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(biāo)、激光焊接、激光熔敷、激光增材制造等。激光的溫度可達(dá)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(qū)小、加工速度快，成型后無需后續(xù)加工而著稱，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(chǔ)是激光加工系統(tǒng)，武漢法利萊的萬瓦加工系統(tǒng)，集激光切割、焊接、熔敷、掃描焊一體，是激光加工系統(tǒng)的集大成者。

一套完整的激光加工系統(tǒng)包括激光器（含光纖、冷水機(jī)和穩(wěn)壓電源）、激光頭、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)（機(jī)器人或機(jī)床）、工作平臺(tái)、其他輔助裝備（工控機(jī)、冷干機(jī)、輔助水氣等）。以下簡(jiǎn)要介紹激光器、激光頭和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等三部分。
 

圖1 激光加工系統(tǒng)模型（左）和萬瓦激光器（右）

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(zhuǎn)化效率高，免維護(hù)，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(dǎo)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(qiáng)，適用于厚板的加工。

激光加工系統(tǒng)適應(yīng)于加工件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)機(jī)械構(gòu)成其運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，通常采用機(jī)床加工，目前主流的加工手段是機(jī)床加工，其加工精度高，穩(wěn)定性好，主要應(yīng)用于二維加工，包括激光打標(biāo)、激光切割、激光熔敷；采用機(jī)械手臂，柔性好，易于實(shí)現(xiàn)三維加工，包括三維激光切割，激光焊接等；加工精度比機(jī)床精度差，靈活性更佳，占地面積相對(duì)較小。

圖2 機(jī)床（左）和機(jī)器人（右）

激光頭是激光加工輸出光能量的終端機(jī)構(gòu)，通過光學(xué)鏡片組合，先將激光擴(kuò)束，然后通過光學(xué)鏡片將激光放大的過程。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(biāo)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。目前汽車廠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(wěn)定性。掃描激光頭，能利用鏡片角度的轉(zhuǎn)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，而且通過精確的控制，在激光頭姿態(tài)不改變的前提下，能夠?qū)崿F(xiàn)圓形，直線段，C型等結(jié)構(gòu)的焊縫結(jié)構(gòu)。

1 激光焊接頭；2 激光釬焊頭；3 激光切割頭；4 激光掃描焊接頭光束原理

圖3 各種激光加工頭

激光加工應(yīng)用效果如下所示

1 激光打標(biāo)；2 激光釬焊；3 激光切割；4 激光增材制造

圖4 激光加工效果圖 

機(jī)器人應(yīng)用

蒸氣機(jī)的發(fā)明，部分的解放了人類的雙手，使得工業(yè)革命變成一種可能；發(fā)電機(jī)的發(fā)明，電力代替人手工勞作得到普及；計(jì)算機(jī)等的發(fā)明，給機(jī)械安裝大腦，帶來機(jī)械運(yùn)行速度的極大提升；未來智能工廠的普及，將使得制造不再以標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品為準(zhǔn)，而將以人的個(gè)性化需求為基礎(chǔ)，通過智能控制整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈，極大的滿足個(gè)性化需求，而且能有效的提升產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。機(jī)器人的應(yīng)用，是通向智能制造的一個(gè)基礎(chǔ)。

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

工業(yè)機(jī)器人有以下三大功能：

1、運(yùn)動(dòng)功能（在可達(dá)空間內(nèi)任意點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)到達(dá)）；

2、信號(hào)交換及功能實(shí)現(xiàn)（與其他設(shè)備進(jìn)行信號(hào)交換，控制其他設(shè)備的開啟和關(guān)閉，或被PLC控制與其他設(shè)備一起實(shí)現(xiàn)功能）；

3、仿真及軌跡模擬（圖5如示，通過仿真及軌跡模擬，研究機(jī)器人軌跡的可達(dá)性、CT循環(huán)時(shí)間等）。

圖5 機(jī)器人模擬（左）及機(jī)器人軸數(shù)（右）

關(guān)于機(jī)器人的選型，考慮以下問題：

1、品牌及定價(jià)；

2、負(fù)載：機(jī)器人六軸負(fù)載重量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；

3、軸數(shù)：機(jī)器手臂的軸數(shù)量（如圖5右所示）；

4、行程：機(jī)器人所能達(dá)到的最大路徑區(qū)間；

5、精度：達(dá)到某位置點(diǎn)的精度和重復(fù)運(yùn)動(dòng)的定位精度；

6、安裝方式：水平或倒置；

機(jī)器人的主要應(yīng)用如下：點(diǎn)焊、搬運(yùn)、噴涂、切割、涂膠（如圖6）等；

1 點(diǎn)焊；2 搬運(yùn)； 3 噴涂；4 涂膠；5 切割

圖6 機(jī)器人應(yīng)用

機(jī)器人視覺

機(jī)器人視覺（如圖7）是使機(jī)器人具有視覺感知功能的系統(tǒng)，是機(jī)器人系統(tǒng)組成的重要部分之一。機(jī)器人視覺可以通過視覺傳感器獲取環(huán)境的二維圖像，并通過視覺處理器進(jìn)行分析和解釋，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為符號(hào)，讓機(jī)器人能夠辨識(shí)物體，并確定其位置。機(jī)器人視覺硬件主要包括圖像獲取和視覺處理兩部分，而圖像獲取由照明系統(tǒng)、視覺傳感器、模擬－數(shù)字轉(zhuǎn)換器和幀存儲(chǔ)器等組成。根據(jù)功能不同，機(jī)器人視覺可分為視覺檢驗(yàn)和視覺引導(dǎo)兩種，廣泛應(yīng)用于電子、汽車、機(jī)械等工業(yè)部門和醫(yī)學(xué)、軍事領(lǐng)域。汽車行業(yè)中，經(jīng)常用機(jī)器人視覺來讀取車輛類型、測(cè)量車身的尺寸。

圖7 機(jī)器人應(yīng)用