機(jī)器人-激光復(fù)合加工技術(shù)

由Fanuc和Reis公司合作提供的機(jī)器人-激光復(fù)合加工技術(shù)，可以進(jìn)一步地?cái)U(kuò)大機(jī)器人和激光技術(shù)的應(yīng)用市場(chǎng)。

在汽車(chē)工業(yè)中，人們一直將機(jī)器人與激光技術(shù)結(jié)合在一起，進(jìn)行3D的汽車(chē)零部件生產(chǎn)加工。由Fanuc和Reis公司合作提供的機(jī)器人-激光復(fù)合加工技術(shù)，可以進(jìn)一步地?cái)U(kuò)大機(jī)器人-激光技術(shù)的應(yīng)用市場(chǎng)。

激光和機(jī)器人技術(shù)都是市場(chǎng)上的關(guān)鍵技術(shù)，也是市場(chǎng)上最熱的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)之一。我們可以從任何一個(gè)VDMA專(zhuān)業(yè)調(diào)查機(jī)構(gòu)的市場(chǎng)調(diào)查中看到這一點(diǎn)。例如：2001～2003年間，用于金屬加工的激光光源（CO2和Nd：YAG激光）以每年23％的速度增長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)了年銷(xiāo)售額37200歐元；2003年，工業(yè)機(jī)器人在德國(guó)市場(chǎng)的銷(xiāo)售數(shù)量達(dá)到了13400個(gè)臺(tái)，增長(zhǎng)率達(dá)到了12％。而激光和機(jī)器人技術(shù)兩者結(jié)合起來(lái)的應(yīng)用情況又會(huì)怎樣地呢?

“從激光源的角度來(lái)看，以激光源的產(chǎn)量來(lái)衡量機(jī)器人的產(chǎn)量，可以說(shuō)機(jī)器人的產(chǎn)量還處于較低的水平”。通用公司瑞士Optech Consulting股份公司的Arnold Mayer博士說(shuō)到。根據(jù)他所掌握的資料，人們對(duì)機(jī)器人的3D應(yīng)用最感興趣。然而在這方面，機(jī)器人還沒(méi)有形成一個(gè)廣闊的市場(chǎng)。Peter Wirth博士、Rofin-Sinar激光有限責(zé)任公司的總裁也認(rèn)為：“目前只有大眾汽車(chē)公司大量地使用工業(yè)機(jī)器人”。例如，在V級(jí)高爾夫轎車(chē)中，其圓周體車(chē)架焊縫就是用激光器焊接的。

Rofin公司在機(jī)器人推廣應(yīng)用方面也做出了很大的努力。在2003年4月，公司就成功地向日本的Fanuc有限責(zé)任公司銷(xiāo)售了用于加工和刻寫(xiě)標(biāo)記的固體激光器。“Fanuc公司利用他們的具有世界領(lǐng)先的數(shù)字控制技術(shù)，為一個(gè)著名的用戶(hù)生產(chǎn)了晶體管ND-YAG激光機(jī)器人”。Wirth博士說(shuō)。邁出了第一步之后，F(xiàn)anuc公司將會(huì)在盧森堡的技術(shù)中心展示出他們的激光－機(jī)器人系統(tǒng)：Y－4400 LDiA。

長(zhǎng)壽命的晶體管激光器

3D激光加工設(shè)備的核心是由一個(gè)由晶體管發(fā)出的4.4kW激光射線(xiàn)，而這一激光系統(tǒng)是以Rofin激光技術(shù)為基礎(chǔ)，并溶合了Fanuc公司的電力能源供給技術(shù)，為晶體管激光器提供了強(qiáng)勁的動(dòng)力。Fanuc公司Robotics歐洲公司的總裁、首席執(zhí)行官Olaf Gehrels先生說(shuō)：“我們已經(jīng)有了10年之久的晶體管生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，可以很好地生產(chǎn)制造這種自動(dòng)化部件”。同時(shí)，他還自豪的說(shuō)到：全球大約有40％的YAG激光器是他們公司的產(chǎn)品。這家日本公司是世界上唯一的能保證YAG激光器使用壽命達(dá)到20000h的公司。

YAG－激光系統(tǒng)的其他重要組成部件是在R－2000iA/165F激光機(jī)器人的基礎(chǔ)上研制改進(jìn)的，它可以使激光機(jī)器人的焊接速度達(dá)到5m/min。Gehrels先生說(shuō)到：“利用這套設(shè)備，使我們成為生產(chǎn)YAG激光機(jī)器人設(shè)備的唯一廠(chǎng)家”。在談到這種生產(chǎn)軟、硬件全套產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)時(shí)他說(shuō)：機(jī)器人控制與激光焊接過(guò)程的控制采用的是一套統(tǒng)一的控制系統(tǒng)，是一套完整的軌跡運(yùn)動(dòng)控制與運(yùn)動(dòng)速度控制系統(tǒng)。

激光機(jī)器人切割塑料

在談到與Rofin-Sinar公司的合作時(shí)，Gehrels先生說(shuō)到：“我們將繼續(xù)在晶體管激光技術(shù)的應(yīng)用中加強(qiáng)合作，共同發(fā)展，成為一支可以與Trumpf公司抗衡的力量”。Fanuc公司的目標(biāo)是：每年生產(chǎn)銷(xiāo)售100臺(tái)3D激光機(jī)器人，主要用戶(hù)群是汽車(chē)制造業(yè)中那些采用激光技術(shù)進(jìn)行三維焊接與三維切割的生產(chǎn)企業(yè)。將來(lái)公司也打算進(jìn)一步擴(kuò)展激光機(jī)器人的市場(chǎng)，以便進(jìn)入板式激光-纖維激光（Schweiben-Faserlaser）技術(shù)領(lǐng)域中。

激光機(jī)器人技術(shù)對(duì)于Reis有限責(zé)任股份公司來(lái)講并不是完全陌生的技術(shù)?！霸谶@一領(lǐng)域中，我們已有10多年的生產(chǎn)歷史和經(jīng)驗(yàn)。從1994年開(kāi)始，我們推出了適合于激光焊接的兩種型號(hào)機(jī)器人”。Eberhard Kroth博士、Reis公司的負(fù)責(zé)人說(shuō)。這種激光焊接機(jī)器人的特點(diǎn)是：CO2激光器安裝在機(jī)器人手臂的大臂處，激光射線(xiàn)在機(jī)器人手臂內(nèi)經(jīng)反光鏡放射到加工點(diǎn)。普通的激光機(jī)器人切割塑料工件時(shí)，易在割縫背面產(chǎn)生大量的飛濺，而我們的激光機(jī)器人則不存在這種缺陷，可以很好的勝任塑料切割任務(wù)。目前，已經(jīng)有100多臺(tái)這樣的激光機(jī)器人常年累月地工作著。這樣一來(lái)，也鼓舞了我們進(jìn)一步開(kāi)發(fā)新的、性能更好的、要求更高的新一代激光機(jī)器人產(chǎn)品。目前，我們已經(jīng)進(jìn)入了金屬激光切割的領(lǐng)域。而正是由于在這一領(lǐng)域中受到了500W激光功率的限制，在激光機(jī)器人手臂上懸掛近100Kg重的激光焊接系統(tǒng)存在著問(wèn)題，才更加激勵(lì)著我們研制開(kāi)發(fā)新型機(jī)器人，用新的、性能更高的機(jī)器人來(lái)解決這些難題。

這種去年才推向市場(chǎng)的激光機(jī)器人中，RV6L－CO2激光機(jī)器人，其激光系統(tǒng)不是安裝在3軸上，而是安裝在2軸上，它可以承擔(dān)重量達(dá)400Kg的激光設(shè)備，從而使這種激光機(jī)器人可用于金屬材料和玻璃材料的切割以及特厚的塑料材料的切割。由于激光射線(xiàn)在機(jī)器人手臂內(nèi)生成，因此在機(jī)器人的手臂上不必再安裝任何附件了。Reis公司的負(fù)責(zé)人還談到了這種激光機(jī)器人的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)：“這種機(jī)器人的手腕可以以700°/s的速度旋轉(zhuǎn)，比目前市場(chǎng)上任何一種機(jī)器人的手腕旋轉(zhuǎn)的都快”。

雖然不像與Fanuc公司合作得那樣緊密，Reis機(jī)器人公司在激光光源設(shè)備方面也有一個(gè)很好的合作伙伴?！霸?KW的功率范圍內(nèi)，我們與Trumpf激光和系統(tǒng)技術(shù)有限責(zé)任公司進(jìn)行了密切的合作與技術(shù)開(kāi)發(fā)。我們共同研制的適合于在金屬切割中使用的2KW二氧化碳激光機(jī)器人TCF1，就是我們精誠(chéng)合作的結(jié)晶。它使用的控制程序就是Trumpf公司五坐標(biāo)機(jī)床加工控制上使用的程序”。Kroth博士說(shuō)到。

他還說(shuō)：RV6L型激光機(jī)器人原則上可以配備各種重量在400Kg以?xún)?nèi)的激光設(shè)備。在激光功率達(dá)到600W時(shí)，根據(jù)用戶(hù)的需求和具體的生產(chǎn)任務(wù)不同，可以從Coherent Rofin-Sinar或者Synrad公司生產(chǎn)的激光機(jī)器人中選擇。這些激光機(jī)器人所采用的是Nd：YAG激光或者晶體管激光。

機(jī)器人支持的激光應(yīng)用技術(shù)，不再是機(jī)器人軍團(tuán)中的無(wú)名小卒了，“自從去年我們成功的推出了新型激光機(jī)器人之后，我們已經(jīng)有20多臺(tái)激光機(jī)器人用于塑料加工生產(chǎn)中。在金屬切削加工中，第一臺(tái)樣機(jī)也經(jīng)過(guò)了大批量生產(chǎn)實(shí)踐的檢驗(yàn)，它為我們的產(chǎn)品樣本增加了新的篇章”。Kroth博士說(shuō)到。今天，在Reis公司的銷(xiāo)售收入中，激光機(jī)器人的銷(xiāo)售額比例已達(dá)到了25％左右。為此，它們還專(zhuān)門(mén)開(kāi)設(shè)了激光機(jī)器人用戶(hù)服務(wù)的業(yè)務(wù)。Kroth博士總結(jié)到：“我們可以為用戶(hù)進(jìn)行產(chǎn)品試制，即利用我們的激光機(jī)器人在我們的廠(chǎng)房里生產(chǎn)用戶(hù)所需的產(chǎn)品，以保證我們生產(chǎn)的激光機(jī)器人可以滿(mǎn)足用戶(hù)大批量生產(chǎn)的需要，或者作為激光機(jī)器人生產(chǎn)能力的驗(yàn)證，在短期內(nèi)大批量生產(chǎn)用戶(hù)的產(chǎn)品。例如，我們?cè)谌ツ昃驮谖覀児S(chǎng)的所在地Obernburg利用激光機(jī)器人為一家汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)生產(chǎn)了200000個(gè)塑料零件”。