激光加工即是利用激光作為(wei) 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(wei) 激光切割、激光打標、激光焊接、激光熔敷、激光增材製造等。激光的溫度可達到6000°，作用於(yu) 材料能瞬間將材料熔化甚至氣化。作為(wei) 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(yu) 薄板或受熱容易變形的材料。考慮到激光的安全性，以及激光加工的高效性，激光加工通常采用自動化輔助生產(chan) ，能高效完成加工任務。

激光加工的基礎是激光加工係統，武漢法利萊的萬(wan) 瓦加工係統，集激光切割、焊接、熔敷、掃描焊一體(ti) ，是激光加工係統的集大成者。

一套完整的激光加工係統包括激光器（含光纖、冷水機和穩壓電源）、激光頭、運動機構（機器人或機床）、工作平台、其他輔助裝備（工控機、冷幹機、輔助水氣等）。以下簡要介紹激光器、激光頭和運動機構等三部分。
 

圖1 激光加工係統模型（左）和萬(wan) 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，其光束質量好，電光轉化效率高，免維護，適合於(yu) 各種材料加工。

目前主流的激光器有CO2激光器、光纖激光器、半導體(ti) 激光器、碟片激光器等。

方向單一是激光的主要特性，基於(yu) 這一點，可以通過光學傳(chuan) 輸輸出不同大小的光斑，從(cong) 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，適用於(yu) 厚板的加工。

激光加工係統適應於(yu) 加工件結構特點的運動機械構成其運動機構，通常采用機床加工，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(yu) 二維加工，包括激光打標、激光切割、激光熔敷；采用機械手臂，柔性好，易於(yu) 實現三維加工，包括三維激光切割，激光焊接等；加工精度比機床精度差，靈活性更佳，占地麵積相對較小。

圖2 機床（左）和機器人（右）

激光頭是激光加工輸出光能量的終端機構，通過光學鏡片組合，先將激光擴束，然後通過光學鏡片將激光放大的過程。按照激光加工的功能，可分為(wei) 激光切割頭，激光焊接頭，激光熔敷頭，掃描激光頭，激光打標頭等。

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(cong) 而形成切縫。目前汽車廠主流使用的激光釺焊頭，其附帶激光自動聚集功能，從(cong) 而更加有利於(yu) 激光加工的穩定性。掃描激光頭，能利用鏡片角度的轉動和位置的移動，保證激光作用於(yu) 工件的光斑大小不變，而且通過精確的控製，在激光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。

1 激光焊接頭；2 激光釺焊頭；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

激光加工應用效果如下所示

1 激光打標；2 激光釺焊；3 激光切割；4 激光增材製造

圖4 激光加工效果圖 

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(ye) 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，帶來機械運行速度的極大提升；未來智能工廠的普及，將使得製造不再以標準化的產(chan) 品為(wei) 準，而將以人的個(ge) 性化需求為(wei) 基礎，通過智能控製整個(ge) 產(chan) 業(ye) 鏈，極大的滿足個(ge) 性化需求，而且能有效的提升產(chan) 品的生產(chan) 效率。機器人的應用，是通向智能製造的一個(ge) 基礎。

目前，主流的機器人廠家有德國KUKA，日本的FUNAC，瑞典的ABB，國內(nei) 有首鋼的莫托曼和沈陽新鬆機器人。機器人主要有兩(liang) 部分組成，包括硬件（主要是指機器人的機械手臂，包括減速機、編碼器等）和軟件（機器人本體(ti) 的控製器）。

工業(ye) 機器人有以下三大功能：

1、運動功能（在可達空間內(nei) 任意點的運動到達）；

2、信號交換及功能實現（與(yu) 其他設備進行信號交換，控製其他設備的開啟和關(guan) 閉，或被PLC控製與(yu) 其他設備一起實現功能）；

3、仿真及軌跡模擬（圖5如示，通過仿真及軌跡模擬，研究機器人軌跡的可達性、CT循環時間等）。

圖5 機器人模擬（左）及機器人軸數（右）

關(guan) 於(yu) 機器人的選型，考慮以下問題：

1、品牌及定價(jia) ；

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

圖6 機器人應用

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係統，是機器人係統組成的重要部分之一。機器人視覺可以通過視覺傳(chuan) 感器獲取環境的二維圖像，並通過視覺處理器進行分析和解釋，進而轉換為(wei) 符號，讓機器人能夠辨識物體(ti) ，並確定其位置。機器人視覺硬件主要包括圖像獲取和視覺處理兩(liang) 部分，而圖像獲取由照明係統、視覺傳(chuan) 感器、模擬－數字轉換器和幀存儲(chu) 器等組成。根據功能不同，機器人視覺可分為(wei) 視覺檢驗和視覺引導兩(liang) 種，廣泛應用於(yu) 電子、汽車、機械等工業(ye) 部門和醫學、軍(jun) 事領域。汽車行業(ye) 中，經常用機器人視覺來讀取車輛類型、測量車身的尺寸。

圖7 機器人應用