李坤全，文睿
（河南工程学院，河南 郑州 451191）
摘 要：激光机器人技术是传统机器人技术的优化和改进。为了满足工业发展的需要，激光加工机器人在工业机器人中占有十分重要的地位，其也具有十分广阔的应用前景。激光机器人是激光技术和机器人技术的完美融合。本文以激光机器人技术为中心，从不同方面对其进行研究。
关键词：激光加工机器人；控制方式；基本结构与智能化
为了使工业更好的发展，实现人工不能够完成的工作，有关科研单位研制出激光加工机器人。激光加工机器人主要应用于激加工工作过程中，和传统的机器人不同，它是两大科技产物的有机结合——激光技术、机器人技术。众所周知，激光技术是近几年刚刚兴起的一门技术，其智能程度相对较高，现阶段还处于研制阶段，在研制的过程，还有一些技术难题没有攻克。一些发展规模较大的工业企业也将激光加工机器人投入生产线使用，但是还没有对其全面掌握，像工作原理等还没有熟悉，本文对其基本结构、工作的基本原理等进行简单的阐述。
1.1 激光加工机器人组成
激光加工机器人是一项高度柔性的加工系统，基于这个原因，其组成激光机器人的各种激光器也要具备高度的柔性，现阶段，我国在研制过程中，所用的激光器都是可光纤维传输的激光器。整个激光加工系统的组成包括很多零件，主要部件包括有10部分，首先是高功率可光纤维传送激光器，其次是两个系统：一个是传送系统，一个是光学系统，要想使激光加工机器人正常工作，还要有一个机器人本体，其自由度一般是六自由度，数字控制系统主要设备有两个：一是控制器，另一个是试教盒，激光加工机器人的完成是建立在计算机体技术基础之上的，因而还要具有计算机离线编程系统，其系统中所用的设备主要包括计算机和软件。其外，为工作所需，在机器人系统中安装机器视觉体系必不可少，此外，还包括激光加工头、材料进给系统以及加工工作台等。图1为一种激光熔覆机器人的示意图。
1.2 激光加工机器人类型
图1 激光熔覆机器人组成示意图
图2 框架式激光加工机器人示意图
工业用途不同，激光机器人的种类也不尽相同，一般而言，可以将机器人分为两种类型，一类是框架式机器人，第二类是关节式机器人，两种机器人由于工作需求不尽相同，其构成的系统也不同，对于框架式机器人而言，其主要组成结构主要包括一个龙门框架，三个系统（控制系统、驱动系统、监测系统），一个激光器等，这种激光加工机器人的主要优势在于具有广泛的应用范围，之外，对于一些精度较高的工业产品，也可以利用这种机器人进行生产，一般而言，其可适用于各种编程以及系统集成等，由于其性价比相对较高，价格较为划算，因而被广泛的推广应用，如图2。对于关节式激光加工机器人而言，它的组成结构和框架式类似，但是在此基础上多了一个机器人本体系统，和框架式机器人相比较，这种激光加工加工机器人的优势是活动空间较大，其动作也相对较为灵活，但是在价格上相对较贵，由于它具有优越的性能，因而也被广泛的工业生产线上。
1.3 激光加工机器人控制方式
对于激光加工机器人而言，其控制方式有三种，一种是在线编程机器人，二是离线编程机器人，三是智能自主编程机器人。
上文也有提及，和传统的机器人不同，激光加工机器人是一个对柔性要求相对较高的加工系统，既对柔性有较高的要求，其高度的光束传输柔性也相对较高。对柔性要求较高的目在于方便后续工作的进行——和机器人进行耦合集成。在激光加工机器人投入使用之处，其所用的光源是轴流CO2激光器，这一激光器存在一大缺点，就是激光波长为10.6μm，不能进行光纤传输。之外，CO2激光器在重量，体积以及柔性上也存在一定的缺陷，基于以上种种原因，它的应用也受到很大的限制。
2.1 灯抽运Nd∶YAG激光器
灯抽运Nd∶YAG激光器，它起源于上个世纪70年代，在不断的发展过程中，该技术已趋于成熟，但是其还存在一定的缺陷，例如热效应严重，之外，光束质量较差等，其优点是价格便宜，在工作的过程中，进行简单的维护即可，权衡利弊，其利远大于弊，因而现阶段还应用于工业生产中。
2.2 全固态激光器
对于全固态激光器而言，它的发展是建立在灯抽运Nd∶YAG激光器之上的，这种激光用较为先进的板条形面冷却技术，利用高吸收转换掺钇Yb∶YAG材料，其工作效率大大提升。除了上述我们讲到的各种激光器还包括光纤激光器，这种激光器存在一大缺陷，电光转换率相对较低，这一缺陷进而导致光纤激光器具有较强的热透镜效应以及很大的热积累等。随着工业发展的需求，光纤激光器的功率也有低到高的变化着，但其工作原理并没有发生变化。
2.3 盘片激光器
在21世纪之初，光纤激光器又面临着新的竞争对手——光板机关器。可以讲光盘机关器在对光纤的缺点进行改进的基础上，又增添了新的元素，笔者对其优点进行总结归纳，其优点主要体现在几个方面：首先是材料的吸收率方面，其功率输出高达5千瓦，其波长在1.030μm，这就意味着材料的吸收率大大提升。基于这一优势，它在各个行业的生产中均有用到，例如像焊接、切割、达标等等。
2.4 半导体激光器
半导体机激光器，也叫做激光二极管，这种类型的激光器是现阶段最为先进的激光器，系统的对半导体机关器进行分类，可将其分为两种，一种是单管性半导体机关器，另一种是阵列型半导体激光器，由于科技含量较高，其制作过程复杂且昂贵，因而它仅应用于两个方面：地势抽运固体激光器，再者就是直接加工。在利用半导体激光器作业时，要对外界的温度进行严格控制，因而不同的温度其工作效率以及工作质量都有很大的变化。之外，其还存在光束的发散角较大的问题。它的优点是解决了盘片激光器中质量重，体积大等问题。
3.1 机器人结构、性能参数及选型
粗略来讲，机器人的组成结构主要包括三个方面：机器人本体、驱动系统以及控制系统等。之外，机器人的本体系统的安装也不是一成不变的，它安装的部位要根据实际需求安装，例如为了使机器人的工作空间更大，我们可以将其安装在移动结构上。
3.2 激光机器人的智能化
激光机器人的智能化，就是机器人智能的对加工过程自行的检测，并自行的对信息进行处理，并具有一定的决策能力。在对过程进行监测时，其主要用到的技术手段有视频传感技术以及听觉传感技术。光频传感系统的组成主要包含三个方面：一是相机图像擦机器，二是专用图像处理软件以及计算机等，它主要用于各种物理场的检测。
激光加工机器人的发展趋势主要有四个方面，首先是激光加工机器人的在线化作业方面；其次是激光加工机器人的专业化、系列化方面；第三就是高功率激光器及光束柔性传输技术；最后是高光束质量激光束远程制造技术方面。不同的方面，其所研制的激光机器人类型不同。
本文首先从组成、类型以及控制方式等三个方面对激光加工机器人简单的分析，其次对激光加工机器人的高功率激光器进行介绍，并对常见的激光器以及利弊等进行分析，最后对激光加工机器人基本结构、智能化以及发展趋势进行阐述。
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中图分类号：TP242.2
文献标识码：A
文章编号：1671-0711（2017）04（下）-0136-02
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