先进制造技术课程报告-远隔控制激光

1、 本科生课程论文 远隔控制激激光在汽车工工业的应用 课程名称 先先进制造技术术 姓 名 学 号 专 业 机械制造造及自动化 任课教师 开课时间 22009.003 教师评阅意见：论文成绩评阅日期课程论文提交时时间：20110年 44 月 330 日远隔控制激光在在汽车工业的的应用华侨大学机电学学院机制2班班摘要：由于激光具有极极高能量密度度和超高加工工速度等特殊殊的加工特性性，近年来受受到世人的注注目。特别是是远隔控制激激光机器人加工工系统的超高高加工效率，倍倍受青睐。就就当前激光加加工领域最先先端的“远隔控制激激光机器人加工工系统在汽车车制造业的应应用及发展前前景”进行了综述述。远隔控制制激

2、光加工头头是通过程序序控制反射镜镜和聚焦镜的的位置，以实实现任意形状状的加工。试试验结果表明明，实际加工工速度可达5500mmin，并实实现小于等于于01 mm 以下的轨迹迹加工精度。关键词：普通反射镜振动反射镜光纤激光圆片激光远隔控制激光机器人加工工系统概述：为了满足汽车及及铁道车辆等等结构高速焊焊接的需要，作作为电弧焊、电电阻焊的替代代方法而诞生生了激光焊接接、激光电电弧复合焊接接和远隔控制制激光机器器人加工(焊接)系统等焊接接方法。德国国的一家汽车车制造公司在在2003年采采用相同的投投资和工作量量以3 台LPNdYAG 激光光机器人焊焊接系统取代代了9 台电阻点点焊机器人系系统。现在更

3、更增加了1 台远隔控制制圆片激光机器人加工工系统从事着着同样的工作作量，其投资资成本仅为原原来一半。现现在，激光焊焊接在汽车制制造及船舶制制造等行业受受到越来越多多的关注，激激光焊接的发发展应用越来来越多。激光焊接技术的的发展历经了了固体受激物物质气体受激物物质固体受激物物质、脉冲激激光焊接连续激光焊焊接、低功率率高功率、薄薄板厚件、低速速高速、低频频高频及低效效高效的历史史。20 世纪70年代主要要用于焊接薄薄壁材料和低低速焊接,焊接过程属属于热传导型型,即激光辐射射加热工件表表面,表面热量通通过热传导向向内部扩散,通过控制激激光脉冲的宽宽度、能量、峰峰值功率和重重复频率等参参数,使工件熔化

4、化,形成特定的的熔池。由于于激光焊接作作为1 种高质量量、高精度、低低变形、高效效率和高速度度的焊接方法法,随着高功率率CO2 和高高功率的YAA G激光器器以及光纤传传输技术的完完善、金属钼钼焊接聚束物物镜等的研制制成功,使其在机械械制造、航空空航天、汽车车工业、造船船工业、粉末末冶金、生物物医学、微电电子行业等领领域的应用越越来越广。激光焊接的优点点：采用激光焊接接可以获得高高质量的接头头强度和较大大的深宽比, 且焊接速速度比较快。由于激光焊接接不需真空环环境, 因此通过过透镜及光纤纤, 可以实现现远程控制与与自动化生产产。激光具有较大大的功率密度度, 对难焊材材料如钛、石石英等有较好好的

5、焊接效果果并能对不同同性能材料施施焊。激光焊接的不足足:激光器及焊接接系统各配件件的价格较为为昂贵, 因此初期期投资及维护护成本比传统统焊接工艺高高,经济效益较较差。由于固体材料料对激光的吸吸收率较低, 特别是在在出现等离子子体后, 因此激光光焊接的转化化效率普遍较较低( 通常为5%30%) 。由于激光焊接接的聚焦光斑斑较小,对工件接头头的装备精度度要求较高, 很小的装装备偏差就会会产生较大的的加工误差。远隔控制激光系系统在汽车制制造业中的应应用现状：在汽车制造业中中，远隔控制制激光加工系系统的研制开开发更加受到到世人的关注注，并正在逐逐步地转变成成产业化。在在远隔控制激激光加工系统统的研制开

6、发发中，所使用用的激光光源源主要有COO2 激光、YAGG 激光、圆圆片激光(DDisc llaser)和光纤激光光等。CO22 激光由于于光波较长而而不能使用光光纤传导，所所以较难与焊焊接机器人搭搭载，难以构构成CO2激光的的远隔控制激激光机器加加工系统。而而其他三种激激光光源，在在一般情况下下都能与机器器人搭载而构构成远隔控制制激光加工系系统，实现超超高效率的加加工作业。远远隔控制激光光机器人加加工系统主要要是由远隔控控制激光系统统、机器人、激激光发振器和和传导光纤等等组成。机器器人搭载远隔隔控制激光头头的加工作业业即在机器人人移动的路线线上，远隔控控制激光焊接接系统进行可可控范围的超超高

7、速加工。远隔控制激光机器人加工工系统的特点点有：(1)超高速、非非接触和无间间断的连续焊焊接；(2)超高的加加速度；(3)在狭窄部部位加工；(4)瞬间实现现多点焊接，容容易实现焊接接顺序的最佳佳化，焊接变变形小；(5)输入热量量小，焊接应应力小；(6)灵活多变变等。下面介绍目前最最受关注的使使用普通反射射镜(refflectiing miirror)或者使用振振动反射镜(Galvoomirroor)的远隔隔控制激光机器人加工工系统的现状状及未来发展展方向。普通反射镜的远远隔控制激光光机器人加加工系统：普通反射镜的远远隔控制激光光焊接系统由由直线电机驱驱动聚光镜按按照箭头方向向前后移动，焊焊接过

8、程中调调节激光束焦焦点的距离以以保证焊接过过程中焦点位位置的正确性性。普通反射射镜在x 轴和y 轴驱动电电机的作用下下实现激光焦焦点的运动程程序，实现任任意形状的焊焊接加工。远远隔控制激光光焊接系统的的主要技术参参数有：(1)加工范围围200 mmm200 mmm(2)聚焦镜的的焦点距离6600 mmm(3)反射镜的的最大偏转角角度15(4)加工轨迹迹精度01 mm(5)最大距离离移动时间小小于等于015 s(6)最高移动动速度5000 mmin。使用振动反射镜镜的远隔控制制激光机器器人加工系统统：与上述普通反射射镜远隔控制制激光机器器人加工系统统不同的是，在在x 轴和y 轴上使用用了两个振动

9、动反射镜，利利用这两个振振动反射镜的的组合振动，可可实现任意形形状的加工。最最高加工速度度大约可达3360 mmin。激光光光源使用了了圆片激光器器。激光器采采用TRUMMPH的TruDiisk 20002(20 kW)、TruDiisk 40002(40 kW)、TruDiisk60002(60 kW)和TruDiisk 80002(80 kW)圆片激光器器，激光束质质量8 mmmmrad，传传导光纤直径径02 mm。远隔控制激光焊焊接系统的种种类有：Prrogrammmablee FocuusingOOpticPFO 220(加工范范围 85 mmm，最高加加工速度2770mmin，加工工

10、轨迹精度小小于等于0015 mmm)；PFO 333(加工范范围320 mm190mmm，最高速度度270 mmmin，加工工轨迹精度小小于等于0045 mmm)；PFO 33D(加工范范围352 mm206mmm)。远隔控制激光系系在汽车制造造业的发展趋趋势：随着焊接技术的的发展，激光光焊接的应用用领域将越来来越广，包括括电动机械、轿轿车筋板和各各种零部件船船舶筋板、客客机筋板等，其其发展速度快快，今后应用用范围将进一一步扩大。特特别是远隔控控制激光机机器人加工系系统，由于本本身具有的特特性确立了它它在汽车制造造业中的重要要地位。在电电弧焊自动生生产线中，探探测仪检测、屏屏幕观察、工工艺参数

11、及其其波形分析、工工艺参数的自自动控制等已已有许多的实实际应用。但但是，对于激激光焊接和真真空电子束焊焊接而言，由由于热源较微微小、焊接熔熔深大、焊接接速度快和易易产生等离子子体等特点，给给各种探测仪仪的检测、屏屏幕观察、工工艺参数及其其波形分析、工工艺参数的自自动控制等方方面带来一定定的困难。目目前世界各国国在这方面的的研究正在进进行中，相信信在不久的将将来这些自动动检测和控制制系统会逐步步投入生产。目目前对于自动动检测系统的的研究工作可可以归纳如下下：(1)激光束输输出功率大小小、激光束输输出功率分布布、激光束外外形和激光束束脉冲波形等等激光束因素素(2)反射光量量或者透射光光量的光量信信

12、号(3)从焊接区区获得的红外外线光量(4)焊接中的的音响和杂音音(5)焊接区的的表面温度(6)激光束焦焦点位置等通过上述各参数数的检测、观观察、记录和和分析，将结结果反馈给控控制系统以维维持焊接参数数的稳定，同同时确保焊接接质量的稳定定。在远隔控控制激光机机器人加工系系统中，激光光束焦点的离离开距离是一一个特别重要要的参数，保保持这一参数数的稳定，对对确保焊接质质量的稳定是是十分关键的的。这方面的的研究工作到到目前为止还还没有一个成成熟的报道。具具体来讲，在在三维空间进进行激光焊接接时，焊缝位位置的高低是是变化的，在在变化的过程程中，如何通通过检测、观观察、记录和和分析焦点离离开距离，将将结果反馈给给控制系统，进进而驱动直线线电机使聚焦焦镜前后或者者上下移动，以以维持焦点离离开距离的稳稳定，确保焊焊接质量的稳稳定。这一研研究项目能得得以实现，将将进一步拓宽宽远隔控制激激光机器人人加工系统在在汽车制造业业中的应用范范围。参考文献：【1】徐国建 杭争翔 远隔控制激激光机器人加工工系统在汽车车制造业的应应用及发展趋趋势 沈阳工工业大学材料料科学与工程程学院，辽宁宁沈阳1100178【2】张文毓 激光焊焊接技术的研研究现状与应应用 河南省洛阳阳船舶材料研研究所,河南洛阳4771039【3】游德勇, 高向东 激光焊焊接技术的研研究现状与展展望 广