隨著最新新興技術(shù)能力的提升和制造業(yè)創(chuàng)新的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展前景正發(fā)生著迅速的變化，新的發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用領(lǐng)域也隨之涌現(xiàn)。激光加工作為一種嶄新的加工方法應(yīng)用極其廣泛，在眾多加工領(lǐng)域中都得到了成功的應(yīng)用。近十年來(lái)，激光加工的發(fā)展日新月異。先進(jìn)制造領(lǐng)域在智能化、自動(dòng)化和信息化技術(shù)等方面的進(jìn)步促進(jìn)了機(jī)器人技術(shù)與激光技術(shù)的融合。因此機(jī)器人和激光兩種智能制造、先進(jìn)制造工具已經(jīng)成為制造業(yè)中的標(biāo)配，兩種先進(jìn)技術(shù)的結(jié)合將會(huì)使兩種技術(shù)發(fā)揮到極致，徹底實(shí)現(xiàn)工業(yè)實(shí)踐的現(xiàn)代化。

在激光切割、激光焊接、激光硬釬焊、激光熔敷、激光硬化以及激光復(fù)合焊接等先進(jìn)加工技術(shù)中，機(jī)器人起著無(wú)可比擬的作用。

激光切割機(jī)器人系統(tǒng)

隨著高功率光釬激光器的問(wèn)世，以及工業(yè)機(jī)器人定位精度的不斷提高，利用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行激光切割，是當(dāng)今機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域和激光切割領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)。機(jī)器人激光切割系統(tǒng)是一個(gè)固定的激光發(fā)生器和一個(gè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)序列的創(chuàng)新結(jié)合，通過(guò)將激光束引導(dǎo)裝置完全集成在機(jī)器人手臂中，這就需要機(jī)器人手臂的靈活性和高精度。

典型代表有Kuka機(jī)器人的3D laser nonmetal cutting三維激光非金屬切割，激光束以ROBOTRV6L-CO2二氧化碳激光機(jī)器人為中心，在精確機(jī)械手的操控下，激光束在工件上移動(dòng)。當(dāng)Kuka機(jī)器人跟蹤工件的輪廓時(shí)，激光束工作，達(dá)到切削的效果。ROBOTRV6L-CO2機(jī)器人如圖1所示，它是高精度高柔性的五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)器人，路徑重復(fù)精度很高，而且在規(guī)定的有效負(fù)荷下，其所占用的空間很小。此套LASER ROBOT RV6L-CO2二氧化碳激光機(jī)器人系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在車輛內(nèi)外飾件、車門和車廂內(nèi)飾，A、B、C柱內(nèi)飾，儀表盤、頂棚、扶手等非金屬材料的切割和打孔。

國(guó)內(nèi)運(yùn)用機(jī)器人進(jìn)行激光切割的企業(yè)很多，并且已經(jīng)使用工業(yè)機(jī)器人作為激光運(yùn)動(dòng)控制的對(duì)象，在機(jī)器人市場(chǎng)一路走紅的背景下，作為機(jī)器人制造工藝中不可或缺的激光切割市場(chǎng)定是前景大好。

Kuka公司內(nèi)導(dǎo)光ROBOT RV6L-CO2二氧化碳激光機(jī)器人

激光焊接機(jī)器人系統(tǒng)激光熔焊

目前在國(guó)內(nèi)外汽車產(chǎn)業(yè)中，激光焊接機(jī)器人已成為最先進(jìn)的制造技術(shù)，獲得了廣泛應(yīng)用。德國(guó)大眾汽車、美國(guó)通用汽車、日本豐田汽車等汽車裝配生產(chǎn)線上，已大量采用激光焊接機(jī)器人代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電阻點(diǎn)焊設(shè)備，不僅提高了產(chǎn)品質(zhì)量和檔次，而且減輕了汽車車身重量，節(jié)約了大量材料，使企業(yè)獲得很高的經(jīng)濟(jì)效益，提高了企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。

由于常見(jiàn)的焊接機(jī)器人大多采用“示教再現(xiàn)”的操作模式而存在加工誤差和焊接熱變形，從而造成焊接質(zhì)量下降和焊接缺陷,具備焊縫實(shí)時(shí)跟蹤功能的焊接機(jī)器人是解決該問(wèn)題的主要手段。采用焊縫實(shí)時(shí)跟蹤可以有效的提高產(chǎn)品成品率，具有此功能的激光焊接機(jī)器人的典型代表有Kuka機(jī)器人的激光熔焊系統(tǒng)。

Kuka公司內(nèi)導(dǎo)光ROBOT RV6L-CO2二氧化碳激光機(jī)器人

機(jī)器人激光硬釬焊

激光硬釬焊是利用激光作為熱源，是一種高精度、高自動(dòng)化、高柔性的焊接工藝，可實(shí)現(xiàn)不同材料間的連接，具有更好的間隙適應(yīng)性、更低的熱輸入量、更快的加工速度和可獲得非常好的表面質(zhì)量，連接可靠、全連通率高、熱影響小。在國(guó)內(nèi)外汽車產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用范圍較廣，可實(shí)現(xiàn)汽車后尾蓋和汽車車門的焊接，激光焊接汽車蓋板和車門特點(diǎn)：

■零件連接無(wú)需裝飾板；

■焊縫直接成型無(wú)需打磨；

■自動(dòng)化程度提高節(jié)省人工；

■快節(jié)拍可滿足產(chǎn)量需求。

Kuka激光機(jī)器人應(yīng)用于汽車車門激光釬焊

機(jī)器人激光熔覆

激光熔覆的工藝參數(shù)主要有激光功率、激光光斑直徑、光斑離焦量、粉末送粉速度、掃描速度、預(yù)熱溫度等。這些參數(shù)對(duì)熔覆層的稀釋率、表面粗糙度、裂紋以及熔覆零件的致密性等有很大影響。

各參數(shù)之間也相互影響，相互匹配，是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，須采用合理的控制方法將這些參數(shù)控制在激光熔覆工藝允許的范圍內(nèi)。同時(shí)激光熔覆修復(fù)與強(qiáng)化工作是一個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)化的動(dòng)作，不同于生產(chǎn)線上的批量產(chǎn)品。工件損壞的位置大多為隨機(jī)和復(fù)雜的，即使是經(jīng)常磨損的也只是極少數(shù)產(chǎn)品之間的相同部位，而且很多部位表面不一定是直線或有規(guī)律的曲面，這就要求加工頭在一套加工動(dòng)作中需要根據(jù)要求以很多不同的姿態(tài)進(jìn)行工作，傳統(tǒng)的多軸機(jī)床很難實(shí)現(xiàn)。

通常是使用操作人員手工操作加工頭進(jìn)行人工作業(yè)，同時(shí)如前所述，還要及時(shí)根據(jù)情況調(diào)整工藝參數(shù)，這對(duì)于操作人員的技術(shù)手法、熟練程度以及專注度等要求將非常高。而且這種激光熔覆方法會(huì)產(chǎn)生被加工區(qū)的高溫、激光反射或照射的危害、加工產(chǎn)生的電弧光以及粉末飛濺產(chǎn)生的空氣粉塵污染等問(wèn)題，都會(huì)對(duì)一線操作人員的身體健康造成危害。而使用的激光機(jī)器人系統(tǒng)則不可同日而語(yǔ)，其機(jī)械手臂在很多動(dòng)作上可以模擬人的手臂進(jìn)行動(dòng)作，同時(shí)其強(qiáng)大的電氣控制功能可以將熔覆工藝要求的參數(shù)預(yù)置在系統(tǒng)中進(jìn)行及時(shí)的調(diào)用和搭配，機(jī)器人可以在運(yùn)行的命令中加入各種外部控制指令，從而使得這項(xiàng)工作可以在預(yù)先編程設(shè)定之后進(jìn)行無(wú)人化工作，避免對(duì)操作人員造成危害的同時(shí)也防止大工件長(zhǎng)時(shí)間工作產(chǎn)生的疲勞。而且機(jī)器人在參數(shù)的控制上比人工方式要準(zhǔn)確很多。

目前市場(chǎng)上機(jī)器人激光熔覆很多，以kuka機(jī)器人激光熔覆系統(tǒng)為例，圖4為kuka機(jī)器人進(jìn)行激光金屬沉積熔覆的過(guò)程。使用這種工業(yè)機(jī)器人，在激光修復(fù)工作中既可以替代人工手動(dòng)操作避免人為的手動(dòng)誤差，又可以準(zhǔn)確的設(shè)定加工參數(shù)實(shí)現(xiàn)即時(shí)有效的控制，還可以避免工作中環(huán)境因素對(duì)人體的傷害。兩種先進(jìn)技術(shù)的有效融合使得零件修補(bǔ)和強(qiáng)化這種傳統(tǒng)工作變得更加具有發(fā)展前景。

Kuka機(jī)器人激光沉積熔覆系統(tǒng)在工作中

機(jī)器人激光硬化處理

硬化是施加在鋼件上的一種表面熱處理，能大大增強(qiáng)鋼件的硬度。這對(duì)于需要高耐磨性的鋼件如鋼板沖壓模具來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。首先進(jìn)行一個(gè)高800-1000℃的加熱過(guò)程，然后進(jìn)行快速的冷卻。這會(huì)使得鋼的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。如果硬化使用激光來(lái)進(jìn)行，因?yàn)樗且粋€(gè)高度局域化的熱源，它會(huì)使得只有表面會(huì)被硬化，而將零件的核心保留在它們的原始狀態(tài)；“從而使得零件不那么脆，而且由于作用在上面的熱比較少，零件的扭曲也會(huì)小得多。再加上機(jī)器人的靈活性，機(jī)器人激光這種柔性系統(tǒng)的引進(jìn)，使得激光硬化可以高效進(jìn)行操作，從較復(fù)雜的小型原件到大型重量級(jí)原件都可以處理。

kuka機(jī)器人激光硬化處理系統(tǒng)及其正在工作的圖片

機(jī)器人激光-電焊復(fù)合焊接

激光-電弧焊復(fù)合焊接相對(duì)于單獨(dú)采用激光焊或者單獨(dú)使用電焊來(lái)說(shuō)主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于：1、焊接熔深的加大；2、對(duì)接間隙的加大；3、焊接速度增大，可達(dá)到激光焊接速度的兩倍。

因此機(jī)器人激光氣弧焊系統(tǒng)的使用使得加工范圍更廣；高的自動(dòng)化焊接速度與完美的焊縫質(zhì)量的結(jié)合使得生產(chǎn)率顯著提高；機(jī)器人高精度自動(dòng)化的激光焊接工件與氣弧焊的結(jié)合也大大降低了焊接工件的變形，因此也大大節(jié)約了時(shí)間成本。

機(jī)器人激光-電弧復(fù)合焊接原理

同樣以kuka機(jī)器人laser-MIG hybrid process為例，見(jiàn)圖7為機(jī)器人激光-電弧復(fù)合焊鋁合金部件，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人技術(shù)和激光-電弧復(fù)合弧焊技術(shù)的完美結(jié)合，可見(jiàn)機(jī)器人激光兩種現(xiàn)代化的智能工具代表了最先進(jìn)的前沿技術(shù)。

Kuka機(jī)器人激光-電弧復(fù)合焊接系統(tǒng)及其焊接大型鋁合金部件

國(guó)內(nèi)致力于激光加工的企業(yè)很多，一些企業(yè)現(xiàn)在已經(jīng)使用工業(yè)機(jī)器人本體作為運(yùn)動(dòng)控制的對(duì)象。激光加工機(jī)器人既具有機(jī)器人運(yùn)動(dòng)靈活，柔性高的特點(diǎn)，又具有激光加工速度快、質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，很好地滿足了現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的要求。

在機(jī)器人市場(chǎng)一路走紅的背景下，作為機(jī)器人制造工藝中不可或缺的激光加工市場(chǎng)定是前景大好，并且又加入激光機(jī)器人這一創(chuàng)新結(jié)合，國(guó)內(nèi)激光加工定會(huì)一路攀升，機(jī)器人激光的系統(tǒng)將不止局限于機(jī)器人激光切割、打孔、焊接以及熔覆產(chǎn)業(yè)。