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  • 1 # 機器人產研

    鐳射加工即是利用鐳射作為能量,將材料熔化而後成型的一種加工方法。按加工的目的,可以分為鐳射切割、鐳射打標、鐳射焊接、鐳射熔敷、鐳射增材製造等。鐳射的溫度可達到6000°,作用於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,成型後無需後續加工而著稱,特別適合於薄板或受熱容易變形的材料。考慮到鐳射的安全性,以及鐳射加工的高效性,鐳射加工通常採用自動化輔助生產,能高效完成加工任務。

      鐳射加工的基礎是鐳射加工系統,武漢法利萊的萬瓦加工系統,集鐳射切割、焊接、熔敷、掃描焊一體,是鐳射加工系統的集大成者。

      一套完整的鐳射加工系統包括鐳射器(含光纖、冷水機和穩壓電源)、鐳射頭、運動機構(機器人或機床)、工作平臺、其他輔助裝備(工控機、冷幹機、輔助水氣等)。以下簡要介紹鐳射器、鐳射頭和運動機構等三部分。

      鐳射器是鐳射加工的核心,目前,主要採用光纖鐳射器,其光束質量好,電光轉化效率高,免維護,適合於各種材料加工。

      目前主流的鐳射器有CO2鐳射器、光纖鐳射器、半導體鐳射器、碟片鐳射器等。

      方向單一是鐳射的主要特性,基於這一點,可以透過光學傳輸輸出不同大小的光斑,從而適用不同的加工。另外,鐳射能量集中,使得鐳射的穿透能力強,適用於厚板的加工。

      鐳射加工系統適應於加工件結構特點的運動機械構成其運動機構,通常採用機床加工,目前主流的加工手段是機床加工,其加工精度高,穩定性好,主要應用於二維加工,包括鐳射打標、鐳射切割、鐳射熔敷;採用機械手臂,柔性好,易於實現三維加工,包括三維鐳射切割,鐳射焊接等;加工精度比機床精度差,靈活性更佳,佔地面積相對較小。

      鐳射頭是鐳射加工輸出光能量的終端機構,透過光學鏡片組合,先將鐳射擴束,然後透過光學鏡片將鐳射放大的過程。按照鐳射加工的功能,可分為鐳射切割頭,鐳射焊接頭,鐳射熔敷頭,掃描鐳射頭,鐳射打標頭等。

      普通的鐳射切割頭,附帶吹氣嘴,採用高壓能將鐳射熔化的材料吹除,從而形成切縫。目前汽車廠主流使用的鐳射釺焊頭,其附帶鐳射自動聚集功能,從而更加有利於鐳射加工的穩定性。掃描鐳射頭,能利用鏡片角度的轉動和位置的移動,保證鐳射作用於工件的光斑大小不變,而且透過精確的控制,在鐳射頭姿態不改變的前提下,能夠實現圓形,直線段,C型等結構的焊縫結構。

      鐳射加工應用效果如下所示

      機器人應用

      蒸氣機的發明,部分的解放了人類的雙手,使得工業革命變成一種可能;發電機的發明,電力代替人手工勞作得到普及;計算機等的發明,給機械安裝大腦,帶來機械執行速度的極大提升;未來智慧工廠的普及,將使得製造不再以標準化的產品為準,而將以人的個性化需求為基礎,透過智慧控制整個產業鏈,極大的滿足個性化需求,而且能有效的提升產品的生產效率。機器人的應用,是通向智慧製造的一個基礎。

      目前,主流的機器人廠家有德國KUKA,日本的FUNAC,瑞典的ABB,大陸有首鋼的莫託曼和瀋陽新松機器人。機器人主要有兩部分組成,包括硬體(主要是指機器人的機械手臂,包括減速機、編碼器等)和軟體(機器人本體的控制器)。

      工業機器人有以下三大功能:

      1、運動功能(在可達空間內任意點的運動到達);

      2、訊號交換及功能實現(與其他裝置進行訊號交換,控制其他裝置的開啟和關閉,或被PLC控制與其他裝置一起實現功能);

      3、模擬及軌跡模擬(圖5如示,透過模擬及軌跡模擬,研究機器人軌跡的可達性、CT迴圈時間等)。

      關於機器人的選型,考慮以下問題:

      1、品牌及定價;

      2、負載:機器人六軸負載重量和轉動慣量;

      3、軸數:機器手臂的軸數量(如圖5右所示);

      4、行程:機器人所能達到的最大路徑區間;

      5、精度:達到某位置點的精度和重複運動的定位精度;

      6、安裝方式:水平或倒置;

      機器人的主要應用如下:點焊、搬運、噴塗、切割、塗膠(如圖6)等;

      1 點焊;2 搬運; 3 噴塗;4 塗膠;5 切割

      機器人視覺

      機器人視覺(如圖7)是使機器人具有視覺感知功能的系統,是機器人系統組成的重要部分之一。機器人視覺可以透過視覺感測器獲取環境的二維影象,並透過視覺處理器進行分析和解釋,進而轉換為符號,讓機器人能夠辨識物體,並確定其位置。機器人視覺硬體主要包括影象獲取和視覺處理兩部分,而影象獲取由照明系統、視覺感測器、模擬-數字轉換器和幀儲存器等組成。根據功能不同,機器人視覺可分為視覺檢驗和視覺引導兩種,廣泛應用於電子、汽車、機械等工業部門和醫學、軍事領域。汽車行業中,經常用機器人視覺來讀取車輛型別、測量車身的尺寸。

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