應用于汽車(chē)液壓成型管切割的激光機器人系統

圖3 決定激光機器人單元加工周期的因素。以切割10個(gè)圓孔和3個(gè)型孔為例，上下料和裝卡需20s液壓成型管激光切割系統配置的優(yōu)化主要取決于速度、成本和質(zhì)量，其中GSI激光器一個(gè)突出的功能是可以產(chǎn)生幾百赫茲的脈沖輸出，峰值功率高于連續波平均功率的2倍。這不僅可以產(chǎn)生更快的穿刺，在進(jìn)行垂直于表面的切割時(shí)，還可以產(chǎn)生更快、更穩定的切割；對于半徑小的圓進(jìn)行切割，可以保證邊緣切割的質(zhì)量更好；對于反射性材料進(jìn)行切割，可使速度更快，如鋁和鍍鋅板。

對機器人的選擇

機器人運動(dòng)的精度、光滑度和重復性決定了切割精度。激光切割幾毫米厚材料的精度為±35mm，包括機器人路徑，精度為±250mm。機器人點(diǎn)對點(diǎn)的重復定位精度決定了實(shí)際加工點(diǎn)的位置，大約為±70mm。

一個(gè)合適的機器人應至少有六軸運動(dòng)，并可再加一個(gè)或更多軸來(lái)旋轉或移動(dòng)長(cháng)的工件。負載為激光切割頭，通常小于10kg。

切割頭

如前文所述，切割頭應該小、窄、輕且快，并能耐受較臟的切割環(huán)境。大的金屬氧化物顆粒和煙塵會(huì )損壞光學(xué)鏡片和移動(dòng)機構，而不銹鋼結構和滑塊密封結構會(huì )減少磨損，快換式、預準直的切割噴嘴和聚焦鏡片還可快速更換。此外，新型切割頭還可以防止碰撞。當在切割中產(chǎn)生飛濺和等離子云，或在進(jìn)行斜角切割時(shí)，保持切割頭與工件的固定距離至關(guān)重要，GSI的切割頭可以做到這點(diǎn)，并可在加工中不斷地進(jìn)行自我校準。

將光纖、電纜和氣管固定在一起，需遠離切割區，以免工件在加工中受阻或使其在運動(dòng)中扭曲，所有的管路都應安置在切割頭的一側。切割頭為直角是最好的，這樣光纖可以沿機器人手臂固定，不僅可減少光纖在切割頭上的扭曲，也可使更多的光纖用于工作區。

直角切割頭也可以使用閉環(huán)的攝像監視系統通過(guò)鏡片在焦點(diǎn)位置取像，然后在監視器上放大，以方便示教編程。這個(gè)功能配合電容傳感器的信號，可讓機器人自動(dòng)找到工件表面的法線(xiàn)方向。操作者將切割頭設置到行程中點(diǎn)或示教點(diǎn)，根據監視器上放大的圖像沿著(zhù)主線(xiàn)或特征中心點(diǎn)進(jìn)行編程。在每一點(diǎn)，可以通過(guò)找到該點(diǎn)附近幾點(diǎn)的高度自動(dòng)確定法線(xiàn)方向，從而使機器人帶動(dòng)切割頭移到法線(xiàn)方向，并將其作為正確點(diǎn)進(jìn)行輸入。

光纖傳導的激光器機器人切割系統早在20世紀90年代初就已用于生產(chǎn)，最好的液壓成型件切割系統的選擇標準包括切割速度、運行成本、邊緣質(zhì)量和掛渣的去除、正常運行時(shí)間以及頭期投資成本。在激光器滿(mǎn)足速度快、切割質(zhì)量高和掛渣去除容易的情況下，還應注意選擇氧氣和電消耗最少的激光器。選擇到合適的系統，可使運行成本減少15～20%。