[發明專利]一種可移動超快激光加工機器人裝備及加工方法

有效

• 申請號: 202010791270.4
• 申請日: 2020-08-07
• 公開（公告）號: CN112060103B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 張加波;樂毅;張明;趙長喜;周瑩皓;張開虎;文科
• 申請（專利權）人: 北京衛星制造廠有限公司
• 主分類號: B25J11/00
• 分類號: B25J11/00;B25J5/00;B25J9/16;B25J15/00;B23K26/00;B23K26/08
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 臧春喜

本發明公開了一種可移動超快激光加工機器人裝備及加工方法，該裝備包括：定位導航子系統，用于進行導航定位，輸出實時定位信息；集成控制子系統，用于根據實時定位信息，控制全向智能移動平臺運動；通過對工業機械臂和超快激光末端執行子系統的控制，完成對工業機械臂與待加工工件的對準以及對待加工工件的加工；全向智能移動平臺，用于在集成控制子系統的控制下進行運動；工業機械臂，用于在集成控制子系統控制下運動至加工工位；超快激光末端執行子系統，用于對加工位姿信息進行實時監測并反饋。本發明旨在實現裝備大范圍靈活姿態調整、定位和局部高效高質量加工，完成衛星結構板、承力筒、大型天線展開臂等大型復材結構件的制造。

技術領域

本發明屬于可移動機器人技術領域，尤其涉及一種可移動超快激光加工機器人裝備及加工方法。

背景技術

隨著我國在重大結構件制造領域朝著大尺寸、輕量化、高承載、高可靠性方向發展，其高精度、高柔性的制造特點對加工裝備提出了新的挑戰。隨著樹脂基復材、陶瓷基復材、碳基復材等非金屬復合材料以其輕質高強、寬溫域低膨脹、抗疲勞特性好、耐熱性能優良等突出優勢，開始得到越來越來越廣泛的應用。

雖然非金屬復合材料主要采用成形法制造，但之后需進行二次加工才能滿足精度或裝配要求。阻礙其進一步推廣應用的主要障礙是其二次加工的困難性，這種困難性主要體現在三個方面：

首先是可加工尺寸問題：因數控加工裝備行程和可容納工件尺寸受限，導致大尺寸結構(如中心承力筒、大型天線展開臂的臂桿)加工困難；

其次是效率與成本問題：材料高強高硬導致加工效率低、刀具耐用度低從而換刀頻繁，加工成本高昂、加工效率較低，目前大量復材結構制孔尚采用手工制孔方式；

最后是精度與質量問題：材料各向異性及非均質特性導致分層或崩邊、纖維破碎或拔出、微裂紋、表面粗糙等加工質量缺陷突出，影響結構力學性能。采用傳統激光源(例如二氧化碳激光、毫秒/微秒/納秒激光)加工非金屬復合材料結構，雖然可以避免傳統接觸式加工(例如切削加工、超聲振動輔助切削加工)因接觸應力存在導致的分層或崩邊、纖維破碎或拔出等質量問題，但因為傳統激光源突出的熱效應，使得被加工結構邊緣存在突出的加工熱影響區，存在被加工區域表層碳化或變色、結構尺寸精度低等問題。結構的加工精度較低且精度一致性較差，無法滿足功能窗口、裝調用精孔等較高精度結構的制備。

如何解決上述問題是本領域技術人員亟需解決的問題之一。

發明內容

本發明的技術解決問題：克服現有技術的不足，提供一種可移動超快激光加工機器人裝備及加工方法，旨在實現裝備大范圍靈活姿態調整、定位和局部高效高質量加工，完成衛星結構板、承力筒、大型天線展開臂等大型復材結構件的高效、高精制造。

為了解決上述技術問題，本發明公開了一種可移動超快激光加工機器人裝備，包括：全向智能移動平臺、工業機械臂、集成控制子系統、超快激光末端執行子系統和定位導航子系統；

定位導航子系統，用于對可移動超快激光加工機器人裝備進行導航定位，輸出可移動超快激光加工機器人裝備的實時定位信息；

集成控制子系統，用于根據定位導航子系統輸出的實時定位信息，引導全向智能移動平臺運動，使可移動超快激光加工機器人裝備移動至預定加工站位；以及，通過對工業機械臂和超快激光末端執行子系統的控制，完成對工業機械臂的末端與待加工工件的靶標點的對準，保持激光光束始終在待加工工件表面的聚焦，以及對待加工工件的加工；

全向智能移動平臺，用于在集成控制子系統的控制下進行平移和旋轉，使可移動超快激光加工機器人裝備移動至預定加工站位；

工業機械臂，用于在集成控制子系統控制下運動至加工工位，完成工業機械臂的末端與待加工工件的靶標點的對準，并托舉工業機械臂的末端完成對待加工工件的加工；