激光加工机器人在工业中应用分析解读

激光技术与机器人技术的融合产生了激光加工机器人，随后，各国都加大了对激光加工机器人的研发，并推动了激光加工机器人技术在工业领域中的广泛应用。现今，国内外的汽车领域已经大量的采用了这制造技术，在节省人力的同时，大大地提高了汽车制造的质量，并且降低了制造成本，有效的提升了汽车企业的经济效益。

1 激光加工机器人概述　　

1.1 激光加工机器人的组成　　

一般来说，激光加工机器人包含十大组成部分，主要有高功率可光纤传输激光器、光纤耦合和传输洗系统、六自由度机器人本体、激光加工头、激光加工工作台等。这十大组成部分根据特定的工作原理展开工作，从而有效地完成不同的工作。图 1 是时下较为流行的工业实用型机器人基本结构图，通过CPU对系统进行整体的控制，并对各个模块采集来的数据进行计算、比较、判断，输出模块为各个执行机构（喇叭、电机、LCD等）；传感器采集外界环境信息，感触外界环境的变化并传送给CPU；电源模块为整个系统的运行提供稳定的电源。

1.2 激光加工机器人的类型　　

在机器人的系统中，是光机一体化，因而系统比较复杂，而且划分的标准的不同，所包含的机器人类型也不相同。根据机器人结构划分，可分为两种，一种是框架式机器人，在这类型机器人中，包含三坐标高精度龙门框架、传输光纤、高功率激光机等组成部分；另一种是关节式机器人，这种机器人的组成部分也非常多，比如六自由度本体系统、高功率激光器、检测系统等，在进行加工时，关节式机器人可以实现六个自由度加工，关节式机器人多应用于生产线。　　

1.3 激光加工机器人的控制方式　　

（1）在线编程机器人。这种机器人在进行加工时，智能化的程度最低，因此，也将其称为第一代机器人。在机器人进行操作之前，根据实际的作业条件，设置好加工路径及加工参数，并在示教盒中进行编程，设置完成之后按设定的程序启动一次，并予以保存，随后，机器人就会根据自身的动作记忆系统进行重复操作。从操作上看，在线编程机器人的操作简单，因此，工作人员的技术要求比较低。　　

（2）离线编程机器人。所谓离线编程，是指部分或完全脱离机器人，在编制机器人所需的工作程序时，借助计算机来实现，这是第二代机器人。通过计算机及相关的辅助设计技术，将机器人及工作环境的几何模型建立起来，随后，通过相关的操作将任务设置完成并导入机器人控制柜中，以实现机器人运动并进行良好的控制。离线编程机器人在进行工作时，具有较高的安全性，而且所花费的成本还比较少。　　

（3）智能自主编程机器人。在这种类型的机器人中，所安装的传感器种类比较多，对于外部工作环境能够良好的感知，与人类非常接近。对于智能自主编程机器人来说，感知、决策、规划、自主变成等工作都可以出色的完成，这是第三代机器人。当前，智能自主编程机器人还只是处于试验研究阶段。　　

2 激光加工机器人技术在工业中的应用　　

目前工业机器人技术日趋成熟，已经成为一种标准设备二广泛应用于工业界，国内外形成了著名的工业机器人公司。在我国，机械制造业、 汽车制造业、钢铁企业等一些重工业都以广泛应用了激光机器人技术。　　

2.1 机器人激光焊接　　

当前，应用激光加工技术机器人最多的领域便是汽车领域。对于汽车生产来说，要经过一系列的流水线制造才能完成，在流水线中有一道焊接工序，这是非常重要的工作部分。在焊接工序中，应用了机器人激光焊接技术。在传统的机器人焊接中，采用的为电阻点焊技术，主要是焊接车身及零部件，与传统的机器人焊接相比，机器人激光焊机具有很多无可比拟的优势，比如焊接速度变得更为快速，焊接精度得到有效的提高，车身的刚度得到提升，焊接边缘小等。通过机器人激光焊接技术的应用，汽车生产的效率得到了显著的提高，同时，车身的质量及安全性也得到了有效的保证。另外，机器人激光焊接在进行焊接时不需要进行接触，使得车身更具现代化理念。汽车公司在进行流水线生产时，均需要进行大批量的生产，为了满足这一要求，就需要应用到网络技术，利用网络技术，建立一个完善的工作站，从而实现多个激光焊接机器人同时工作。　　

2.2 机器人激光切割　　

在激光加工技术中，所包含的内容比较多，激光切割技术就是其中一种，国外在进行汽车生产时，最早应用的就是激光机器人切割技术。目前，在大众公司、通用公司等公司的汽车制造生产线上，大批量的应用了机器人激光技术，这样一来，在进行车身切割时，将更具人性化，从而很好地满足了客户的需求。　　

2.3 机器人激光热处理　　

随着汽车行业以及科学及时的发展，在汽车生产的过程中，在线生产和现场生产的要求会越来越高，且需求也会越来越大，为了更好的进行在线生产及现场生产，国外进行了相关的研究，最终研究出了激光热处理机器人，随后，在推广及应用的过程中取得了比较大的成功，现今，在我国的汽车行业中也应用了激光热处理机器人，比如上汽通用五菱汽车股份有限公司，通过该项技术的应用，有效的提高了模具的使用寿命，并提高产品的质量及生产效率。    

2.4 机器人激光再制造　　

机器人激光再制造技术属于修复技术，与其他的技术相比，激光再制造技术有着很多的优点：激光能量密度高、受热范围小、保护基体材料性能等。激光再制造机器人技术主要有两种用途：第一，大型汽车模具修复，大型汽车模具的价格都非常贵，在常规的修复技术中，需要注入大量的热量，在修复时，能量的可控性比较差，进而对模具产生一定程度的影响，进而影响汽车生产，但是在应用了机器人激光再制造技术之后，使大型汽车模具修复变得相对容易，而且修复质量比较高；第二，冶金大型轧辊、穿头修复，在冶金工业中，轧辊的数量非常多，而且每只轧辊的价格额非常高，在具体的工作环境中，轧辊会受到很多因素的影响，从而导致使用的周期比较短，穿头是在无缝钢管生产中需要应用的，在生产过程中，所需消耗的穿头数量非常大，但是在应用了激光再制造技术之后，就可以保证无缝钢管实现连续生产。　　

2.5 机器人激光直接制造　　

激光加工机器人除了可以用来再制造之外，还可以进行直接制造。与传统的机器人相比，激光加工机器人所具有的自由度非常高，都需要生产空间曲面时，空间曲面的复杂程度比较高，但是利用激光加工机器人可以直接进行生产，且生产出来的产品质量比较高。　　

3 结束语　　

随着科学技术的发展，机器人技术水平得到了很好的提高，在机器人技术发展的过程中，与激光技术实现了有效的融合，产生了激光加工机器人，激光加工机器人产生之后就得到了快速的发展，并在工业领域得到了广泛的应用。在实际应用的过程中，汽车领域的应用最为广泛，通过激光切割技术、激光焊接技术等技术的应用，有效的提高了汽车生产的效率，增强了汽车制造的质量。在未来，激光加工机器人将会得到更好的发展，并将应用到更多的工业生产领域中。（德州学院机电工程学院王效，王树波，邓广福）