激光加工機器人技術及工業應用

盧浩飛

（綿陽職業技術學院機電系，四川 綿陽 6 2 1 0 0 0）

激光加工機器人技術及工業應用

盧浩飛

（綿陽職業技術學院機電系，四川 綿陽 6 2 1 0 0 0）

工業生產企業為了提高產品的科技含量和質量以及生產的效率，將大量的機器人引入生產線中。時代在不斷發展進步，機器人技術也在不斷發展進步，并且應用到更加廣泛的領域。在新時期將機器人技術與激光技術進行有效的融合，進而研發出激光加工機器人，充分利用兩種技術所具有的原理來從事具體的工作內容，進而為工業生產帶來極大的便利。本文從激光加工機器人的組成和類型出發，闡述其控制方式，并且介紹激光加工機器人在生產領域中的具體應用。

激光技術；機器人；工業生產

汽車制造的過程中需要涉及到零部件的生產、組裝、切割、焊接等多項工藝，采用人工的操作方式，不僅耗費了大量的人力資源，并且受到操作人員技術水平的限制，經常出現誤差，進而影響到機械設備的精準度。為了節省人力、降低成本，提高汽車的質量，不斷研發新的生產工藝和制作技術。在生產和制造的過程中，將機器人技術、激光技術等技術進行結合，將其應用到焊接、直接制造和模具的修復等多個環境，在智能化和自動化設備的共同作用下，提高工業制成品的科技含量。

1 激光加工機器人的組成及類型

1.1 激光加工機器人的組成

激光加工機器人是將激光技術和機器人技術進行有效的融合，充分利用設備的工作原理，進而更好地滿足生產和建設的需求，兩種技術融合后的所組成的新的機器人主要分為光纖耦合和傳輸洗系統、高功率可光纖傳輸激光器、激光加工頭、六自由度機器人本體等多個部分。多個部件進行有效的組合之后，按照自身的性能和工作原理來從事不同的工作內容，進而保證機械設備的安全、有效、高速運轉，結構如圖1。例如電源模塊為系統提供電源、C P U對系統進行控制、傳感器收集并傳輸數據信息等。

1.2 激光加工機器人的類型

為了滿足不同的生產需求，機器人的系統有著較大的差別，所以機器人的類型也不同。在研究的過程中將機器人按照結構的不同而進行劃分，一是框架式機器人，框架式機器人最大的優點是有三坐標高精度龍門框架，并且含有高功率激光機、傳輸光纖等多個組成部分，滿足機械設備智能化的需求；二是關節式機器人，此種機器人最大的優點是組成部分較多，滿足多種工作的應用需求。例如在機器人設備中含有六自由度本體系統、檢測系統，高功率激光器等多個系統，由于關節式機器人加工能力較強，所以將其主要應用到生產線上，替代人工來從事繁復的工作內容。

圖1 典型工業機器人結構圖

2 激光加工機器人的控制方式

2.1 在線編程機器人

在線編程機器人是最早在實踐領域應用的機器人，初具智能化設備代替人工工作的雛形，屬于第一代機器人。第一代機器人的智能化水平較低，需要根據實際應用的需求對其進行調整。機器人在從事具體的工作之前，需要經歷如下幾個步驟：一是技術人員根據機器人的作業條件和作業內容，設置好加工路徑和加工參數；二是路徑和參數設立完畢之后，在示教盒中編程；三是設定程序之后啟動程序，并將程序保存在數據庫中；四是機器人按照設定的程序來從事簡單、重復的工作內容。由于機器人的工作內容是代替人工來從事重復性較強的工作，大部分工作內容為在指定的部位取走部件并將其放置在指定的位置上，所以對編程人員的技術水平要求較低。

2.2 離線編程機器人

離線編程機器人是在在線編程機器人基礎之上而發展的，屬于第二代機器人。第二代機器人是指變成人員部分或者完全脫離機器人，利用計算機技術來編制工作中所需要的程序內容。在計算機技術和現代技術設備的輔助下，編程人員根據工作環境和對機器人的要求，建立幾何模型，然后按照工作程序將其輸入到系統內部中，并將其導入到機器人設備中，機器人按照編程中的內容來完成指定的任務，并且保證任務完成的質量。同時工作人員在應用機器人的過程中直接調用系統中所設定的數據，避免出現重復編程和調試的現象。采用離線編程機器人的方式，不僅降低了編程、調試等方面的成本，同時其安全性能更好，更好地為生產服務，極大地提高了生產效率。

2.3 智能自主編程機器人

智能自主編程機器人是第三代機器人，此階段的機器人向智能化的方向發展。機器人中安放了傳感器，其通過傳感器收集數據資料，并且利用系統中所設定的數據和資料來分析其所收集的資料，能夠根據工作環境和工作要求來編訂相應的程序。第三代機器人能夠感知外界的變化，自身對行動內容做出規劃并做出調整，進而出色地完成工作任務。

3 激光加工機器人技術在工業中的應用

3.1 機器人激光焊接

焊接是流水線生產中常見的工序，需要大量的人工。焊接工作不僅對焊接精度有著較高的要求，而且對操作人員的身體、眼睛產生較大的傷害。同時人工操作受到施工環境和個人技術水平的限制，經常出現焊接點不牢靠、不美觀等現象。汽車領域應用焊接技術最為普遍，是最早將機器人焊接技術引進流水線生產體系中工業生產單位，雖然較人工操作有較大的進步，但其效果較機器人激光焊接技術較低。機器人激光焊接的優越性主要表現為：一是提高了焊接的速度和精度，進而提高車身的剛度；二是為車身的性能和安全性提供了保證，提高車輛的安全系數；三是機關焊接無需與車身直接接觸，保證了車身線條的流暢性；四是網絡技術的應用，機器人可以自行調節，同時從事多個工作內容，避免一個機器人只從事一項工作內容所造成的場地、資源、時間等方面的浪費。

3.2 機器人激光切割

在工業生產中需要對零部件進行切割，進而制作出滿足應用需求的零部件。機器人切割的速度不僅較快，同時精度更高，已經普偏低應用到汽車制造領域。現階段在通用汽車公司、大眾汽車公司的汽車生產線上，已經大批量地引進并應用機器人激光切割技術。采用機器人激光切割的方式來切割車身，車身的線條更加流暢、自然，滿足客戶的需求。

3.3 機器人激光再制造

機器人激光再制造技術的應用是由于現有的制作產品出現破損，對其進行修復，其應用的優點主要表現為受熱范圍小，在高能量的作用下，有效地保護基體材料。由于機器人激光再制造技術所具有的優點，將其廣泛地應用到汽車模具修復和冶金工業中。汽車模具是汽車生產的重要依據，模具不僅制作工藝復雜而且價格較高，為了減少模具對汽車生產的影響，所以要對其進行修復。采用常規的修復技術需要注入大量的熱量，并且受到熱量和修復技術的影響，模具在修復的過程中經常存在變形的現象。將機器人激光再制造技術應用之后，修復模具的工作不僅簡單容易，而且修復質量更高。在冶金工業中，軋輥受到工作環境的影響，經常出現損傷，使用周期較短，并且軋輥的價格較高，增加了生產成本，利用機器人激光再制造技術對其進行修復，降低生產成本。

3.4 機器人激光直接制造

激光機器人自身所具有的特點和優越性能，能夠滿足生產和制造等多個領域的需求，機器人激光技術不僅可以應用到再制造領域中，對模具和機械設備進行修復，保證生產的順利進行，同時也可以應用到直接制造的過程中。在直接制造領域，激光加工機器人比傳統的機器人自由度更高，能夠較好地調整生產空間的曲面，并且處理曲面上復雜的程序和部分。在生產的過程中直接應用激光加工機器人，不僅生產效率提升，而且其產品的質量較高，為社會提供更多高質量、高品質的產品。

4 結語

隨著科學的發展與進步，人們認識到機器人替代人工生產和操作所具有的優越性。在工業生產的同時不斷提高其生產工藝，促使機器人技術廣泛地應用到生產和制造領域。技術隨著生產需求的變化而變化，傳統的機器人技術無法滿足現階段的生產需求之后，將其與激光技術進行融合，推動激光加工機器人的發展與應用。在現階段的汽車制造、冶金工業中應用激光切割、制造、焊接等多項技術，極大地提高了生產力。

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