激光加工机器人技术及工业应用研究

关彤

摘要：就激光加工机器人技术来讲，其是基于激光技术和机器人技术整合下衍生出来的。伴随着社会的不断进步以及科学的持续发展，激光加工机器人技术的研发工作成为目前多个国家致力研究的领域。将激光加工机器人技术应用到汽车制造当中，一方面可以释放更多的人力资源，另一方面也能促进汽车制造质量的充分提升。以整体角度为立足点而言，激光加工机器人技术具有重要的应用价值。

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.

關键词：激光加工机器人;工业应用;研究

Key words： laser processing robot;industrial application;research

中图分类号：TP242.2                                    文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）01-0270-03

0  引言

从本质来讲，激光加工机器人技术就是以信息化时代为载体逐步出现的一种新的科学技术产物，近年来，激光加工机器人技术在工业领域中得到了广泛的应用，尤其是在汽车工业方面的应用更为突出。激光加工机器人技术是机电学工作原理、光学工作原理以及电力学工作原理结合而成，从而在机器人和激光技术整合基础上，推动了工业加工机械设施柔性、效率的提升，从一定程度来讲是工业生产质量得以提升的重要途径。正因为如此，激光加工机器人技术逐步实现了科学化和现代化的工业生产目标，是促进我国经济发展和社会发展的基础和动力。对此，本文主要将激光加工机器人技术及工业应用作为研究内容，以激光加工机器人技术构成、原理和类型作为切入点进行了阐述，并从多个方面阐述了激光加工机器人技术在工业中的应用。

1  激光加工机器人技术构成、原理及类型

1.1 激光加工机器人技术的构成

就激光加工机器人来讲，以激光技术和机器人技术整合为背景，对设备工作原理予以的充分利用，以此与生产和建设需求相吻合。在激光技术和机器人技术整合下形成的新的机器人主要是由光纤耦合、传输系统等在内的过个部分所构成，且各部件整合后，其工作内容会受到其自身性能和工作原理的影响而进行合理分工，以此保证机械设备能够在安全、有效的环境下高速运转，其结构图如图1所示。在CPU支撑下可以实现对系统的整体控制，同时，还可以对各模块采集到的数据信息进行整理，为后续计算、比较和判断奠定基础，这一过程中无论是喇叭、电机还是LCD都是确保输出得以顺利进行的重要模块;传感器在对外界环境信息采集和感触外界环境变化的基础上实现向CPU的传输;则是整个系统稳定运行的电源支撑。

1.2 激光加工机器人技术的原理

对激光加工机器人技术原理剖析可知，高功率激光器是激光的主要来源地，同时借助光纤耦合辅助，确保向激光光束变换光学系统予以传输这一过程的顺利进行。之后，由于受到整形聚焦的影响与作用，光束得以进入到激光加工头中。按照切割、焊接和熔覆等不同作用可以选择出具有差异性的激光加工头，并将高压气体、送丝机、送粉器等不同材料进给系统。一般来讲，六自由度机器人手臂末端是激光加工头的位置所在，这也决定了其运动轨迹和激光加工参数必然会由机器人数字控制系统来控制[2]。首先，激光加工操作人员需要对机器人示教盒为平台和辅助，以此开展编程示教，或者还可以在计算机运用下实现离线编程。其次，材料进给系统会对高压气体、金属丝和金属粉末等材料进行整合，并以此为基础，将其输入到激光加工头当中。高功率激光与进给材料的相互作用促进了加工任务的完成。最后，机器视觉系统会围绕加工区域展开相应的检测活动，并持续性的向机器人控制系统反馈检测信号，以此达到控制加工过程的目的。

1.3 激光加工机器人的类型

为了使多样化的生产需求得到满足，机器人系统千差万别，基于此，机器人类型也会存在一定的差异。就研究过程而言，在对机器人进行划分时，可以根据结构不同将其划分为不同类型。第一，框架式机器人。三坐标高精度龙门框架是框架式机器人最为突出的优势所在。同时，框架式机器人中高功率激光机和传输光纤等发挥的重要作用也不容忽视，满足了机械设备智能化的需求。第二，关节式机器人。通过对此类机器人剖析可知，其构成相对而言较为复杂，这也是其能够满足多样化的工作应用需求的重要保障。例如六自由度本体系统、检测系统等都是构成此类型机器人的重要组成系统。同时，关节式机器人具有较强的加工能力，鉴于此，生产线上应用较为广泛，从而有效替代了以往人工进行繁复工作内容的情况。

2  激光加工机器人技术在工业中的应用阐述

近年来，随着社会的不断进步以及科学技术的迅猛发展，工业机器人技术已呈现出了成熟性特点，这也是其作为标准设备并在工业领域广泛应用的原因所在。就我国来讲，无论是在机械制造业、汽车制造业还是钢铁企业中都将激光机器人技术应用到日常生产当中。

2.1 机器人激光焊接技术

目前，激光加工机器人技术在汽车领域中运用的比较广泛，在汽车生产过程中，流水线制造工作必不可缺，这样才能保证生产的顺利进行。而焊接工序则是流水线制造工作中的关键环节，并对机器人激光焊接技术予以了应用。反观以往机器人焊接可以得知，电阻点焊技术应用较多，以此实现车身与零部件的焊接工作，机器人激光焊接则具有传统机器人焊接不可比拟的优势，例如可以在保证焊接精度的同时提升焊接速度，车身刚度也有所增强[3]。在机器人激光焊接技术应用下，不仅提升了汽车的生产效率，而且车身质量和安全性也提高到了更高的层次。同时，在应用机器人激光焊接的过程中，避免了直接接触，在此背景下，也促进了汽车现代化的提升。另外，大批量生产是汽车流水线生产过程中的显著特点，所以，想要使生产需求得到保障，还要将网络技术应用到生产过程中，以此推动具有完善性的工作站的建立，这样也为多个激光焊接机器人工作的同时进行提供了保證。

2.2 机器人激光切割技术

激光加工技术涵盖的内容相对丰富，而激光切割技术就是构成激光加工技术的重要组成部分，早期国外汽车生产时，激光机器人切割技术就已经得到了应用。现阶段，机器人激光技术在大众公司和通用公司也得到了应用，这样不仅赋予了车身切割人性化，而且客户需求也得到了更好地满足。

2.3 机器人激光热处理技术

近年来，科学技术和汽车行业都呈现了迅猛发展的态势，汽车在线生产和现场生产也面临着更加严峻的挑战，对其需求也有了显著的提升。对此，想要确保在线生产和现场生产的更好开展，国外围绕此方面展开了深入的研究，在此背景下，机器人激光热处理技术应运而生，并在后续推广和应用过程中取得了较为突出的成果[4]。目前，机器人激光热处理技术在我国汽车行业中也得到了较为广泛的应用，以上汽通用五菱汽车股份有限公司为例，在此项技术应用下，一方面模具的使用寿命得到了显著的提升，另一方面也提高了生产质量和生产效率。

2.4 机器人激光直接制造技术

机器人激光直接制造技术在工业领域中有着较为突出的应用优势，同时，此技术作用想要得到充分发挥需要有激光加工机器人为支撑。就激光加工机器人来讲，无论是机器人激光直接制造技术还是机器人激光再制造技术都可以完成。此外，激光加工机器人具有的高自由度是传统机器人不可比拟的，然而，由于受到生产空间曲面等客观条件的限制，所以在进行生产工作时也会更具复杂性。而激光加工机器人应用为直接制造生产提供了保障，其生产出的产品质量较之前也有了显著的提升。

2.5 机器人激光再制造技术

上述提到，激光加工机器人是促进机器人激光直接制造技术和机器人激光再制造技术得以完成的重要支撑。一般来讲，根据机器人激光再造技术特征可以发现，它属于一种修复技术，但是将其与其他技术对比而言，又有着其他技术无法匹及的优势。第一，其激光能量密度可以保持在较高的状态下，而受热范围也相对较小，基体材料性能能够得到保护。第二，机器人激光再制造技术在大型汽车模具修复中作用显著。众所周知，大型汽车模具具有成本高昂特点，如果采用常规的修复技术，必须需要有充足的热量的注入为保障，在此背景下，修复过程中可控性较低，模具也会受到连带影响，汽车生产顺利开展无法得到保障。机器人激光再制造技术的应用，避免了以往修复过程中存在的弊端，简化了模具修复过程，修复质量也有了充分的提升[5]。第三，在冶金大型轧辊、穿头修复中作用显著。纵观冶金工业可以看出，不仅轧辊数量较多，而且每只轧辊价格高昂。将其置于具体工作环境下，轧辊极易受到多方面因素的影响，其使用周期和寿命也得不到保证。穿头是对无缝钢管予以生产的过程中应用的，就实际生产过程而言，需要消耗许多的穿头数量。而将激光再制造技术进行应用，可以使无缝钢管生产实现连续化，以往存在于生产过程中的不足也能得到有效的解决和避免，生产质量和效率也能得到同步的提升。

3  结束语

随着科学的发展和社会的进步，机器人逐渐代替人工生产和操作，人们对机器人技术的优势也有了更为深刻的认识，就工业生产过程来讲，不仅生产工艺有所提升，而且也为机器人技术的广泛应用提供了契机。然而，传统的机器人技术与现阶段生产需求的矛盾性越发突出，激光加工机器人的发展与应用成为必然。将激光加工机器人技术应用到汽车制造或冶金工业中，对生产力的提高具有重要意义。

参考文献：

[1]程伟.激光加工机器人技术及工业应用分析[J].科技展望，2016，26（14）：170.

[2]卢浩飞.激光加工机器人技术及工业应用[J].中国设备工程，2017（04）：106-107.

[3]李坤全，文睿.激光加工机器人技术及工业应用[J].中国设备工程，2017（08）：136-137.

[4]陈建帮，杨伟.浅谈激光加工机器人技术及其工业应用[J].农村经济与科技，2018，29（10）：290.

[5]姜付兵，石世宏，石拓，傅戈雁，朱刚贤.基于光内送粉技术的激光加工机器人曲面熔覆试验研究[J].中国激光，2015，42（08）：114-120.