激光加工机器人工作原理与组成及应用详解

　　一、激光加工机器人简介

　　1、激光加工机器人组成

　　机器人是高度柔性加工系统，所以要求激光器必须具有高度的柔性，目前都选择可光纤传输的激光器。智能化激光加工机器人主要由以下几大部分组成：

　　1）高功率可光纤传输激光器；

　　2）光纤耦合和传输系统；

　　3）激光光束变换光学系统；

　　4）六自由度机器人本体；

　　5）机器人数字控制系统（控制器、示教盒）；

　　6）计算机离线编程系统（计算机、软件）；

　　7）机器视觉系统；

　　8）激光加工头；

　　9）材料进给系统（高压气体、送丝机、送粉器）；

　　10）激光加工工作台。

　　激光熔覆机器人组成示意图

　　2、激光加工机器人工作原理

　　从高功率激光器发出的激光，经光纤耦合传输到激光光束变换光学系统，光束经过整形聚焦后进入激光加工头。根据用途不同（切割、焊接、熔覆）选择不同的激光加工头，配用不同的材料进给系统（高压气体、送丝机、送粉器）。激光加工头装于六自由度机器人本体手臂末端，如图2所示。激光加工头的运动轨迹和激光加工参数是由机器人数字控制系统提供指令进行的。先由激光加工操作人员在机器人示教盒上进行示教编程或在计算机上进行离线编程。材料进给系统将材料（高压气体、金属丝、金属粉末）与激光同步输入到激光加工头，高功率激光与进给材料同步作用完成加工任务。机器视觉系统对加工区检测，检测信号反馈至机器人控制系统，从而实现加工过程的适时控制。

　　激光加工头与机器人手臂末端连接示意图

　　3、激光加工机器人类型

　　激光加工机器人是光机电一体化的复杂系统，可以按机械结构、用途、控制等进行许多种分类。

　　按机器人机械结构分，目前激光加工机器人主要有两种类型：框架式机器人和关节式机器人。

　　框架式激光加工机器人：这种机器人主要由三坐标高精度龙门框架、数字控制系统和驱动系统、高功率激光器、传输光纤、三自由度旋转光束头和检测系统组成。这种机器人具有加工范围大，加工精度高等特点。适合各种编程和系统集成，至少可实现六坐标加工，即3D直线运动坐标（X，Y，Z）和3D转动坐标（θ，φ，ψ）。所有坐标轴的驱动均采用交流伺服电机、直线滚动导轨、滚珠丝杠螺母副等。这种机器人可靠性高，但造价也高。