应用于汽车液压成型管切割的激光机器人系统

图3 决定激光机器人单元加工周期的因素。以切割10个圆孔和3个型孔为例，上下料和装卡需20s液压成型管激光切割系统配置的优化主要取决于速度、成本和质量，其中GSI激光器一个突出的功能是可以产生几百赫兹的脉冲输出，峰值功率高于连续波平均功率的2倍。这不仅可以产生更快的穿刺，在进行垂直于表面的切割时，还可以产生更快、更稳定的切割；对于半径小的圆进行切割，可以保证边缘切割的质量更好；对于反射性材料进行切割，可使速度更快，如铝和镀锌板。

对机器人的选择

机器人运动的精度、光滑度和重复性决定了切割精度。激光切割几毫米厚材料的精度为±35mm，包括机器人路径，精度为±250mm。机器人点对点的重复定位精度决定了实际加工点的位置，大约为±70mm。

一个合适的机器人应至少有六轴运动，并可再加一个或更多轴来旋转或移动长的工件。负载为激光切割头，通常小于10kg。

切割头

如前文所述，切割头应该小、窄、轻且快，并能耐受较脏的切割环境。大的金属氧化物颗粒和烟尘会损坏光学镜片和移动机构，而不锈钢结构和滑块密封结构会减少磨损，快换式、预准直的切割喷嘴和聚焦镜片还可快速更换。此外，新型切割头还可以防止碰撞。当在切割中产生飞溅和等离子云，或在进行斜角切割时，保持切割头与工件的固定距离至关重要，GSI的切割头可以做到这点，并可在加工中不断地进行自我校准。

将光纤、电缆和气管固定在一起，需远离切割区，以免工件在加工中受阻或使其在运动中扭曲，所有的管路都应安置在切割头的一侧。切割头为直角是最好的，这样光纤可以沿机器人手臂固定，不仅可减少光纤在切割头上的扭曲，也可使更多的光纤用于工作区。

直角切割头也可以使用闭环的摄像监视系统通过镜片在焦点位置取像，然后在监视器上放大，以方便示教编程。这个功能配合电容传感器的信号，可让机器人自动找到工件表面的法线方向。操作者将切割头设置到行程中点或示教点，根据监视器上放大的图像沿着主线或特征中心点进行编程。在每一点，可以通过找到该点附近几点的高度自动确定法线方向，从而使机器人带动切割头移到法线方向，并将其作为正确点进行输入。

光纤传导的激光器机器人切割系统早在20世纪90年代初就已用于生产，最好的液压成型件切割系统的选择标准包括切割速度、运行成本、边缘质量和挂渣的去除、正常运行时间以及头期投资成本。在激光器满足速度快、切割质量高和挂渣去除容易的情况下，还应注意选择氧气和电消耗最少的激光器。选择到合适的系统，可使运行成本减少15～20%。