工業(yè)機器人應用之激光加工

　　激光加工即是利用激光作為能量，將材料熔化而后成型的一種加工方法。按加工的目的，可以分為激光切割、激光打標、激光焊接、激光熔敷、激光增材制造等。激光的溫度可達到6000°，作用于材料能瞬間將材料熔化甚至氣化。作為典型的熱加工，以熱影響區小、加工速度快，成型后無(wú)需后續加工而著(zhù)稱(chēng)，特別適合于薄板或受熱容易變形的材料?？紤]到激光的安全性，以及激光加工的高效性，激光加工通常采用自動(dòng)化輔助生產(chǎn)，能高效完成加工任務(wù)。

　　激光加工的基礎是激光加工系統，武漢法利萊的萬(wàn)瓦加工系統，集激光切割、焊接、熔敷、掃描焊一體，是激光加工系統的集大成者。

　　一套完整的激光加工系統包括激光器（含光纖、冷水機和穩壓電源）、激光頭、運動(dòng)機構（機器人或機床）、工作平臺、其他輔助裝備（工控機、冷干機、輔助水氣等）。以下簡(jiǎn)要介紹激光器、激光頭和運動(dòng)機構等三部分。

　　激光器是激光加工的核心，目前，主要采用光纖激光器，其光束質(zhì)量好，電光轉化效率高，免維護，適合于各種材料加工。

　　目前主流的激光器有CO2激光器、光纖激光器、半導體激光器、碟片激光器等。

　　方向單一是激光的主要特性，基于這一點(diǎn)，可以通過(guò)光學(xué)傳輸輸出不同大小的光斑，從而適用不同的加工。另外，激光能量集中，使得激光的穿透能力強，適用于厚板的加工。

　　激光加工系統適應于加工件結構特點(diǎn)的運動(dòng)機械構成其運動(dòng)機構，通常采用機床加工，目前主流的加工手段是機床加工，其加工精度高，穩定性好，主要應用于二維加工，包括激光打標、激光切割、激光熔敷；采用機械手臂，柔性好，易于實(shí)現三維加工，包括三維激光切割，激光焊接等；加工精度比機床精度差，靈活性更佳，占地面積相對較小。

　　激光頭是激光加工輸出光能量的終端機構，通過(guò)光學(xué)鏡片組合，先將激光擴束，然后通過(guò)光學(xué)鏡片將激光放大的過(guò)程。按照激光加工的功能，可分為激光切割頭，激光焊接頭，激光熔敷頭，掃描激光頭，激光打標頭等。

　　普通的激光切割頭，附帶吹氣嘴，采用高壓能將激光熔化的材料吹除，從而形成切縫。目前汽車(chē)廠(chǎng)主流使用的激光釬焊頭，其附帶激光自動(dòng)聚集功能，從而更加有利于激光加工的穩定性。掃描激光頭，能利用鏡片角度的轉動(dòng)和位置的移動(dòng)，保證激光作用于工件的光斑大小不變，而且通過(guò)精確的控制，在激光頭姿態(tài)不改變的前提下，能夠實(shí)現圓形，直線(xiàn)段，C型等結構的焊縫結構。

　　機器人應用

　　蒸氣機的發(fā)明，部分的解放了人類(lèi)的雙手，使得工業(yè)革命變成一種可能；發(fā)電機的發(fā)明，電力代替人手工勞作得到普及；計算機等的發(fā)明，給機械安裝大腦，帶來(lái)機械運行速度的極大提升；未來(lái)智能工廠(chǎng)的普及，將使得制造不再以標準化的產(chǎn)品為準，而將以人的個(gè)性化需求為基礎，通過(guò)智能控制整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈，極大的滿(mǎn)足個(gè)性化需求，而且能有效的提升產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。機器人的應用，是通向智能制造的一個(gè)基礎。

　　目前，主流的機器人廠(chǎng)家有德國KUKA，日本的FUNAC，瑞典的ABB，國內有首鋼的莫托曼和沈陽(yáng)新松機器人。機器人主要有兩部分組成，包括硬件（主要是指機器人的機械手臂，包括減速機、編碼器等）和軟件（機器人本體的控制器）。

　　工業(yè)機器人有以下三大功能：

　　1.運動(dòng)功能（在可達空間內任意點(diǎn)的運動(dòng)到達）；

　　2.信號交換及功能實(shí)現（與其他設備進(jìn)行信號交換，控制其他設備的開(kāi)啟和關(guān)閉，或被PLC控制與其他設備一起實(shí)現功能）；

　　3.仿真及軌跡模擬（通過(guò)仿真及軌跡模擬，研究機器人軌跡的可達性、CT循環(huán)時(shí)間等）。

　　關(guān)于機器人的選型，考慮以下問(wèn)題：

　　1.品牌及定價(jià)；

　　2.負載：機器人六軸負載重量和轉動(dòng)慣量；

　　3.軸數：機器手臂的軸數量；

　　4.行程：機器人所能達到的最大路徑區間；

　　5.精度：達到某位置點(diǎn)的精度和重復運動(dòng)的定位精度；

　　6.安裝方式：水平或倒置；

　　機器人的主要應用如下：點(diǎn)焊、搬運、噴涂、切割、涂膠等。

　　機器人視覺(jué)

　　機器人視覺(jué)是使機器人具有視覺(jué)感知功能的系統，是機器人系統組成的重要部分之一。機器人視覺(jué)可以通過(guò)視覺(jué)傳感器獲取環(huán)境的二維圖像，并通過(guò)視覺(jué)處理器進(jìn)行分析和解釋?zhuān)M(jìn)而轉換為符號，讓機器人能夠辨識物體，并確定其位置。機器人視覺(jué)硬件主要包括圖像獲取和視覺(jué)處理兩部分，而圖像獲取由照明系統、視覺(jué)傳感器、模擬－數字轉換器和幀存儲器等組成。根據功能不同，機器人視覺(jué)可分為視覺(jué)檢驗和視覺(jué)引導兩種，廣泛應用于電子、汽車(chē)、機械等工業(yè)部門(mén)和醫學(xué)、軍事領(lǐng)域。汽車(chē)行業(yè)中，經(jīng)常用機器人視覺(jué)來(lái)讀取車(chē)輛類(lèi)型、測量車(chē)身的尺寸。