激光加工機(jī)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(jī)器人技術(shù)來(lái)講，其是基于激光技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)整合下衍生出來(lái)的。伴隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步以及科學(xué)的持續(xù)發(fā)展，激光加工機(jī)器人技術(shù)的研發(fā)工作成為目前多個(gè)國(guó)家致力研究的領(lǐng)域。將激光加工機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用到汽車制造當(dāng)中，一方面可以釋放更多的人力資源，另一方面也能促進(jìn)汽車制造質(zhì)量的充分提升。以整體角度為立足點(diǎn)而言，激光加工機(jī)器人技術(shù)具有重要的應(yīng)用價(jià)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(jī)器人;工業(yè)應(yīng)用;研究

Key words： laser processing robot;industrial application;research

中圖分類號(hào)：TP242.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2020）01-0270-03

0 ?引言

從本質(zhì)來(lái)講，激光加工機(jī)器人技術(shù)就是以信息化時(shí)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(lái)，激光加工機(jī)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(jī)器人技術(shù)是機(jī)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(jī)器人和激光技術(shù)整合基礎(chǔ)上，推動(dòng)了工業(yè)加工機(jī)械設(shè)施柔性、效率的提升，從一定程度來(lái)講是工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量得以提升的重要途徑。正因?yàn)槿绱?，激光加工機(jī)器人技術(shù)逐步實(shí)現(xiàn)了科學(xué)化和現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)目標(biāo)，是促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)和動(dòng)力。對(duì)此，本文主要將激光加工機(jī)器人技術(shù)及工業(yè)應(yīng)用作為研究?jī)?nèi)容，以激光加工機(jī)器人技術(shù)構(gòu)成、原理和類型作為切入點(diǎn)進(jìn)行了闡述，并從多個(gè)方面闡述了激光加工機(jī)器人技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用。

1 ?激光加工機(jī)器人技術(shù)構(gòu)成、原理及類型

1.1 激光加工機(jī)器人技術(shù)的構(gòu)成

就激光加工機(jī)器人來(lái)講，以激光技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)整合為背景，對(duì)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(jī)器人技術(shù)整合下形成的新的機(jī)器人主要是由光纖耦合、傳輸系統(tǒng)等在內(nèi)的過(guò)個(gè)部分所構(gòu)成，且各部件整合后，其工作內(nèi)容會(huì)受到其自身性能和工作原理的影響而進(jìn)行合理分工，以此保證機(jī)械設(shè)備能夠在安全、有效的環(huán)境下高速運(yùn)轉(zhuǎn)，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。在CPU支撐下可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的整體控制，同時(shí)，還可以對(duì)各模塊采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整理，為后續(xù)計(jì)算、比較和判斷奠定基礎(chǔ)，這一過(guò)程中無(wú)論是喇叭、電機(jī)還是LCD都是確保輸出得以順利進(jìn)行的重要模塊;傳感器在對(duì)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(shí)現(xiàn)向CPU的傳輸;則是整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的電源支撐。

1.2 激光加工機(jī)器人技術(shù)的原理

對(duì)激光加工機(jī)器人技術(shù)原理剖析可知，高功率激光器是激光的主要來(lái)源地，同時(shí)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(guò)程的順利進(jìn)行。之后，由于受到整形聚焦的影響與作用，光束得以進(jìn)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(jī)、送粉器等不同材料進(jìn)給系統(tǒng)。一般來(lái)講，六自由度機(jī)器人手臂末端是激光加工頭的位置所在，這也決定了其運(yùn)動(dòng)軌跡和激光加工參數(shù)必然會(huì)由機(jī)器人數(shù)字控制系統(tǒng)來(lái)控制[2]。首先，激光加工操作人員需要對(duì)機(jī)器人示教盒為平臺(tái)和輔助，以此開(kāi)展編程示教，或者還可以在計(jì)算機(jī)運(yùn)用下實(shí)現(xiàn)離線編程。其次，材料進(jìn)給系統(tǒng)會(huì)對(duì)高壓氣體、金屬絲和金屬粉末等材料進(jìn)行整合，并以此為基礎(chǔ)，將其輸入到激光加工頭當(dāng)中。高功率激光與進(jìn)給材料的相互作用促進(jìn)了加工任務(wù)的完成。最后，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)會(huì)圍繞加工區(qū)域展開(kāi)相應(yīng)的檢測(cè)活動(dòng)，并持續(xù)性的向機(jī)器人控制系統(tǒng)反饋檢測(cè)信號(hào)，以此達(dá)到控制加工過(guò)程的目的。

1.3 激光加工機(jī)器人的類型

為了使多樣化的生產(chǎn)需求得到滿足，機(jī)器人系統(tǒng)千差萬(wàn)別，基于此，機(jī)器人類型也會(huì)存在一定的差異。就研究過(guò)程而言，在對(duì)機(jī)器人進(jìn)行劃分時(shí)，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(jī)器人。三坐標(biāo)高精度龍門(mén)框架是框架式機(jī)器人最為突出的優(yōu)勢(shì)所在。同時(shí)，框架式機(jī)器人中高功率激光機(jī)和傳輸光纖等發(fā)揮的重要作用也不容忽視，滿足了機(jī)械設(shè)備智能化的需求。第二，關(guān)節(jié)式機(jī)器人。通過(guò)對(duì)此類機(jī)器人剖析可知，其構(gòu)成相對(duì)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(cè)系統(tǒng)等都是構(gòu)成此類型機(jī)器人的重要組成系統(tǒng)。同時(shí)，關(guān)節(jié)式機(jī)器人具有較強(qiáng)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(jìn)行繁復(fù)工作內(nèi)容的情況。

2 ?激光加工機(jī)器人技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用闡述

近年來(lái)，隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步以及科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)已呈現(xiàn)出了成熟性特點(diǎn)，這也是其作為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備并在工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的原因所在。就我國(guó)來(lái)講，無(wú)論是在機(jī)械制造業(yè)、汽車制造業(yè)還是鋼鐵企業(yè)中都將激光機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用到日常生產(chǎn)當(dāng)中。

2.1 機(jī)器人激光焊接技術(shù)

目前，激光加工機(jī)器人技術(shù)在汽車領(lǐng)域中運(yùn)用的比較廣泛，在汽車生產(chǎn)過(guò)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(jìn)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(duì)機(jī)器人激光焊接技術(shù)予以了應(yīng)用。反觀以往機(jī)器人焊接可以得知，電阻點(diǎn)焊技術(shù)應(yīng)用較多，以此實(shí)現(xiàn)車身與零部件的焊接工作，機(jī)器人激光焊接則具有傳統(tǒng)機(jī)器人焊接不可比擬的優(yōu)勢(shì)，例如可以在保證焊接精度的同時(shí)提升焊接速度，車身剛度也有所增強(qiáng)[3]。在機(jī)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(shí)，在應(yīng)用機(jī)器人激光焊接的過(guò)程中，避免了直接接觸，在此背景下，也促進(jìn)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(guò)程中的顯著特點(diǎn)，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(guò)程中，以此推動(dòng)具有完善性的工作站的建立，這樣也為多個(gè)激光焊接機(jī)器人工作的同時(shí)進(jìn)行提供了保證。

2.2 機(jī)器人激光切割技術(shù)

激光加工技術(shù)涵蓋的內(nèi)容相對(duì)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(guó)外汽車生產(chǎn)時(shí)，激光機(jī)器人切割技術(shù)就已經(jīng)得到了應(yīng)用。現(xiàn)階段，機(jī)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(jī)器人激光熱處理技術(shù)

近年來(lái)，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(shì)，汽車在線生產(chǎn)和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)也面臨著更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，對(duì)其需求也有了顯著的提升。對(duì)此，想要確保在線生產(chǎn)和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的更好開(kāi)展，國(guó)外圍繞此方面展開(kāi)了深入的研究，在此背景下，機(jī)器人激光熱處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并在后續(xù)推廣和應(yīng)用過(guò)程中取得了較為突出的成果[4]。目前，機(jī)器人激光熱處理技術(shù)在我國(guó)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(xiàng)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(jī)器人激光直接制造技術(shù)

機(jī)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(shì)，同時(shí)，此技術(shù)作用想要得到充分發(fā)揮需要有激光加工機(jī)器人為支撐。就激光加工機(jī)器人來(lái)講，無(wú)論是機(jī)器人激光直接制造技術(shù)還是機(jī)器人激光再制造技術(shù)都可以完成。此外，激光加工機(jī)器人具有的高自由度是傳統(tǒng)機(jī)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(jìn)行生產(chǎn)工作時(shí)也會(huì)更具復(fù)雜性。而激光加工機(jī)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(jī)器人激光再制造技術(shù)

上述提到，激光加工機(jī)器人是促進(jìn)機(jī)器人激光直接制造技術(shù)和機(jī)器人激光再制造技術(shù)得以完成的重要支撐。一般來(lái)講，根據(jù)機(jī)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(duì)比而言，又有著其他技術(shù)無(wú)法匹及的優(yōu)勢(shì)。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(duì)較小，基體材料性能能夠得到保護(hù)。第二，機(jī)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(diǎn)，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(guò)程中可控性較低，模具也會(huì)受到連帶影響，汽車生產(chǎn)順利開(kāi)展無(wú)法得到保障。機(jī)器人激光再制造技術(shù)的應(yīng)用，避免了以往修復(fù)過(guò)程中存在的弊端，簡(jiǎn)化了模具修復(fù)過(guò)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?？v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(jià)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(duì)無(wú)縫鋼管予以生產(chǎn)的過(guò)程中應(yīng)用的，就實(shí)際生產(chǎn)過(guò)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(jìn)行應(yīng)用，可以使無(wú)縫鋼管生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)連續(xù)化，以往存在于生產(chǎn)過(guò)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(yǔ)

隨著科學(xué)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，機(jī)器人逐漸代替人工生產(chǎn)和操作，人們對(duì)機(jī)器人技術(shù)的優(yōu)勢(shì)也有了更為深刻的認(rèn)識(shí)，就工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程來(lái)講，不僅生產(chǎn)工藝有所提升，而且也為機(jī)器人技術(shù)的廣泛應(yīng)用提供了契機(jī)。然而，傳統(tǒng)的機(jī)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(jī)器人的發(fā)展與應(yīng)用成為必然。將激光加工機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用到汽車制造或冶金工業(yè)中，對(duì)生產(chǎn)力的提高具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]程偉.激光加工機(jī)器人技術(shù)及工業(yè)應(yīng)用分析[J].科技展望，2016，26（14）：170.

[2]盧浩飛.激光加工機(jī)器人技術(shù)及工業(yè)應(yīng)用[J].中國(guó)設(shè)備工程，2017（04）：106-107.

[3]李坤全，文睿.激光加工機(jī)器人技術(shù)及工業(yè)應(yīng)用[J].中國(guó)設(shè)備工程，2017（08）：136-137.

[4]陳建幫，楊偉.淺談激光加工機(jī)器人技術(shù)及其工業(yè)應(yīng)用[J].農(nóng)村經(jīng)濟(jì)與科技，2018，29（10）：290.

[5]姜付兵，石世宏，石拓，傅戈雁，朱剛賢.基于光內(nèi)送粉技術(shù)的激光加工機(jī)器人曲面熔覆試驗(yàn)研究[J].中國(guó)激光，2015，42（08）：114-120.