行打标。在操作时各激光加工机10所发出的激光光束可以投射到一工件(图中未显示)上，而在该工件呈现经激光光束加工的图形。其中各激光加工机10配置有加工振镜12用于在X、Y、Z轴方向移动到所需要的位置，以将激光投射出去而达到加工的目的。

一激光加工控制器60，激光加工控制器60连接该激光加工机10。该激光加工控制器60用于接收所欲加工的坐标资料，并控制对应的激光加工机10，以在该工件上进行所需要的加工作业。

一校正模组15，校正模组15安装在该激光加工机10的加工振镜12的外部。其中该激光加工控制器60储存有该校正模组15与该加工振镜12之间的相对位置关系，并且该激光加工控制器60能够将该相对位置关系转换为该加工振镜12的加工位置坐标。该校正模组15可以位于该加工振镜12的下方、前方、后方、左方或右方。如图1所示，当该校正模组15位于该加工振镜12的下方时，该校正模组15的中心有一空洞151，该空洞151对准该加工振镜12的下方，使得由该加工振镜12所发出的激光可以经过该空洞151而投射在所欲加工的物件上。而当该校正模组15位于该加工振镜12的前方、后方、左方或右方时，则该校正模组15与该加工振镜12系位于同一水平面。图9显示该校正模组15位于该加工振镜12的右方。

如图2所示，该校正模组15的下表面安装三个可伸缩的探针44，各探针44具有相当的灵敏度，且为可伸缩的结构，其伸缩的范围可为10mm，伸缩时的最小解析度可为0.001mm。如图4所示，该三个探针44位于一L型路径200上的两端及转角处。其中该L型路径200的转角为直角。各探针44安装有感测器45，用于感测各探针44的压缩长度。

一机械手臂40，该机械手臂40包括一夹持件41，在工作时该夹持件41用于夹持工件，使得该激光加工机10的加工振镜12可以将激光投射在该工件上。在测试时，该机械手臂40应用该夹持件41夹持一测试板42以作为决定水平面之用。其中该测试板42的上表面为一相当平坦的上平板421。应用该测试板42决定水平面之后，工作时再应用该机械手臂40夹持工件。如图3所示，该机械手臂40还包括一夹持方位控制器48，用于调整该机械手臂40的夹持方位。

在测试前，会调整各探针44的针尖，使该三个探针44的针尖位于同一水平面上，且该校正模组15也在水平面上。

一控制处理器55连接各探针44的该感测器45及该机械手臂40的该夹持方位控制器48。

测试时，该机械手臂40应用该夹持件41夹持该测试板42，而该测试板42则近接该校正模组15下表面的该三个探针44。该三个探针44受到该测试板42的顶抵时会适当地往上缩，此时各探针44的感测器45会感测到各探针44的压缩长度，并且将各探针44的压缩长度传送到该控制处理器55。

由于在测试前，该三个探针44的针尖已经调整在同一水平面上。因此当各探针44的压缩长度一致时，则表示该测试板42的上平板421位于水平面。

当各探针44的压缩长度不一致时，则该控制处理器55将该压缩长度换算为该机械手臂40的该夹持件41所需要调整的角度，并将此计算的角度传送到该夹持方位控制器48，以令该机械手臂40调整到对应的夹持方位，而改变该夹持件41夹持该测试板42的角度。接着令该机械手臂40应用该夹持件41夹持该测试板42，并令该测试板42近接该校正模组15下表面，重复进行上述的测试及角度调整，直到该三个探针44受到顶抵时其压缩长度相同，则表示该测试板42已在水平面。

如图1所示，本案中该测试板42的上表面的上平板421有一个二维沟槽422，通过调整该测试板42的方位而使得该三个探针44全部落入该二维沟槽422时即表示该测试板42其水平面的坐标重叠该加工振镜12的坐标。

其中在上述测定该测试板42的水平面时，该三个探针44并不会接触该二维沟槽422，而是应用该上平板421上位于该二维沟槽422外侧的平面决定水平面。当经上述的测试确定该测试板42已在水平面后，则进行将该校正模组15的三个探针44对齐该二维沟槽422的动作，其方式为令该机械手臂40移动该测试板42，使得该三个探针44中的两个探针44落入该二维沟槽422的一侧，并通过该机械手臂40缓缓移动或旋转该测试板42使得该三个探针44中的另一探针44落入该二维沟槽422的另一侧。如此完成对齐的动作。此操作的目的在于使得该测试板42不仅可以维持在水平面，而且其水平面的坐标也可以重叠该加工振镜12的坐标。其中较佳者该二维沟槽422的深度均相同，所以当三个探针44均落入该二维沟槽422时，则表示已经对准X坐标及Y坐标。

本案中的二维沟槽422为L型的沟槽，但并不限于此型态，只要是任何型态的二维沟槽422，且探针的位置摆设也对应该二维沟槽422，即可达到对准X坐标及Y坐标的目的。

如图8A及图8B所示，本案中还提出另一种进行对齐X轴及Y轴的操作方法，其方式为将该测试板42的坐标与该机械手臂40的坐标对齐，使得该机械手臂40可以得到该测试板42的坐标位置。然后将该机械手臂40以不旋转的方式平移，而使得该测试板42正刚同时碰到该校正模组15的三个探针44(如图8A所示)，此时记录该三个探针44的顶点所构成的第一平面；然后将该测试板42沿着其自身的X轴转动一角度(如图8B所示)，并进行同样的操作使得该测试板42正刚同时碰到该校正模组15的三个探针44，此时记录该三个探针44的顶点所构成的第二平面。计算该第一平面及该第二平面的交线，即得到在该校正模组15处所观察的该测试板42的X轴；应用同样的方式将该测试板42对其自身的Y轴旋转，也可以得到在该校正模组15处所观察的该测试板42的Y轴。所以该校正模组15可以得到该测试板42的X轴及Y轴，将此测试板42的X轴及Y轴与该校正模组15本身的X轴及Y轴做比较，可以得到两者坐标的差值。然后将此差值输入到该机械手臂40进行补偿，或者在该激光加工机10的程式端进行运算上的补偿。本计算补偿值的方法为求准确起见，可以执行多次的决定X轴及Y轴的坐标的操作及差值计算，并将多次的计算值进行平均以做为补偿的用。

如图5所示，本案还包括一垂直坐标校准器70，垂直坐标校准器70信号连接该机械手臂40，用于校正垂直坐标，使得该测试板可以位于激光投射的焦点上。当已决定该测试板42的水平面及水平面的坐标之后，该垂直坐标校准器70记忆该机械手臂40在此位置的定位方式，并校正垂直坐标，使得该测试板42可以位于激光投射的焦点上，以达到最佳的投射效果。

如图6所示，该垂直坐标校准器70包括一摄影焦距决定装置50，用于决定该加工振镜12与该测试板42之间的距离。其中该摄影焦距决定装置50包括一摄影机52用于摄录该测试板42的影像，以及一比对器54连接该摄影机52，其中该摄影机52将投射的影像输入该比对器54中。

其中决定焦距的方式为将该机械手臂40所夹持的测试板42沿着激光射出路径上下挪动而停留在不同的位置，然后该加工振镜12将投射激光光于该测试板42上，通过沿着激光射出路径上下挪动该测试板42，应用该摄影机52在不同的位置摄录该测试板42的影像，并将该影像输入该比对器54。该比对器54计算出该影像中激光在该测试板42上投射的激光光照范围100。图7A至图7C显示激光在不同高度位置的该测试板42上所投射的激光光照范围100。如图7C所示，当投射的激光光照范围100达到最小时，则此时该测试板42所在的高度即为焦点的位置，计算焦点与该加工振镜12中激光射出点之间的距离即为焦距。因此在实际执行激光加工作业时，可以将该工件放在此高度，以达到最好的加工效应。

本案的优点在于可以快速定位机械手臂所夹持的测试板的水平方位、以及将该测试板在该水平方位下可以对齐激光加工机的加工振镜的坐标，并且通过摄影焦距决定装置决定该加工振镜的焦距及焦点。所以在实现物件加工时，可以应用本案所量测的测试板水平方位、对齐该水平方位下该测试板的坐标、该加工振镜的焦距及焦点，而可以很快速的将该机械手臂调整到所需要的位置，使得该机械手臂在实际工作时所夹持的工件可以得到精准的激光加工。

显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

Claims (11)

1.一种可快速将机械手臂定位到三维坐标***的激光加工***，其特征在于，包括：

一激光加工机，用于发射激光光束以便进行加工；其中各激光加工机配置有加工振镜，该加工振镜用于在X、Y、Z轴方向移动到所需要的位置，以便将激光光投射出去；

一校正模组，该校正模组安装在该激光加工机的加工振镜的外部；该校正模组的下表面安装三个探针，其为可伸缩的结构；该三个探针的摆设面形成二维平面；在测试时该三个探针的针尖位于同一水平面上，且该校正模组也在水平面上；

一机械手臂，该机械手臂包括一夹持件，在工作时该夹持件用于夹持工件，使得该激光加工机的加工振镜能够将激光光投射在该工件上；在测试时，该机械手臂通过该夹持件夹持一测试板以作为决定水平面之用；其中该测试板的上表面为一平坦的上平板。

2.如权利要求1所述的可快速将机械手臂定位到三维坐标***的激光加工***，其特征在于，各探针安装有感测器，用于感测各探针的压缩长度。

3.如权利要求2所述的可快速将机械手臂定位到三维坐标***的激光加工***，其特征在于，该激光加工***还包括一控制处理器；其中该机械手臂还包括一夹持方位控制器，用于调整该机械手臂的夹持方位；该控制处理器连接各探针的该感测器及该机械手臂的该夹持方位控制器；

其中在测试时，当该三个探针受到该测试板的顶抵时，各探针的感测器会感测到各探针的压缩长度，并且将各探针的压缩长度传送到该控制处理器。

4.如权利要求1所述的可快速将机械手臂定位到三维坐标***的激光加工***，其特征在于，该三个探针位于一L型路径上的两端及转角处，该L型路径的转角为直角。

5.如权利要求1所述的可快速将机械手臂定位到三维坐标***的激光加工***，其特征在于，该测试板的上表面的上平板有一个二维沟槽，通过调整该测试板的方位而使得该三个探针全部落入该二维沟槽时即表示该测试板其水平面的坐标重叠该加工振镜的坐标。

6.如权利要求5所述的可快速将机械手臂定位到三维坐标***的激光加工***，其特征在于，该二维沟槽的深度均相同，当三个探针均落入该二维沟槽时，则表示已经对准X坐标及Y坐标。

7.如权利要求5所述的可快速将机械手臂定位到三维坐标***的激光加工***，其特征在于，该二维沟槽为L型的沟槽。

8.如权利要求1所述的可快速将机械手臂定位到三维坐标***的激光加工***，其特征在于，该激光加工***还包括一垂直坐标校准器，该垂直坐标校准器信号连接该机械手臂，该垂直坐标校准器用于校正垂直坐标，使得该测试板可以位于激光投射的焦点上；

其中该垂直坐标校准器包括一摄影焦距决定装置，用于决定该加工振镜与该测试板之间的距离；其中该摄影焦距决定装置包括一摄影机，用于摄录该测试板的影像；当该机械手臂所夹持的测试板沿着激光射出路径上下挪动，而使得该摄影机所输入的影像所测得的激光光照范围达到最小时，该测试板所在的高度即为焦点的位置，该焦点与该加工振镜中激光射出点之间的距离即为焦距。

9.如权利要求1所述的可快速将机械手臂定位到三维坐标***的激光加工***，其特征在于，当该机械手臂以不旋转的方式平移，而使得该测试板正刚同时碰到该校正模组的三个探针时，该三个探针的顶点构成第一平面；其中当该测试板沿着其自身的X轴转动一角度，使得该测试板正刚同时碰到该校正模组的三个探针时，该三个探针的顶点构成第二平面；其中该第一平面及该第二平面的交线即为在该校正模组处所观察的该测试板的X轴；其中当该测试板对其自身的Y轴旋转，通过与上述相同的方式得到在该校正模组处所观察的该测试板的Y轴。

10.如权利要求1所述的可快速将机械手臂定位到三维坐标***的激光加工***，其特征在于，该校正模组位于该加工振镜的下方、前方、后方、左方或右方。

11.如权利要求1所述的可快速将机械手臂定位到三维坐标***的激光加工***，其特征在于，该校正模组位于该加工振镜的下方，该校正模组的中心有一空洞，该空洞对准该加工振镜的下方，使得通过该加工振镜所发出的激光能够经过该空洞而投射在所欲加工的物件上。

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