OFweek激光网讯：“工业4.0”背景下，我国工业机器人的应用正悄然出现拐点。据统计，2013年，我国工业机器人销量达到了三万多台，同比增长60%，已超过日本成为全球第一机器人大国。
目前在汽车产业中，激光焊接机器人已成为最先进的制造技术，获得了广泛应用。德国大众汽车、美国通用汽车、日本丰田汽车等汽车装配生产线上，已大量采用激光焊接机器人代替传统的电阻点焊设备，不仅提高了产品质量和档次，而且减轻了汽车车身重量，节约了大量材料，使企业获得很高的经济效益。在中国，不少汽车公司也引进了激光机器人进行加工。
在汽车制造工艺里，焊接是汽车装配流水线上一道不可缺少的工序。通常来讲，车身焊接主要有电阻电焊、缝焊、二氧化碳焊等方式。在零件焊接上，应用到的焊接技术还有闪光焊、电子束焊、电栓焊、脉冲焊、摩擦焊等。近年来，世界上最新出现了激光焊接技术，并且发展得很快。
与目前传统的点焊工艺不同，激光焊接可以达到两块钢板之间的分子结合，通俗而言就是焊接后的钢板硬度相当于一整块钢板，从而将车身强度提升30%，车身的结合精度同样大大提升。当然，激光焊接的实际使用意义并不仅于此。一般来说，车辆在道路上行进时来自地面的颠簸会转换成每分钟上千次的扭曲运动考验车身，如果车身结合精度、强度不够，轻则车内异响频频、噪音大，严重的可能导致安装在车辆上的零部件如变速箱、前后桥的损坏或者车身断裂。
激光焊接的特点是被焊接工件变形极小，几乎没有连接间隙，焊接深度/宽度比高，因此焊接质量比传统焊接方法高。但是，如何保证激光焊接的质量，也就是激光焊接过程监测与质量控制是一个激光利用领域的重要内容，包括利用电感、电容、声波、光电等各种传感器，通过电子计算机处理，针对不同焊接对象和要求，实现诸如焊缝跟踪、缺陷检测、焊缝质量监测等项目，通过反馈控制调节焊接工艺参数，从而实现自动化激光焊接。所以说，激光焊接是一门技术性非常强的先进制造工艺。
机器人控制系统是机器人的大脑，是决定机器人功能和性能的主要因素。工业机器人控制技术的主要任务就是控制工业机器人在工作空间中的运动位置、姿态、轨迹、操作顺序及动作的时间等，具有编程简单、软件菜单操作、友好的人机交互界面、在线操作提示和使用方便等特点。目前机器人的应用工程由单台机器人工作站向机器人生产线发展，机器人控制器的联网技术使得对机器人生产线的监控、诊断和管理更加便捷。
机器人焊接目前已广泛应用在汽车制造业，汽车底盘、座椅骨架、导轨、消声器以及液力变矩器等焊接。丰田公司将点焊作为标准来装备其日本国内和海外的所有点焊机器人。用这种技术可以提高焊接质量，甚至试图用它来代替某些弧焊作业，同时，在短距离内的运动时间也大为缩短。该公司推出一种高度低的点焊机器人，用它来焊接车体下部零件。这种矮小的点焊机器人还可以与较高的机器人组装在一起，共同对车体上部进行加工，从而缩短了整个焊接生产线长度。轿车后桥、副车架、摇臂、悬架、减振器等底盘零件大都是以惰性气体保护焊(Metal-InertGasWelding，MIG)为主的受力安全零件，主要构件采用冲压焊接，板厚平均为1.5～4mm，焊接主要以搭接、角接接头形式为主，焊接质量要求相当高，其质量的好坏直接影响到轿车的安全性能。应用机器人焊接后，大大提高了焊接件的外观和内在质量，并保证了质量的稳定性和降低劳动强度，改善了劳动环境。
激光焊接设备的关键是大功率激光器，主要有两大类，一类是固体激光器，又称Nd：YAG激光器。Nd：YAG激光器波长为1.06mm，主要优点是产生的光束可以通过光纤传送，因此可以省去复杂的光束传送系统，适用于柔性制造系统或远程加工，通常用于焊接精度要求比较高的工件。汽车工业常用输出功率为3～4kW的Nd：YAG激光器。另一类是气体激光器，又称CO2激光器，分子气体作工作介质，产生平均为10.6mm的红外激光，可以连续工作并输出很高的功率，标准激光功率在2～5kW之间。汽车工业中激光技术主要用于车身拼焊、焊接和零件焊接。
德国的Rofin-Sina公司和Trumpf公司主要生产CO2激光器，HAAS公司则主要生产固体(Nd：YAG)激光器，而IPG公司生产新型的光纤激光器，Laserline公司生产半导体激光器，形成相互竞争又互相补充的激光技术研发与生产链。大众汽车、宝马汽车、奔驰汽车和美雅(Meyer)船厂是德国应用激光焊接技术的示范企业。德国的大众汽车已经将激光焊接技术引入中国，并在上海大众和一汽－大众的轿车批量生产线上应用，推动了中国激光焊接技术的应用。
使用输出功率大于4kW的二极管激发的固体激光器，对于铝合金的焊接具有决定性的意义。这些系统的光束质量特别好，能够瞬间注入直径为0.4mm的光纤中。激光束的聚焦能力极大地依靠于光纤的截面积。这表明这种新一代的固体激光器的潜力是“点”直径更小，功率密度更高，使人们能够进行以连续波的模式进行焊接。例如，用于对小型样品和小零件的各种连接，如对接、T形焊接和搭接进行了研究，零件的材料是AlMgSi0.7(厚度：3mm)和AlMg3(厚度：1.6mm)铝合金。高质量的焊道外形只有在纯粹的连续波状态才有可能。当使用千瓦级的二极管激发的Nd：YAG激光器焊接铝时，在很宽的参数范围内都能获得很高的可靠性。
有业内人士介绍，“现在的年轻人不愿意从事简单的重复劳作，机器替代人工将成为以后发展的重要趋势。”工业机器人具有重复性精确生产的特征，适应制造业中规模化批量生产要求，装配在生产线上代替人工作业，不仅解除了工人的繁复劳动，而且提高了生产质量。它可以流动作业，适应个性化生产需求。
机器人激光加工系统既具有机器人运动灵活、柔性高的特点，又具有激光的加工速度快、质量好、热影响小等优点，很好地满足了现代制造业发展的要求；同时三维激光切割焊接机器人不仅在技术上能够满足复杂三维切割焊接的要求，有助于提高工业产品的质量水平，还能降低生产成本，给企业带来巨大的经济效益。
一直以来，工业机器人应用最为广泛的是汽车制造业；如今，机器人制造企业正努力向其他领域拓展。此前工业机器人主要替代重体力劳动和复杂劳动，以解决人力在恶劣环境下作业的问题；而现在正转向简单重复的、大量使用劳动力的领域。相关部门显然也已经注意到智能化所带来的制造业变革，国家层面对智能制造的政策持续加码。在中国传统制造业面临智能化转型升级的背景下，激光加工进入机器人时代已势在必然。 |
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