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，激光加工的發(fā)展日新月異。先進制造領(lǐng)域在智能化、自動化和信息化技術(shù)等方面的進步促進了機器人技術(shù)與激光技術(shù)的融合。因此機器人和激光兩種智能制造、先進制造工具已經(jīng)成為制造業(yè)中的標配，兩種先進技術(shù)的結(jié)合將會使兩種技術(shù)發(fā)揮到極致，徹底實現(xiàn)工業(yè)實踐的現(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)合焊接等先進加工技術(shù)中，機器人起著無可比擬的作用。
激光切割機器人系統(tǒng)
隨著高功率光釬激光器的問世，以及工業(yè)機器人定位精度的不斷提高，利用工業(yè)機器人進行激光切割，是當今機器人應(yīng)用領(lǐng)域和激光切割領(lǐng)域的一大熱點。機器人激光切割系統(tǒng)是一個固定的激光發(fā)生器和一個機器人運動序列的創(chuàng)新結(jié)合，通過將激光束引導(dǎo)裝置完全集成在機器人手臂中，這就需要機器人手臂的靈活性和高精度。
典型代表有Kuka機器人的3D laser nonmetal cutting三維激光非金屬切割，激光束以ROBOTRV6L-CO2二氧化碳激光機器人為中心，在精確機械手的操控下，激光束在工件上移動。當Kuka機器人跟蹤工件的輪廓時，激光束工作，達到切削的效果。ROBOTRV6L-CO2機器人如圖1所示，它是高精度高柔性的五軸聯(lián)動機器人，路徑重復(fù)精度很高，而且在規(guī)定的有效負荷下，其所占用的空間很小。此套LASER ROBOT RV6L-CO2二氧化碳激光機器人系統(tǒng)可以實現(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。
國內(nèi)運用機器人進行激光切割的企業(yè)很多，并且已經(jīng)使用工業(yè)機器人作為激光運動控制的對象，在機器人市場一路走紅的背景下，作為機器人制造工藝中不可或缺的激光切割市場定是前景大好。
Kuka公司內(nèi)導(dǎo)光ROBOT RV6L-CO2二氧化碳激光機器人
激光焊接機器人系統(tǒng)激光熔焊
目前在國內(nèi)外汽車產(chǎn)業(yè)中，激光焊接機器人已成為最先進的制造技術(shù)，獲得了廣泛應(yīng)用。德國大眾汽車、美國通用汽車、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器人代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電阻點焊設(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)濟效益，提高了企業(yè)市場競爭能力。
由于常見的焊接機器人大多采用“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,具備焊縫實時跟蹤功能的焊接機器人是解決該問題的主要手段。采用焊縫實時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器人的典型代表有Kuka機器人的激光熔焊系統(tǒng)。
Kuka公司內(nèi)導(dǎo)光ROBOT RV6L-CO2二氧化碳激光機器人
機器人激光硬釬焊
激光硬釬焊是利用激光作為熱源，是一種高精度、高自動化、高柔性的焊接工藝，可實現(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。在國內(nèi)外汽車產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用范圍較廣，可實現(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：
■零件連接無需裝飾板；
■焊縫直接成型無需打磨；
■自動化程度提高節(jié)省人工；
■快節(jié)拍可滿足產(chǎn)量需求。
Kuka激光機器人應(yīng)用于汽車車門激光釬焊
機器人激光熔覆
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，是一個非常復(fù)雜的過程，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)。同時激光熔覆修復(fù)與強化工作是一個非標準化的動作，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作中需要根據(jù)要求以很多不同的姿態(tài)進行工作，傳統(tǒng)的多軸機床很難實現(xiàn)。
通常是使用操作人員手工操作加工頭進行人工作業(yè)，同時如前所述，還要及時根據(jù)情況調(diào)整工藝參數(shù)，這對于操作人員的技術(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題，都會對一線操作人員的身體健康造成危害。而使用的激光機器人系統(tǒng)則不可同日而語，其機械手臂在很多動作上可以模擬人的手臂進行動作，同時其強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)中進行及時的調(diào)用和搭配，機器人可以在運行的命令中加入各種外部控制指令，從而使得這項工作可以在預(yù)先編程設(shè)定之后進行無人化工作，避免對操作人員造成危害的同時也防止大工件長時間工作產(chǎn)生的疲勞。而且機器人在參數(shù)的控制上比人工方式要準確很多。
目前市場上機器人激光熔覆很多，以kuka機器人激光熔覆系統(tǒng)為例，圖4為kuka機器人進行激光金屬沉積熔覆的過程。使用這種工業(yè)機器人，在激光修復(fù)工作中既可以替代人工手動操作避免人為的手動誤差，又可以準確的設(shè)定加工參數(shù)實現(xiàn)即時有效的控制，還可以避免工作中環(huán)境因素對人體的傷害。兩種先進技術(shù)的有效融合使得零件修補和強化這種傳統(tǒng)工作變得更加具有發(fā)展前景。
Kuka機器人激光沉積熔覆系統(tǒng)在工作中
機器人激光硬化處理
硬化是施加在鋼件上的一種表面熱處理，能大大增強鋼件的硬度。這對于需要高耐磨性的鋼件如鋼板沖壓模具來說至關(guān)重要。首先進行一個高800-1000℃的加熱過程，然后進行快速的冷卻。這會使得鋼的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。如果硬化使用激光來進行，因為它是一個高度局域化的熱源，它會使得只有表面會被硬化，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，零件的扭曲也會小得多。再加上機器人的靈活性，機器人激光這種柔性系統(tǒng)的引進，使得激光硬化可以高效進行操作，從較復(fù)雜的小型原件到大型重量級原件都可以處理。
kuka機器人激光硬化處理系統(tǒng)及其正在工作的圖片
機器人激光-電焊復(fù)合焊接
激光-電弧焊復(fù)合焊接相對于單獨采用激光焊或者單獨使用電焊來說主要技術(shù)優(yōu)勢在于：1、焊接熔深的加大；2、對接間隙的加大；3、焊接速度增大，可達到激光焊接速度的兩倍。
因此機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；機器人高精度自動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)約了時間成本。
機器人激光-電弧復(fù)合焊接原理
同樣以kuka機器人laser-MIG hybrid process為例，見圖7為機器人激光-電弧復(fù)合焊鋁合金部件，實現(xiàn)了機器人技術(shù)和激光-電弧復(fù)合弧焊技術(shù)的完美結(jié)合，可見機器人激光兩種現(xiàn)代化的智能工具代表了最先進的前沿技術(shù)。
Kuka機器人激光-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)機器人本體作為運動控制的對象。激光加工機器人既具有機器人運動靈活，柔性高的特點，又具有激光加工速度快、質(zhì)量好等優(yōu)點，很好地滿足了現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的要求。
在機器人市場一路走紅的背景下，作為機器人制造工藝中不可或缺的激光加工市場定是前景大好，并且又加入激光機器人這一創(chuàng)新結(jié)合，國內(nèi)激光加工定會一路攀升，機器人激光的系統(tǒng)將不止局限于機器人激光切割、打孔、焊接以及熔覆產(chǎn)業(yè)。
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