近年來激光技術飛速發展，湧 現出可與(yu) 機器人柔性耦合的光纖傳(chuan) 輸的高功率工業(ye) 激光 器。先進製造領域在智能化、自動化 和信息化技術方麵的不斷進步促進了機器人技術與(yu) 激光技術的結合 [1]，光纖 激光器與(yu) 工業(ye) 機器人結合組成三維柔性加工係統成為(wei) 近些年來研究的熱點， 相關(guan) 設備已經在汽車製造、冶金、材 料加工等行業(ye) 得到應用 [2]。目前的三維空間鈑金件的切割大多采用工業(ye) 機器人作為(wei) 切割機的方式，采用六自由度工業(ye) 機器人的空間運動方式來完成對空間圖形材料的處理；其缺點就是采用手動示教編程方式，這種模式針對固定零件外形的切割適用，針對種類 多、數量少、個(ge) 性定製外形的切割加工則需要頻繁切換夾具和示教編程， 非常耗時、效率低下。另外，相比傳(chuan) 統激光柔性加工係統的控製方法，激光器的控製采用西門子 S7-300PLC 作 為(wei) 控製終端，機器人采取串口通訊方 式 [3]，控製硬件造價(jia) 昂貴。本文采用 KUKA 機器人作為(wei) 主站的控製方式來 作為(wei) 激光切割應用的係統集成，利用 RobotMaster 軟件強大三維圖形的處理能力，機器人采用離線編程的方式， 這樣有效的解決(jue) 了以上問題，提高了生產(chan) 效率，且更安全，對於(yu) 三維異形鈑金件的切割更為(wei) 方便智能。

1. 基於(yu) KUKA 機器人作主站的激 光切割係統設計

◆ 1.1 基於(yu) KUKA 機器人作主站的激光切割係統的硬件設計

基於(yu) KUKA 機器人作主站的激光 切割係統的關(guan) 鍵點是激光器的控製。 在 KUKA 原來 KR16-2 本體(ti) 和原裝的 KRC4 控製櫃的裸機係統中，並沒有配 置好與(yu) 激光器所需要的控製信號，由 於(yu) KRC4 機櫃采用的是 Beckhoff 主機， 所以可以通過 Ethe CAT 總線擴展出來 對應模塊來滿足對激光器的開關(guan) 控製、 激光焦距隨動控製係統、自動調焦係 統和切割氣壓的控製要求。由於(yu) IPG YLR-500-MMWC 光纖激光器需要提供 PWM 信號、模擬量信號、數字量信號， 所以可以通過 Beckhoff 的總線耦合器 EK1100，擴展 EL2502 模塊（2 路 PWM 輸出）、EL4004 模塊（4 路模擬量輸 出）、EL1809 模塊（16 路數字量輸入） 和 EL2809 模塊（16 路數字量輸出）。

◆ 1.2 基於(yu) KUKA 機器人作主站的激光切割係統的軟件設計

KUKA 機器人作為(wei) 激光切割應用 的程序結構分為(wei) 3 大塊，包括激光器控製子程序、自動調焦子程序、隨動控製子程序。本文省略 自動調焦子程序和隨動控製子程序的流程圖。IPG 激光器的 控製子程序流程圖如圖 1 所示。

2. 基於(yu) KUKA 機器人作主站的激光切割係統的控製原理

機器人係統不同於(yu) 常用的工控機，不能對整個(ge) 控製程序進行實時掃描，也沒有一般數控係統具備的前瞻 （Look-Ahead）功能；當遭遇外部環境變化或者與(yu) 外圍設備發生幹涉碰撞時，機器人係統並不能夠自動識別而立即 停止工作，這是由於(yu) 機器人係統隻能對其程序語言進行逐行掃描所致 [4]。基於(yu) KUKA 機器人作為(wei) 主站的激光切割係 統控製原理圖如圖 2 所示，主要由以下 4 部分技術構成：

1) 采用六自由度工業(ye) 機器人作為(wei) 三維立體(ti) 空間的運動機 構；

2) 激光切割頭搭配升降機構，采用非接觸式電容傳(chuan) 感器 自動檢測激光噴嘴與(yu) 被加工件之間的工作間隙，實現焦點位 置自適應位置閉環控製，實時控製激光焦點在被加工零件的 位置，從(cong) 而達到高質量、穩定的切割加工效果；

3) 采用平衡器防止機器人在切割的過程中拉傷(shang) 拉斷光 纖；

4) 采用離線編程的方式來處理被切割加工的零件模型， 提高生產(chan) 加工效率。

3. 基於(yu) KUKA 機器人的激光切割路徑仿真與(yu) 切 割加工

KUKA 機器人采用離線編程方式的工作方式，在 PC 機 上利用 RobotMaster 軟件對三維零件圖形 (STEP、IGS 文件 格式的零件 ) 的仿真處理，生成 KUKA 機器人能夠識別和執行的加工代碼文件，導入到 KUKA 的 KRC4 控製櫃中 ; 設置好激光工藝參數和 TOOLbase 坐標後即可以按照仿真路徑進行激光切割加工。圖 3 和圖 4 分別示例了三維異形件和 球麵的切割模擬仿真加工。

4 結束語

采用 KUKA 機器人作為(wei) 主站的三維激光切割係統，充 分利用了機器人的高柔性、低成本和智能化的特點；離線編程的應用，省時省力，解決(jue) 了機器人控製係統無法準確在三 維曲麵特別是球麵上進行人工示教的軌跡切割難題。本切割方法在切割應用中使用得比較理想的是燒烤爐、LED 燈具 和安全帽類型三維工件的切割加工。

針對三維異形零件的切割加工應用，本文提供的是一種低成本的解決(jue) 方法；而在需要變位機的應用場合，可以 在本文基於(yu) KUKA 機器人作為(wei) 主站的基礎上，增加 1~2 個(ge) 外部軸，通過對 KUKA 機器人作進一步的係統集成控製來實現。

參考文獻 :

[1] 馮(feng) 豐(feng) . 工業(ye) 機器人用於(yu) 激光切割的研究 [J]. 山東(dong) 工業(ye) 技術， 2016(16):39-40.

[2] 廖健宏，蒙紅雲(yun) ，王紅衛，等 . 光纖激光精密切割係統的研 製及其應用 [J]. fun88官网平台，2007，34(1):135-138.

[3] 居正月，吳建國，張永康 . 基於(yu) ABB 機器人光纖激光加工係統的研究 [J]. 應用激光，2010，30(4):295-299.

[4] 胡亮，羅敬文，張永康，等 . 基於(yu) 高柔性機器人的光線激光切割係統的研究 [J]. 應用激光，2010，30(1):20-22.