激光加工机器人简介

几乎在激光诞生的同时,1962年美国Unimation公司推出首台工业机器人。此后,机器人技术经历了一系列不断的发展过程。直到20世纪90年代全球信息化浪潮风起云涌,计算机技术、微电子技术、网络技术和先进制造技术等快速进步,工业机器人技术也得到了飞速发展。它具有重复性精确生产特征,适应制造业中规模化批量生产要求,装配在生产线上代替人工作业,不仅解除了工人的繁复劳动,而且提高了生产质量。它可以流动作业,适应个性化生产需求。目前工业机器人技术日趋成熟,已经成为一种标准设备而广泛应用于工业界,国内外形成了一批著名的工业机器人公司。

近年来激光技术飞速发展,涌现出可与机器人柔性耦合的光纤传输的高功率工业型激光器。先进制造领域在智能化、自动化和信息化技术方面的不断进步促进了机器人技术与激光技术的结合,特别是汽车产业的发展需求,带动了激光加工机器人产业的形成与发展。从20世纪90年代开始,德国、美国、日本等发达国家投入大量人力物力进行研发激光加工机器人。进入2000年,德国KUKA,瑞士的ABB,日本FANUC等机器人公司均研制激光焊接机器人和激光切割机器人的系列产品。目前在国内外汽车产业中,激光焊接机器人和激光切割机器人已成为最先进的制造技术,获得了广泛应用。德国大众汽车、美国通用汽车、日本丰田汽车等汽车装配生产线上,已大量采用激光焊接机器人代替传统的电阻点焊设备,不仅提高了产品质量和档次,而且减

轻了汽车车身重量,节约了大量材料,使企业获得很高的经济效益,提高了企业市场竞争能力。在中国,一汽大众、上海大众汽车公司也引进了激光机器人焊接生产线。目前有沈阳新松机器人公司涉足激光切割和焊接机器人制造领域。

机器人是高度柔性加工系统,所以要求激光器必须具有高度的柔性,目前都选择可光纤传输的激光器。智能化激光加工机器人主要由以下几大部分组成:1)高功率可光纤传输激光器;2)光纤耦合和传输系统;3)激光光束变换光学系统;4)六自由度机器人本体;5)机器人数字控制系统(控制器、示教盒);6)计算机离线编程系统(计算机、软件);7)机器视觉系统;8)激光加工头;9)材料进给系统(高压气体、送丝机、送粉器);10)激光加工工作台。1为激光熔覆机器人示意。

1激光熔覆机器人组成示意

从高功率激光器发出的激光,经光纤耦合传输到激光光束变换光学系统,光束经过整形聚焦后进入激光加工头。根据用途不同(切割、焊接、熔覆)选择不同的激光加工头,配用不同的材料进给系统(高压气体、送丝机、送粉器)。激光加工头装于六自由度机器人本体手臂末端,如2所示。激光加工头的运动轨迹和激光加工参数是由机器人数字控制系统提供指令进行的。先由激光加工操作人员在机器人示教盒上进行示教编程或在计算机上进行离线编程。材料进给系统将材料(高压气体、金属丝、金属粉末)与激光同步输入到激光加工头,高功率激光与进给材料同步作用完成加工任务。机器视觉系统对加工区检测,检测信号反馈至机器人控制系统,从而实现加工过程的适时控制。

2激光加工头与机器人手臂末端连接示意