盧浩飛

（綿陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系，四川 綿陽(yáng) 6 2 1 0 0 0）

激光加工機(jī)器人技術(shù)及工業(yè)應(yīng)用

盧浩飛

（綿陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系，四川 綿陽(yáng) 6 2 1 0 0 0）

工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)為了提高產(chǎn)品的科技含量和質(zhì)量以及生產(chǎn)的效率，將大量的機(jī)器人引入生產(chǎn)線(xiàn)中。時(shí)代在不斷發(fā)展進(jìn)步，機(jī)器人技術(shù)也在不斷發(fā)展進(jìn)步，并且應(yīng)用到更加廣泛的領(lǐng)域。在新時(shí)期將機(jī)器人技術(shù)與激光技術(shù)進(jìn)行有效的融合，進(jìn)而研發(fā)出激光加工機(jī)器人，充分利用兩種技術(shù)所具有的原理來(lái)從事具體的工作內(nèi)容，進(jìn)而為工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)極大的便利。本文從激光加工機(jī)器人的組成和類(lèi)型出發(fā)，闡述其控制方式，并且介紹激光加工機(jī)器人在生產(chǎn)領(lǐng)域中的具體應(yīng)用。

激光技術(shù)；機(jī)器人；工業(yè)生產(chǎn)

汽車(chē)制造的過(guò)程中需要涉及到零部件的生產(chǎn)、組裝、切割、焊接等多項(xiàng)工藝，采用人工的操作方式，不僅耗費(fèi)了大量的人力資源，并且受到操作人員技術(shù)水平的限制，經(jīng)常出現(xiàn)誤差，進(jìn)而影響到機(jī)械設(shè)備的精準(zhǔn)度。為了節(jié)省人力、降低成本，提高汽車(chē)的質(zhì)量，不斷研發(fā)新的生產(chǎn)工藝和制作技術(shù)。在生產(chǎn)和制造的過(guò)程中，將機(jī)器人技術(shù)、激光技術(shù)等技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，將其應(yīng)用到焊接、直接制造和模具的修復(fù)等多個(gè)環(huán)境，在智能化和自動(dòng)化設(shè)備的共同作用下，提高工業(yè)制成品的科技含量。

1 激光加工機(jī)器人的組成及類(lèi)型

1.1 激光加工機(jī)器人的組成

激光加工機(jī)器人是將激光技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行有效的融合，充分利用設(shè)備的工作原理，進(jìn)而更好地滿(mǎn)足生產(chǎn)和建設(shè)的需求，兩種技術(shù)融合后的所組成的新的機(jī)器人主要分為光纖耦合和傳輸洗系統(tǒng)、高功率可光纖傳輸激光器、激光加工頭、六自由度機(jī)器人本體等多個(gè)部分。多個(gè)部件進(jìn)行有效的組合之后，按照自身的性能和工作原理來(lái)從事不同的工作內(nèi)容，進(jìn)而保證機(jī)械設(shè)備的安全、有效、高速運(yùn)轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)如圖1。例如電源模塊為系統(tǒng)提供電源、C P U對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制、傳感器收集并傳輸數(shù)據(jù)信息等。

1.2 激光加工機(jī)器人的類(lèi)型

為了滿(mǎn)足不同的生產(chǎn)需求，機(jī)器人的系統(tǒng)有著較大的差別，所以機(jī)器人的類(lèi)型也不同。在研究的過(guò)程中將機(jī)器人按照結(jié)構(gòu)的不同而進(jìn)行劃分，一是框架式機(jī)器人，框架式機(jī)器人最大的優(yōu)點(diǎn)是有三坐標(biāo)高精度龍門(mén)框架，并且含有高功率激光機(jī)、傳輸光纖等多個(gè)組成部分，滿(mǎn)足機(jī)械設(shè)備智能化的需求；二是關(guān)節(jié)式機(jī)器人，此種機(jī)器人最大的優(yōu)點(diǎn)是組成部分較多，滿(mǎn)足多種工作的應(yīng)用需求。例如在機(jī)器人設(shè)備中含有六自由度本體系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)，高功率激光器等多個(gè)系統(tǒng)，由于關(guān)節(jié)式機(jī)器人加工能力較強(qiáng)，所以將其主要應(yīng)用到生產(chǎn)線(xiàn)上，替代人工來(lái)從事繁復(fù)的工作內(nèi)容。

圖1 典型工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)圖

2 激光加工機(jī)器人的控制方式

2.1 在線(xiàn)編程機(jī)器人

在線(xiàn)編程機(jī)器人是最早在實(shí)踐領(lǐng)域應(yīng)用的機(jī)器人，初具智能化設(shè)備代替人工工作的雛形，屬于第一代機(jī)器人。第一代機(jī)器人的智能化水平較低，需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需求對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。機(jī)器人在從事具體的工作之前，需要經(jīng)歷如下幾個(gè)步驟：一是技術(shù)人員根據(jù)機(jī)器人的作業(yè)條件和作業(yè)內(nèi)容，設(shè)置好加工路徑和加工參數(shù)；二是路徑和參數(shù)設(shè)立完畢之后，在示教盒中編程；三是設(shè)定程序之后啟動(dòng)程序，并將程序保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中；四是機(jī)器人按照設(shè)定的程序來(lái)從事簡(jiǎn)單、重復(fù)的工作內(nèi)容。由于機(jī)器人的工作內(nèi)容是代替人工來(lái)從事重復(fù)性較強(qiáng)的工作，大部分工作內(nèi)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(duì)編程人員的技術(shù)水平要求較低。

2.2 離線(xiàn)編程機(jī)器人

離線(xiàn)編程機(jī)器人是在在線(xiàn)編程機(jī)器人基礎(chǔ)之上而發(fā)展的，屬于第二代機(jī)器人。第二代機(jī)器人是指變成人員部分或者完全脫離機(jī)器人，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)編制工作中所需要的程序內(nèi)容。在計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代技術(shù)設(shè)備的輔助下，編程人員根據(jù)工作環(huán)境和對(duì)機(jī)器人的要求，建立幾何模型，然后按照工作程序?qū)⑵漭斎氲较到y(tǒng)內(nèi)部中，并將其導(dǎo)入到機(jī)器人設(shè)備中，機(jī)器人按照編程中的內(nèi)容來(lái)完成指定的任務(wù)，并且保證任務(wù)完成的質(zhì)量。同時(shí)工作人員在應(yīng)用機(jī)器人的過(guò)程中直接調(diào)用系統(tǒng)中所設(shè)定的數(shù)據(jù)，避免出現(xiàn)重復(fù)編程和調(diào)試的現(xiàn)象。采用離線(xiàn)編程機(jī)器人的方式，不僅降低了編程、調(diào)試等方面的成本，同時(shí)其安全性能更好，更好地為生產(chǎn)服務(wù)，極大地提高了生產(chǎn)效率。

2.3 智能自主編程機(jī)器人

智能自主編程機(jī)器人是第三代機(jī)器人，此階段的機(jī)器人向智能化的方向發(fā)展。機(jī)器人中安放了傳感器，其通過(guò)傳感器收集數(shù)據(jù)資料，并且利用系統(tǒng)中所設(shè)定的數(shù)據(jù)和資料來(lái)分析其所收集的資料，能夠根據(jù)工作環(huán)境和工作要求來(lái)編訂相應(yīng)的程序。第三代機(jī)器人能夠感知外界的變化，自身對(duì)行動(dòng)內(nèi)容做出規(guī)劃并做出調(diào)整，進(jìn)而出色地完成工作任務(wù)。

3 激光加工機(jī)器人技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用

3.1 機(jī)器人激光焊接

焊接是流水線(xiàn)生產(chǎn)中常見(jiàn)的工序，需要大量的人工。焊接工作不僅對(duì)焊接精度有著較高的要求，而且對(duì)操作人員的身體、眼睛產(chǎn)生較大的傷害。同時(shí)人工操作受到施工環(huán)境和個(gè)人技術(shù)水平的限制，經(jīng)常出現(xiàn)焊接點(diǎn)不牢靠、不美觀等現(xiàn)象。汽車(chē)領(lǐng)域應(yīng)用焊接技術(shù)最為普遍，是最早將機(jī)器人焊接技術(shù)引進(jìn)流水線(xiàn)生產(chǎn)體系中工業(yè)生產(chǎn)單位，雖然較人工操作有較大的進(jìn)步，但其效果較機(jī)器人激光焊接技術(shù)較低。機(jī)器人激光焊接的優(yōu)越性主要表現(xiàn)為：一是提高了焊接的速度和精度，進(jìn)而提高車(chē)身的剛度；二是為車(chē)身的性能和安全性提供了保證，提高車(chē)輛的安全系數(shù)；三是機(jī)關(guān)焊接無(wú)需與車(chē)身直接接觸，保證了車(chē)身線(xiàn)條的流暢性；四是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，機(jī)器人可以自行調(diào)節(jié)，同時(shí)從事多個(gè)工作內(nèi)容，避免一個(gè)機(jī)器人只從事一項(xiàng)工作內(nèi)容所造成的場(chǎng)地、資源、時(shí)間等方面的浪費(fèi)。

3.2 機(jī)器人激光切割

在工業(yè)生產(chǎn)中需要對(duì)零部件進(jìn)行切割，進(jìn)而制作出滿(mǎn)足應(yīng)用需求的零部件。機(jī)器人切割的速度不僅較快，同時(shí)精度更高，已經(jīng)普偏低應(yīng)用到汽車(chē)制造領(lǐng)域?，F(xiàn)階段在通用汽車(chē)公司、大眾汽車(chē)公司的汽車(chē)生產(chǎn)線(xiàn)上，已經(jīng)大批量地引進(jìn)并應(yīng)用機(jī)器人激光切割技術(shù)。采用機(jī)器人激光切割的方式來(lái)切割車(chē)身，車(chē)身的線(xiàn)條更加流暢、自然，滿(mǎn)足客戶(hù)的需求。

3.3 機(jī)器人激光再制造

機(jī)器人激光再制造技術(shù)的應(yīng)用是由于現(xiàn)有的制作產(chǎn)品出現(xiàn)破損，對(duì)其進(jìn)行修復(fù)，其應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)為受熱范圍小，在高能量的作用下，有效地保護(hù)基體材料。由于機(jī)器人激光再制造技術(shù)所具有的優(yōu)點(diǎn)，將其廣泛地應(yīng)用到汽車(chē)模具修復(fù)和冶金工業(yè)中。汽車(chē)模具是汽車(chē)生產(chǎn)的重要依據(jù)，模具不僅制作工藝復(fù)雜而且價(jià)格較高，為了減少模具對(duì)汽車(chē)生產(chǎn)的影響，所以要對(duì)其進(jìn)行修復(fù)。采用常規(guī)的修復(fù)技術(shù)需要注入大量的熱量，并且受到熱量和修復(fù)技術(shù)的影響，模具在修復(fù)的過(guò)程中經(jīng)常存在變形的現(xiàn)象。將機(jī)器人激光再制造技術(shù)應(yīng)用之后，修復(fù)模具的工作不僅簡(jiǎn)單容易，而且修復(fù)質(zhì)量更高。在冶金工業(yè)中，軋輥受到工作環(huán)境的影響，經(jīng)常出現(xiàn)損傷，使用周期較短，并且軋輥的價(jià)格較高，增加了生產(chǎn)成本，利用機(jī)器人激光再制造技術(shù)對(duì)其進(jìn)行修復(fù)，降低生產(chǎn)成本。

3.4 機(jī)器人激光直接制造

激光機(jī)器人自身所具有的特點(diǎn)和優(yōu)越性能，能夠滿(mǎn)足生產(chǎn)和制造等多個(gè)領(lǐng)域的需求，機(jī)器人激光技術(shù)不僅可以應(yīng)用到再制造領(lǐng)域中，對(duì)模具和機(jī)械設(shè)備進(jìn)行修復(fù)，保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行，同時(shí)也可以應(yīng)用到直接制造的過(guò)程中。在直接制造領(lǐng)域，激光加工機(jī)器人比傳統(tǒng)的機(jī)器人自由度更高，能夠較好地調(diào)整生產(chǎn)空間的曲面，并且處理曲面上復(fù)雜的程序和部分。在生產(chǎn)的過(guò)程中直接應(yīng)用激光加工機(jī)器人，不僅生產(chǎn)效率提升，而且其產(chǎn)品的質(zhì)量較高，為社會(huì)提供更多高質(zhì)量、高品質(zhì)的產(chǎn)品。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)的發(fā)展與進(jìn)步，人們認(rèn)識(shí)到機(jī)器人替代人工生產(chǎn)和操作所具有的優(yōu)越性。在工業(yè)生產(chǎn)的同時(shí)不斷提高其生產(chǎn)工藝，促使機(jī)器人技術(shù)廣泛地應(yīng)用到生產(chǎn)和制造領(lǐng)域。技術(shù)隨著生產(chǎn)需求的變化而變化，傳統(tǒng)的機(jī)器人技術(shù)無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)階段的生產(chǎn)需求之后，將其與激光技術(shù)進(jìn)行融合，推動(dòng)激光加工機(jī)器人的發(fā)展與應(yīng)用。在現(xiàn)階段的汽車(chē)制造、冶金工業(yè)中應(yīng)用激光切割、制造、焊接等多項(xiàng)技術(shù)，極大地提高了生產(chǎn)力。

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