激光加工機器人技術(shù)及工業(yè)應(yīng)用研究

關(guān)彤

摘要：就激光加工機器人技術(shù)來講，其是基于激光技術(shù)和機器人技術(shù)整合下衍生出來的。伴隨著社會的不斷進步以及科學(xué)的持續(xù)發(fā)展，激光加工機器人技術(shù)的研發(fā)工作成為目前多個國家致力研究的領(lǐng)域。將激光加工機器人技術(shù)應(yīng)用到汽車制造當中，一方面可以釋放更多的人力資源，另一方面也能促進汽車制造質(zhì)量的充分提升。以整體角度為立足點而言，激光加工機器人技術(shù)具有重要的應(yīng)用價值。

Abstract： As far as laser processing robot technology is concerned， it is derived from the integration of laser technology and robot technology. With the continuous progress of society and the continuous development of science， the research and development of laser processing robot technology has become an area where many countries are committed to research. The application of laser processing robot technology to automobile manufacturing can not only release more human resources， but also promote the full improvement of automobile manufacturing quality. From the perspective of the overall angle， the laser processing robot technology has important application value.

關(guān)鍵詞：激光加工機器人;工業(yè)應(yīng)用;研究

Key words： laser processing robot;industrial application;research

中圖分類號：TP242.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）01-0270-03

0 ?引言

從本質(zhì)來講，激光加工機器人技術(shù)就是以信息化時代為載體逐步出現(xiàn)的一種新的科學(xué)技術(shù)產(chǎn)物，近年來，激光加工機器人技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在汽車工業(yè)方面的應(yīng)用更為突出。激光加工機器人技術(shù)是機電學(xué)工作原理、光學(xué)工作原理以及電力學(xué)工作原理結(jié)合而成，從而在機器人和激光技術(shù)整合基礎(chǔ)上，推動了工業(yè)加工機械設(shè)施柔性、效率的提升，從一定程度來講是工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量得以提升的重要途徑。正因為如此，激光加工機器人技術(shù)逐步實現(xiàn)了科學(xué)化和現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)目標，是促進我國經(jīng)濟發(fā)展和社會發(fā)展的基礎(chǔ)和動力。對此，本文主要將激光加工機器人技術(shù)及工業(yè)應(yīng)用作為研究內(nèi)容，以激光加工機器人技術(shù)構(gòu)成、原理和類型作為切入點進行了闡述，并從多個方面闡述了激光加工機器人技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用。

1 ?激光加工機器人技術(shù)構(gòu)成、原理及類型

1.1 激光加工機器人技術(shù)的構(gòu)成

就激光加工機器人來講，以激光技術(shù)和機器人技術(shù)整合為背景，對設(shè)備工作原理予以的充分利用，以此與生產(chǎn)和建設(shè)需求相吻合。在激光技術(shù)和機器人技術(shù)整合下形成的新的機器人主要是由光纖耦合、傳輸系統(tǒng)等在內(nèi)的過個部分所構(gòu)成，且各部件整合后，其工作內(nèi)容會受到其自身性能和工作原理的影響而進行合理分工，以此保證機械設(shè)備能夠在安全、有效的環(huán)境下高速運轉(zhuǎn)，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。在CPU支撐下可以實現(xiàn)對系統(tǒng)的整體控制，同時，還可以對各模塊采集到的數(shù)據(jù)信息進行整理，為后續(xù)計算、比較和判斷奠定基礎(chǔ)，這一過程中無論是喇叭、電機還是LCD都是確保輸出得以順利進行的重要模塊;傳感器在對外界環(huán)境信息采集和感觸外界環(huán)境變化的基礎(chǔ)上實現(xiàn)向CPU的傳輸;則是整個系統(tǒng)穩(wěn)定運行的電源支撐。

1.2 激光加工機器人技術(shù)的原理

對激光加工機器人技術(shù)原理剖析可知，高功率激光器是激光的主要來源地，同時借助光纖耦合輔助，確保向激光光束變換光學(xué)系統(tǒng)予以傳輸這一過程的順利進行。之后，由于受到整形聚焦的影響與作用，光束得以進入到激光加工頭中。按照切割、焊接和熔覆等不同作用可以選擇出具有差異性的激光加工頭，并將高壓氣體、送絲機、送粉器等不同材料進給系統(tǒng)。一般來講，六自由度機器人手臂末端是激光加工頭的位置所在，這也決定了其運動軌跡和激光加工參數(shù)必然會由機器人數(shù)字控制系統(tǒng)來控制[2]。首先，激光加工操作人員需要對機器人示教盒為平臺和輔助，以此開展編程示教，或者還可以在計算機運用下實現(xiàn)離線編程。其次，材料進給系統(tǒng)會對高壓氣體、金屬絲和金屬粉末等材料進行整合，并以此為基礎(chǔ)，將其輸入到激光加工頭當中。高功率激光與進給材料的相互作用促進了加工任務(wù)的完成。最后，機器視覺系統(tǒng)會圍繞加工區(qū)域展開相應(yīng)的檢測活動，并持續(xù)性的向機器人控制系統(tǒng)反饋檢測信號，以此達到控制加工過程的目的。

1.3 激光加工機器人的類型

為了使多樣化的生產(chǎn)需求得到滿足，機器人系統(tǒng)千差萬別，基于此，機器人類型也會存在一定的差異。就研究過程而言，在對機器人進行劃分時，可以根據(jù)結(jié)構(gòu)不同將其劃分為不同類型。第一，框架式機器人。三坐標高精度龍門框架是框架式機器人最為突出的優(yōu)勢所在。同時，框架式機器人中高功率激光機和傳輸光纖等發(fā)揮的重要作用也不容忽視，滿足了機械設(shè)備智能化的需求。第二，關(guān)節(jié)式機器人。通過對此類機器人剖析可知，其構(gòu)成相對而言較為復(fù)雜，這也是其能夠滿足多樣化的工作應(yīng)用需求的重要保障。例如六自由度本體系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)等都是構(gòu)成此類型機器人的重要組成系統(tǒng)。同時，關(guān)節(jié)式機器人具有較強的加工能力，鑒于此，生產(chǎn)線上應(yīng)用較為廣泛，從而有效替代了以往人工進行繁復(fù)工作內(nèi)容的情況。

2 ?激光加工機器人技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用闡述

近年來，隨著社會的不斷進步以及科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，工業(yè)機器人技術(shù)已呈現(xiàn)出了成熟性特點，這也是其作為標準設(shè)備并在工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的原因所在。就我國來講，無論是在機械制造業(yè)、汽車制造業(yè)還是鋼鐵企業(yè)中都將激光機器人技術(shù)應(yīng)用到日常生產(chǎn)當中。

2.1 機器人激光焊接技術(shù)

目前，激光加工機器人技術(shù)在汽車領(lǐng)域中運用的比較廣泛，在汽車生產(chǎn)過程中，流水線制造工作必不可缺，這樣才能保證生產(chǎn)的順利進行。而焊接工序則是流水線制造工作中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，并對機器人激光焊接技術(shù)予以了應(yīng)用。反觀以往機器人焊接可以得知，電阻點焊技術(shù)應(yīng)用較多，以此實現(xiàn)車身與零部件的焊接工作，機器人激光焊接則具有傳統(tǒng)機器人焊接不可比擬的優(yōu)勢，例如可以在保證焊接精度的同時提升焊接速度，車身剛度也有所增強[3]。在機器人激光焊接技術(shù)應(yīng)用下，不僅提升了汽車的生產(chǎn)效率，而且車身質(zhì)量和安全性也提高到了更高的層次。同時，在應(yīng)用機器人激光焊接的過程中，避免了直接接觸，在此背景下，也促進了汽車現(xiàn)代化的提升。另外，大批量生產(chǎn)是汽車流水線生產(chǎn)過程中的顯著特點，所以，想要使生產(chǎn)需求得到保障，還要將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)過程中，以此推動具有完善性的工作站的建立，這樣也為多個激光焊接機器人工作的同時進行提供了保證。

2.2 機器人激光切割技術(shù)

激光加工技術(shù)涵蓋的內(nèi)容相對豐富，而激光切割技術(shù)就是構(gòu)成激光加工技術(shù)的重要組成部分，早期國外汽車生產(chǎn)時，激光機器人切割技術(shù)就已經(jīng)得到了應(yīng)用。現(xiàn)階段，機器人激光技術(shù)在大眾公司和通用公司也得到了應(yīng)用，這樣不僅賦予了車身切割人性化，而且客戶需求也得到了更好地滿足。

2.3 機器人激光熱處理技術(shù)

近年來，科學(xué)技術(shù)和汽車行業(yè)都呈現(xiàn)了迅猛發(fā)展的態(tài)勢，汽車在線生產(chǎn)和現(xiàn)場生產(chǎn)也面臨著更加嚴峻的挑戰(zhàn)，對其需求也有了顯著的提升。對此，想要確保在線生產(chǎn)和現(xiàn)場生產(chǎn)的更好開展，國外圍繞此方面展開了深入的研究，在此背景下，機器人激光熱處理技術(shù)應(yīng)運而生，并在后續(xù)推廣和應(yīng)用過程中取得了較為突出的成果[4]。目前，機器人激光熱處理技術(shù)在我國汽車行業(yè)中也得到了較為廣泛的應(yīng)用，以上汽通用五菱汽車股份有限公司為例，在此項技術(shù)應(yīng)用下，一方面模具的使用壽命得到了顯著的提升，另一方面也提高了生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

2.4 機器人激光直接制造技術(shù)

機器人激光直接制造技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域中有著較為突出的應(yīng)用優(yōu)勢，同時，此技術(shù)作用想要得到充分發(fā)揮需要有激光加工機器人為支撐。就激光加工機器人來講，無論是機器人激光直接制造技術(shù)還是機器人激光再制造技術(shù)都可以完成。此外，激光加工機器人具有的高自由度是傳統(tǒng)機器人不可比擬的，然而，由于受到生產(chǎn)空間曲面等客觀條件的限制，所以在進行生產(chǎn)工作時也會更具復(fù)雜性。而激光加工機器人應(yīng)用為直接制造生產(chǎn)提供了保障，其生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量較之前也有了顯著的提升。

2.5 機器人激光再制造技術(shù)

上述提到，激光加工機器人是促進機器人激光直接制造技術(shù)和機器人激光再制造技術(shù)得以完成的重要支撐。一般來講，根據(jù)機器人激光再造技術(shù)特征可以發(fā)現(xiàn)，它屬于一種修復(fù)技術(shù)，但是將其與其他技術(shù)對比而言，又有著其他技術(shù)無法匹及的優(yōu)勢。第一，其激光能量密度可以保持在較高的狀態(tài)下，而受熱范圍也相對較小，基體材料性能能夠得到保護。第二，機器人激光再制造技術(shù)在大型汽車模具修復(fù)中作用顯著。眾所周知，大型汽車模具具有成本高昂特點，如果采用常規(guī)的修復(fù)技術(shù)，必須需要有充足的熱量的注入為保障，在此背景下，修復(fù)過程中可控性較低，模具也會受到連帶影響，汽車生產(chǎn)順利開展無法得到保障。機器人激光再制造技術(shù)的應(yīng)用，避免了以往修復(fù)過程中存在的弊端，簡化了模具修復(fù)過程，修復(fù)質(zhì)量也有了充分的提升[5]。第三，在冶金大型軋輥、穿頭修復(fù)中作用顯著。縱觀冶金工業(yè)可以看出，不僅軋輥數(shù)量較多，而且每只軋輥價格高昂。將其置于具體工作環(huán)境下，軋輥極易受到多方面因素的影響，其使用周期和壽命也得不到保證。穿頭是對無縫鋼管予以生產(chǎn)的過程中應(yīng)用的，就實際生產(chǎn)過程而言，需要消耗許多的穿頭數(shù)量。而將激光再制造技術(shù)進行應(yīng)用，可以使無縫鋼管生產(chǎn)實現(xiàn)連續(xù)化，以往存在于生產(chǎn)過程中的不足也能得到有效的解決和避免，生產(chǎn)質(zhì)量和效率也能得到同步的提升。

3 ?結(jié)束語

隨著科學(xué)的發(fā)展和社會的進步，機器人逐漸代替人工生產(chǎn)和操作，人們對機器人技術(shù)的優(yōu)勢也有了更為深刻的認識，就工業(yè)生產(chǎn)過程來講，不僅生產(chǎn)工藝有所提升，而且也為機器人技術(shù)的廣泛應(yīng)用提供了契機。然而，傳統(tǒng)的機器人技術(shù)與現(xiàn)階段生產(chǎn)需求的矛盾性越發(fā)突出，激光加工機器人的發(fā)展與應(yīng)用成為必然。將激光加工機器人技術(shù)應(yīng)用到汽車制造或冶金工業(yè)中，對生產(chǎn)力的提高具有重要意義。

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