激光加工机器人技术及工业应用（四）

激光加工机器人技术及工业应用（四）

本文重点研究讨论了激光加工机器人的某些关键单元技术——光纤传输的高功率激光技术、机器人本体技术、机器人编程技术、机器人智能化和网络化技术及反求工程重建修复区三维(3D)形貌技术。提出了激光加工机器人未来发展的一些重要方向——高功率激光远程加工和柔性制造技术、具有机器视觉和听觉功能的智能控制技术和远程监控功能的网络化管理技术。

6激光机器人加工工作头

为满足激光加工与制造技术各种不同的需要，国内外研发了各种与激光机器人配套的激光熔覆送粉系统和加工工作头。

6.1激光再制造专用送粉器及送粉工作头

天津工业大学在国家科技攻关项目支持下研发生产了多种型号的激光熔覆专用送粉器，如36～40所示。

36是与激光再制造机器人配套的专用远程送粉器，工作距离可达30m。37是与激光再制造机器人配套的专用机载式送粉器。38是不同用途同轴送粉工作头。39是激光同轴送粉工作头喷出冷热粉流。40是激光同轴送粉工作头熔覆照片。

36激光再制造机器人远程送粉器

37激光机器人机载式送粉器

38不同类型同轴送粉工作头

39激光同轴送粉工作头喷出冷热粉流

40激光同轴送粉工作头现场熔覆

本文重点研究讨论了激光加工机器人的某些关键单元技术——光纤传输的高功率激光技术、机器人本体技术、机器人编程技术、机器人智能化和网络化技术及反求工程重建修复区三维(3D)形貌技术。提出了激光加工机器人未来发展的一些重要方向——高功率激光远程加工和柔性制造技术、具有机器视觉和听觉功能的智能控制技术和远程监控功能的网络化管理技术。

6.2激光焊接专用工作头

41～44是德国PRECITEC公司生产的各类激光焊接专用工作头，45是通快公司生产的光纤耦合聚焦焊接头。

41CO2激光焊接头

42YAG激光焊接头

43光纤激光焊接头

44复合焊接头

45通快公司的光纤耦合聚焦焊接头

6.3激光切割专用工作头

46为CO2激光3D切割头，47为Nd：YAG激光3D切割头。

46CO23D激光切割头

47Nd：YAG3D激光切割头

本文重点研究讨论了激光加工机器人的某些关键单元技术——光纤传输的高功率激光技术、机器人本体技术、机器人编程技术、机器人智能化和网络化技术及反求工程重建修复区三维(3D)形貌技术。提出了激光加工机器人未来发展的一些重要方向——高功率激光远程加工和柔性制造技术、具有机器视觉和听觉功能的智能控制技术和远程监控功能的网络化管理技术。

7激光加工机器人的工业应用

7.1机器人激光焊接

汽车工业是激光加工机器人最大的工业应用领域。在现代汽车制造中，机器人焊接是汽车生产流水线上一道重要的装焊工序。近年来，随着激光焊接技术快速发展，国内外许多汽车制造企业开始在装配流水线上用机器人激光焊接代替传统的机器人电阻点焊技术，用于车身装焊和零部件焊接。与传统焊接方法相比，激光焊接具有很多独特优势：激光焊接速度快，达20m/min；焊接变形很小。装焊精度高；焊点冶金质量高，提高了车身的抗疲劳性、抗冲击性、抗腐蚀性能，车身钢度提高了30％多；提高了车身的密封性，降低噪声30％；单面焊接，焊点尺寸小，预留的焊接边缘小。因此，激光焊接不仅大大提高了汽车生产效率、生产质量和车身的安全性，而且减轻了整车重量，降低了汽车生产成本。此外，它属于非接触式焊接，柔性化生产，车身设计更具现代化理念。

在20世纪90年代中期，德国宝马汽车(BMW)公司利用激光机器人完成了BMW5系列轿车的第一条焊缝，焊缝总长度达12m。到2003年7月，激光焊接焊缝的总长度累计达到1500km。德国大众公司在Touran轿车中，激光焊点的数量达到了1400个，焊缝的总长度达70m。在AudiA6，GolfA4，Passat等品牌的车顶均采用激光焊接。美国通用公司在车架顶部也采用激光焊接。48为德国大众汽车激光机器人焊接车身生产线照片，设备为德国Hass公司生产的3kWYAG激光器和KUKA机器人。

48德国大众汽车激光机器人焊接车身生产线

国内上海大众于1999年率先将其应用于车身焊接，Polo的车身激光焊接总长度达到6591mm。速腾(Sagitar)分别在车身顶盖、后罩盖等处采用了激光机器人焊接，激光焊缝长度达33.2m，顶盖处最长的1.6m焊缝在激光焊接程序中一次成型；机器人的重复定位精度达到0.1mm，为车身加工质量的稳定提供了保障。激光焊接大大提高了车身的刚度和碰撞安全性，打造了速腾坚不可催的车身，速腾已成为很紧俏的车型。一汽大众采用激光机器人焊接AudiA6顶盖和BORA，高尔夫的后罩盖，使用的设备也是德国Hass公司生产的3kWYAG激光器和Kuka机器人。高尔夫的激光焊缝长达52.5m。随着激光焊接技术的成熟和激光焊接机的价格下降，奇瑞汽车也开始采用激光焊接技术。

为了满足批量生产和流水线生产的要求，激光加工作业的网络化应运而生。在汽车装焊生产线上，需安装多台机器人同时工作，机器人维修，因此采用网络技术建立工作站，统一管理多台机器人的激光焊接作业，如49所示。

49机器人激光焊接作业网络工作站

7.2机器人激光切割

在所有的激光加工中，激光机器人切割技术是最早用于国外汽车生产的。大众公司、通用公司、奔驰公司和日产公司的汽车生产线上安装了大量的激光切割机器人，对车身部位进行切割，满足客户多品种人性化的使用要求，如50所示。在国家“863”计划中，提出了开发出一条由3D5轴联动激光切割机床，上、下料和激光焊接机器人组成的白车身激光切割、焊接自动化生产线，在整车或车身制造企业示范应用。

50汽车生产线上的激光切割机器人

本文重点研究讨论了激光加工机器人的某些关键单元技术——光纤传输的高功率激光技术、机器人本体技术、机器人编程技术、机器人智能化和网络化技术及反求工程重建修复区三维(3D)形貌技术。提出了激光加工机器人未来发展的一些重要方向——高功率激光远程加工和柔性制造技术、具有机器视觉和听觉功能的智能控制技术和远程监控功能的网络化管理技术。

7.3机器人激光热处理

为了解决汽车在线生产或现场生产的需要，国外近年来研发出来激光热处理机器人，在汽车工业生产中获得成功的应用。51为德国Erlaser公司激光热处理机器人对汽车大型模具进行激光宽带淬火，使用半导体激光器单道淬火宽度达20mm。国内上汽通用五菱汽车股份有限公司、柳州科尔数字化制造技术有限公司开始采用此项技术，应用结果表明，模具寿命成倍提高，产品质量显著改善，生产效率明显提高。

51激光机器人热处理大型模具及激光淬火层

7.4机器人激光再制造