世界獨(dú)此一家 激光器“心臟”挑戰(zhàn)光玻璃世界極限
上百束微弱的激光，經(jīng)過一道道玻璃之后，能量會(huì)放大1萬億倍。最終，它們將匯聚到一點(diǎn)，點(diǎn)燃人造“小太陽(yáng)”———激光慣性約束聚變裝置，有望實(shí)現(xiàn)人類源源不斷獲得清潔能源的終極夢(mèng)想。
要得到這足以引發(fā)氫同位素核聚變的強(qiáng)大激光，就必須研制出能為激光輸送能量的釹玻璃，它是大功率激光器的“心臟”。中科院上海光機(jī)所的一群科學(xué)家，為實(shí)現(xiàn)這個(gè)夢(mèng)想，默默努力了半個(gè)世紀(jì)。
如今，他們已經(jīng)是國(guó)際上唯一掌握制作大尺寸高性能激光釹玻璃全過程工藝的團(tuán)隊(duì)。昨天，他們捧得了2016年度上海市技術(shù)發(fā)明特等獎(jiǎng)。
釹玻璃“賦能”讓激光足以引發(fā)聚變反應(yīng)
釹玻璃研究歷經(jīng)半個(gè)世紀(jì)，經(jīng)歷了4次技術(shù)迭代，走出了兩位中科院院士。團(tuán)隊(duì)成員始終懷揣著一個(gè)信念：再難，也要做出來!
1焦耳的能量，可以讓1瓦的燈泡正常發(fā)光1秒。1納焦耳，只有1焦耳的十億分之一，這個(gè)能量級(jí)別的激光，微弱得幾乎無法察覺。然而，經(jīng)過一兩千片吸收了能量的釹玻璃“賦能”，這束微光將強(qiáng)大到引發(fā)聚變反應(yīng)。
“釹玻璃很奇特，在氙燈的照射下，釹離子會(huì)吸收光的能量，從低能狀態(tài)躍遷到高能狀態(tài)?！扁S玻璃項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、光機(jī)所研究員胡麗麗解釋，當(dāng)激光穿過能量滿滿的釹玻璃時(shí)，就會(huì)吸收玻璃中的能量而變強(qiáng)，“數(shù)千片激光釹玻璃在裝置中，反復(fù)為激光‘接力’，最終讓激光達(dá)到科學(xué)家的需求?！?br style="word-break: break-all; text-size-adjust: none; margin: 0px;"/> 這強(qiáng)大的激光，可以助力科學(xué)家進(jìn)行高能量密度物理基礎(chǔ)研究，創(chuàng)造了激光瞬時(shí)輸出功率世界紀(jì)錄的浦東張江超強(qiáng)超短激光裝置中，也用到釹玻璃陣列；激光釹玻璃也可用于聚變研究，我國(guó)的“神光”裝置就是世界上性能最好的聚變“點(diǎn)火器”之一。
從1964年起，上海光機(jī)所就開始了釹玻璃的研究，并走出了干福熹、姜中宏兩位中科院院士，團(tuán)隊(duì)成員目前穩(wěn)定在80多人。從第一代硅酸鹽釹玻璃，到現(xiàn)在磷酸鹽釹玻璃，整整經(jīng)歷了4次技術(shù)的代際提升。胡麗麗說，與硅酸鹽釹玻璃相比，磷酸鹽釹玻璃十分“嬌氣”：使用時(shí)，溫度、濕度都要精準(zhǔn)控制，不然玻璃會(huì)發(fā)霉，熔煉時(shí)也非常困難，“可它的能量放大能力是硅酸鹽釹玻璃的10倍，大功率激光裝置離不開它?！?br style="word-break: break-all; text-size-adjust: none; margin: 0px;"/> 再難，也要做出來!沒有它，我國(guó)激光科學(xué)沖擊世界前沿將只能是紙上談兵。
制造工藝全掌握世界獨(dú)此一家
“攻克”兩個(gè)字的背后，是徹夜難眠的思索、一次次失敗之后從頭再來、無數(shù)個(gè)緊急會(huì)議和被放棄的休息日。伴隨結(jié)婚生子的人生歷程，年輕人把要攻關(guān)的技術(shù)當(dāng)成了另一個(gè)孩子。
磷酸鹽釹玻璃為何難造?它要同時(shí)滿足28個(gè)技術(shù)參數(shù)，幾乎每一個(gè)都是一道難跨越的坎：高純度的原料既容易吸水，又“性格”活潑，連生性“懶惰”的白金都會(huì)被它“拉”下馬。而激光釹玻璃中，又容不得雜質(zhì)的存在。大功率激光裝置動(dòng)輒需要上千片釹玻璃，它們必須規(guī)格性能一模一樣，才能讓兩三百路激光最終精準(zhǔn)匯聚到僅有毫米量級(jí)的靶點(diǎn)上。
按照傳統(tǒng)方法，熔煉出一片釹玻璃平均需要兩天。早在上世紀(jì)90年代，美國(guó)、日本、德國(guó)3家公司共同投入研發(fā)，花了6年時(shí)間，掌握了釹玻璃連續(xù)熔煉技術(shù)。
“中國(guó)買不到國(guó)外的釹玻璃，也得不到相關(guān)技術(shù)，國(guó)外對(duì)我們禁運(yùn)?！焙慃愓f，要讓中國(guó)科研走到世界最前端，只有自己突破這個(gè)“卡脖子”的難關(guān)。
2002年，在國(guó)家科技重大專項(xiàng)的支持下，胡麗麗率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，開始了攻克釹玻璃的連續(xù)熔煉技術(shù)的征程。
“這真是太難了!”胡麗麗說，它挑戰(zhàn)了光學(xué)玻璃連續(xù)熔煉的極限，尺寸大、指標(biāo)要求多且極高。
除水、除白金、除雜質(zhì)……每道關(guān)口都得花上兩三年才能攻克。而這“攻克”兩個(gè)字的背后，則是徹夜難眠的思索、一次次失敗之后從頭再來、無數(shù)個(gè)緊急會(huì)議和被放棄的休息日?！罢麄€(gè)團(tuán)隊(duì)連續(xù)7年，連春節(jié)假期都放棄了?！焙慃愓f，只有當(dāng)約1米長(zhǎng)、半米寬的紫紅色玻璃走下生產(chǎn)線并檢測(cè)合格時(shí)，大家的心里才會(huì)生出一絲輕松。
純凈的紫紅色玻璃，包裹著一圈淡綠色的玻璃包邊，釹玻璃美得應(yīng)該放在少女梳妝臺(tái)前。然而，在專業(yè)人士眼中，那是一個(gè)完整的光學(xué)器件———連粘結(jié)兩種玻璃用的膠水，都必須嚴(yán)格符合釹玻璃的技術(shù)參數(shù)。
項(xiàng)目第二完成人、光機(jī)所正高級(jí)工程師陳樹彬解釋，釹玻璃在接收能量之后，會(huì)產(chǎn)生一些雜亂的光散射，包邊玻璃不僅要能吸收“雜光”，還要能消除應(yīng)力，不然釹玻璃就會(huì)碎裂。
每一個(gè)細(xì)小之處，都決定著整個(gè)研制過程的成敗?！斑@個(gè)團(tuán)隊(duì)里，好多小伙子一畢業(yè)就加入進(jìn)來，十幾年鉆在一門技術(shù)里，真是做到了極致?！焙慃愓f，有些人年紀(jì)輕輕就已經(jīng)花白了頭發(fā)，“伴隨結(jié)婚生子的人生歷程，他們把自己要攻關(guān)的技術(shù)當(dāng)成了另一個(gè)孩子?！?br style="word-break: break-all; text-size-adjust: none; margin: 0px;"/>連續(xù)穩(wěn)定支持安心攻克難關(guān)
讓團(tuán)隊(duì)倍感欣慰的是，這么多年來，從沒有為經(jīng)費(fèi)和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地發(fā)過愁。有了安心做科研的環(huán)境，才能做成這件大事。
走進(jìn)光機(jī)所嘉定北區(qū)的一幢大樓，世界上唯一一條大口徑高品質(zhì)釹玻璃連續(xù)熔煉生產(chǎn)線，正在為下一次開工做準(zhǔn)備。這條生產(chǎn)線一年可產(chǎn)出釹玻璃1200片。陳樹彬說，與手工單片制作釹玻璃的時(shí)代相比，現(xiàn)在的生產(chǎn)效率提升了10倍，成品率也大幅提升。
數(shù)年前，國(guó)際上已有機(jī)構(gòu)找到光機(jī)所，希望購(gòu)買產(chǎn)品?！爱?dāng)他們知道中國(guó)一家科研機(jī)構(gòu)就掌握了全套生產(chǎn)工藝，產(chǎn)品指標(biāo)全優(yōu)，除了佩服，還是佩服。”光機(jī)所科研處處長(zhǎng)賀洪波說，釹玻璃的直接銷售額目前已達(dá)3.76億元，它在高技術(shù)領(lǐng)域所打開的局面，其影響深遠(yuǎn)是難以估量的。
胡麗麗感覺非常欣慰的是，在國(guó)家科技重大專項(xiàng)、國(guó)家工信部、上海市經(jīng)信委的支持下，這么多年來，團(tuán)隊(duì)從沒有為經(jīng)費(fèi)發(fā)過愁?！肮鈾C(jī)所也盡可能優(yōu)先為我們提供更好的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地?！彼f，有了安心做研究的環(huán)境，才能做成這件大事。
發(fā)布時(shí)間 : 2017-11-24
谷歌展示新版無人駕駛系統(tǒng)：把激光雷達(dá)成本降低了90%
北京時(shí)間1月9日早間消息，谷歌上周日在底特律車展的一場(chǎng)預(yù)展中披露了應(yīng)用在克萊斯勒Pacifica中的最新無人駕駛系統(tǒng)，并表示這項(xiàng)技術(shù)比以往更可靠，價(jià)格也更低廉。
此次展示來自谷歌Waymo部門負(fù)責(zé)人約翰·克拉夫西克（John Krafcik）。該公司一直在尋找合作伙伴與之共同開發(fā)無人駕駛技術(shù)，并將其應(yīng)用到真車中。但目前為止只與菲亞特-克萊斯勒展開了合作，豐田汽車也有望與之達(dá)成協(xié)議。
克拉夫西克表示，Waymo最新的無人駕駛硬件和軟件整合了一系列新的傳感器，包括升級(jí)的視覺系統(tǒng)、雷達(dá)和激光雷達(dá)等，這都是由谷歌自行開發(fā)和生產(chǎn)的。
克拉夫西克表示，Waymo已經(jīng)將激光雷達(dá)成本降低了90%，單價(jià)約為7500美元。作為該項(xiàng)技術(shù)的主要外部供應(yīng)商，Velodyne Lidar和Quanergy Systems都曾經(jīng)表示，他們正在開發(fā)體積更小的固態(tài)激光雷達(dá)組件，最終價(jià)格將降至200美元甚至更低。
Waymo目前正在測(cè)試無人駕駛汽車，包括一些經(jīng)過改造的雷克薩斯RX450和谷歌自己的Firefly原型車。這些車不到8年時(shí)間行駛里程就接近250萬英里，主要都在城市街道上行駛。
克拉夫西克表示，Waymo計(jì)劃本月在加利福尼亞和亞利桑那的公共道路上測(cè)試帶有無人駕駛功能的Pacifica。他并未透露這套系統(tǒng)將于何時(shí)安裝到量產(chǎn)車中。
德爾福和Mobieye曾經(jīng)表示，他們合作開發(fā)的無人駕駛系統(tǒng)將從2019年開始面向汽車廠商出售。
福特、通用汽車和寶馬也都表示將于2021年推出無人駕駛汽車。
發(fā)布時(shí)間 : 2017-11-24
激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)在造船上的應(yīng)用進(jìn)展
陳長(zhǎng)軍、張敏、王曉南、胡增榮、孫茜
蘇州大學(xué)激光加工中心 江蘇 蘇州 215021
1 引言
1.1 復(fù)合焊的優(yōu)點(diǎn)
激光具有高亮度、高方向性、高單色性、高相干性及特殊的空間分布特性等優(yōu)點(diǎn)，可獲得高達(dá)1011W/cm2的聚焦功率密度，其巨大的能量集中在非常小的范圍內(nèi)，能迅速將材料局部升溫至極高的溫度，并能以較高的冷卻速度進(jìn)行冷卻，因此激光加工技術(shù)已成為一種無與倫比的材料加工方法[1]。激光材料加工技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的廣泛程度，已然成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平高低的重要標(biāo)志。激光焊接技術(shù)與傳統(tǒng)焊接技術(shù)相比，具有焊縫深寬比高、熱影響區(qū)窄、焊接接頭質(zhì)量佳、生產(chǎn)效率高等突出優(yōu)點(diǎn)，因此逐漸得到科研人員及企業(yè)的關(guān)注。常見的激光焊接技術(shù)包含單純激光焊接、激光填絲焊接和激光-電弧復(fù)合焊接（Hybrid Laser Arc Welding）。由于激光和熔化極氣體保護(hù)焊（Gas metal Arc Welding, GMAW）能加速焊接工藝，降低成本，并提高焊接質(zhì)量。所以激光焊接和復(fù)合焊在汽車制造、航空航天領(lǐng)域中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。但在造船行業(yè)中應(yīng)用還不是很普遍，尤其是在中國(guó)的造船上，還在大量的使用人力進(jìn)行焊接，不僅污染環(huán)境、而且勞動(dòng)強(qiáng)度大、危害比較大、精度和效率也無法保證。
激光復(fù)合焊結(jié)合了激光焊和MAG焊或其它氣體保護(hù)焊兩種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。復(fù)合焊主要的優(yōu)點(diǎn)是：焊接穿透的深度深而且焊道窄，焊接速度快，熱輸入低，熱影響區(qū)小，熱變形??；焊縫質(zhì)量高，外觀佳，物理性能好，返工率低，焊縫底部控制好，可實(shí)現(xiàn)單面焊雙面成形。并且確保了焊縫的金屬結(jié)構(gòu)與機(jī)械屬性。
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發(fā)布時(shí)間 : 2017-11-24
綠色再制造技術(shù)在軌道交通行業(yè)的應(yīng)用
胡增榮 孫茜 陳長(zhǎng)軍 張敏 王曉南
蘇州大學(xué) 江蘇 蘇州 215137
引言
我國(guó)鐵路事業(yè)發(fā)展迅猛，截至2015年底，我國(guó)鐵路運(yùn)營(yíng)總里程達(dá)到12.1萬公里，其中高速鐵路運(yùn)營(yíng)里程超過1.9萬公里，占世界高鐵運(yùn)營(yíng)里程的60%[1]。顯然，伴隨著鐵路事業(yè)的發(fā)展，鐵路機(jī)車保有量也迅速增加，截至2014年末，我國(guó)的鐵路機(jī)車車輛保有量已達(dá)到20,000臺(tái)，而考慮到一定的機(jī)車報(bào)廢率，每年的機(jī)車報(bào)廢量亦足夠可觀，合理地處理這些機(jī)車車輛將至少有著環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性兩重益處。引入再制造技術(shù)，將再制造技術(shù)與機(jī)車車輛相結(jié)合，將會(huì)是處理廢舊機(jī)車車輛及其零部件的重要選擇，其意義非常重大。
再制造是指基于機(jī)械設(shè)備全壽命周期理論，在節(jié)約、環(huán)保、優(yōu)質(zhì)、高效的原則下，為了改善乃至提升廢舊設(shè)備性能，以先進(jìn)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)為手段，進(jìn)行修復(fù)、改造廢舊設(shè)備的一系列技術(shù)措施或工程活動(dòng)的總稱[2]。
根據(jù)鐵道部《機(jī)車報(bào)廢管理辦法》，如果機(jī)車車輛一次維修費(fèi)用超過此類新車現(xiàn)價(jià)的60％時(shí)，應(yīng)當(dāng)辦理機(jī)車車輛報(bào)廢申請(qǐng)手續(xù)[3]，而根據(jù)NRE（National Railroad Equipment）的數(shù)據(jù)，再制造一輛機(jī)車的成本是不到新機(jī)車現(xiàn)價(jià)的60%，因此在經(jīng)濟(jì)上具有可行性；而在機(jī)車性能上，一次再制造可以提升機(jī)車性能使之壽命延長(zhǎng)15-20年，在性能改善上，再制造是值得的；另外一點(diǎn)是，機(jī)車再制造可以實(shí)現(xiàn)“定制化”，既可以對(duì)已經(jīng)性能降低的零部件單獨(dú)處理再制造使之至少恢復(fù)原有性能，也可以對(duì)部分零部件進(jìn)行維護(hù)或者更換，通過再制造技術(shù)升級(jí)性能，使再制造技術(shù)充分滿足我們的不同需求。
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發(fā)布時(shí)間 : 2017-11-24
工業(yè)機(jī)器人在激光切割領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)及應(yīng)用
機(jī)器人激光切割的優(yōu)勢(shì)
隨著汽車業(yè)、軍工及重工等行業(yè)的飛速發(fā)展，這些行業(yè)中的三維鈑金零部件和特殊型材的切割加工呈現(xiàn)小批量化、多樣化、高精度化的趨勢(shì)。工業(yè)機(jī)器人和光纖激光所組成的機(jī)器人激光切割系統(tǒng)一方面具有工業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)，能夠自由、靈活的實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜三維曲線加工軌跡，另一方面采用柔韌性好、能夠遠(yuǎn)距離傳輸激光光纖作為傳輸介質(zhì)，不會(huì)對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)路徑產(chǎn)生限制作用。相對(duì)于傳統(tǒng)的加工方法，機(jī)器人激光切割系統(tǒng)在滿足精確性要求的同時(shí)，能很好地提高整個(gè)激光切割系統(tǒng)的柔性，占用更少的空間，具有更高的經(jīng)濟(jì)性和競(jìng)爭(zhēng)力。
ABB機(jī)器人相關(guān)技術(shù)
與點(diǎn)焊、搬運(yùn)等運(yùn)動(dòng)控制所不同的是，激光切割是基于連續(xù)工藝狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)控制，除了要求機(jī)器人具有較高的運(yùn)動(dòng)點(diǎn)的精度和重復(fù)定位精度外，還對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的軌跡即機(jī)器人的直線和圓弧軌跡插補(bǔ)的精度提出了很高的要求。激光切割中的倒角切割和小圓切割的精度和穩(wěn)定性能夠很好的衡量機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制能力。ABB利用自身強(qiáng)大的研發(fā)實(shí)力開發(fā)了一系列的高端技術(shù)，來滿足市場(chǎng)的需求。所開發(fā)的True Move和Quick Move技術(shù)能夠很好地解決高速情況下倒角切割的精度問題，Advanced Shape Tuning和Wrist Move技術(shù)則能夠很好地解決小圓切割的精度問題。同時(shí)，結(jié)合ABB的離線編程仿真軟件Robot Studio和良好的人機(jī)交互接口Flexpendant及人機(jī)界面，使得整個(gè)激光切割系統(tǒng)在滿足客戶技術(shù)要求的前提下，容易操作及管理。
1、True Move和Quick Move技術(shù)
如圖1所示，傳統(tǒng)機(jī)器人在低速情況下實(shí)際路徑與編程路徑相吻合，但是在高速情況下做轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)時(shí)，實(shí)際路徑就會(huì)偏離編程路徑?；诟呒?jí)前饋伺服控制技術(shù)的True Move極大的提升了運(yùn)動(dòng)控制精度，解決了機(jī)器人在高速情況下實(shí)際運(yùn)動(dòng)路徑偏離編程路徑的問題，真正實(shí)現(xiàn)了所編即所得。
如圖2所示，傳統(tǒng)機(jī)器人在速度上升和下降的過程中加速度保持不變，相應(yīng)的完成一個(gè)動(dòng)作節(jié)拍的時(shí)間也較長(zhǎng)?；诟呒?jí)動(dòng)力模型控制技術(shù)的Quick Move可以精確控制機(jī)器人的加減速度和穩(wěn)定速度，通過使機(jī)器人任意時(shí)刻的加速度最大化來減少動(dòng)作節(jié)拍時(shí)間。
2、Advanced Shape Tuning和Wrist Move技術(shù)
ABB開發(fā)的Advanced Shape Tuning軟件能夠補(bǔ)償機(jī)器人軸摩擦力功能，對(duì)機(jī)器人在走復(fù)雜的三維切割路徑時(shí)的微小抖動(dòng)、共振等情況做及時(shí)、精確的補(bǔ)償。這些功能包含在機(jī)器人的選項(xiàng)中，應(yīng)用時(shí)客戶只需要調(diào)用相應(yīng)的功能模塊，機(jī)器人就能根據(jù)指令重復(fù)走所編程的路徑并且自動(dòng)獲得各個(gè)軸的摩擦參數(shù)。
Wrist Move是使機(jī)器人在切割時(shí)1、2、3軸不動(dòng)，只有機(jī)器人運(yùn)動(dòng)末端4、5、6軸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，這就避免了1、2、3軸運(yùn)動(dòng)時(shí)軸摩擦力對(duì)小圓切割路徑造成的不良影響。
3、離線編程仿真和人機(jī)交互接口
Robot Studio是ABB開發(fā)的離線編程與仿真軟件，可在電腦上完成幾乎所有的機(jī)器人編程與仿真。如圖3所示，通過Robot Studio能夠?qū)崿F(xiàn)十分逼真的模擬，并且所用的均為實(shí)際使用的機(jī)器人程序和配置文件。配合ABB Absolute Accuracy校正系統(tǒng)，可以使模擬結(jié)果達(dá)到很高的精度。Robot Studio還可方便地導(dǎo)入IGES、STEP、CATIA等主流CAD格式數(shù)據(jù)，然后依據(jù)這些精確的數(shù)據(jù)編制機(jī)器人程序。使用軟件中的AutoPath功能，僅在數(shù)分鐘之內(nèi)便可自動(dòng)生成跟蹤加工曲線所需要的機(jī)器人位置(路徑)，很好地解決了激光切割中復(fù)雜切割曲線無法通過示教產(chǎn)生的問題，大大節(jié)約了編程時(shí)間。
ABB機(jī)器人采用觸摸屏式的示教器FlexPendent，配合示教器上的搖桿和簡(jiǎn)潔的按鍵設(shè)計(jì)，使用十分方便。同時(shí)，ABB新開發(fā)的專用切割操作軟件具有良好的激光切割人機(jī)界面，將切割參數(shù)設(shè)置、軸摩擦力調(diào)整及I/O監(jiān)控等界面以圖形化、數(shù)字化等形式顯示在示教器上，界面十分友好，便于使用人員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控和操作。
相關(guān)應(yīng)用案例
ABB 2600型機(jī)器人所構(gòu)建的激光切割系統(tǒng)很好地體現(xiàn)了ABB機(jī)器人在激光切割應(yīng)用領(lǐng)域相關(guān)的技術(shù)，下面以此為應(yīng)用案例進(jìn)行介紹。
1、 系統(tǒng)組成
機(jī)器人激光切割系統(tǒng)外部布局和內(nèi)部布局分別如圖4和圖5所示。整個(gè)系統(tǒng)主要由ABB IRB 2600機(jī)器人及MTC750轉(zhuǎn)臺(tái)(圖6a)、IPG激光器及水冷設(shè)備(圖6b)、Precitec激光切割頭(圖6c)、RIP煙塵凈化設(shè)備組成(圖6d)。
1) IRB 2600機(jī)器人具有同類產(chǎn)品中最高的定位精度及加速度，可確保高產(chǎn)量及低廢品率從而提高生產(chǎn)率。所切割的鈑金件安放在MTC750轉(zhuǎn)臺(tái)上。應(yīng)用ABB機(jī)器人的MultiMove功能，機(jī)器人和轉(zhuǎn)臺(tái)能夠協(xié)同運(yùn)動(dòng)，且能達(dá)到很高的運(yùn)動(dòng)精度，從而保證工件的激光切割精度。
2) 激光發(fā)生器及水冷設(shè)備選用IPG公司的，型號(hào)為YLS-1000，激光最大功率為1000 W。激光采用光纖傳輸，經(jīng)聚焦后作為切割熱源，使工件被照射處的材料迅速熔化，同時(shí)用與激光束同軸的高速氣流來吹除熔融物質(zhì)，以形成空洞，隨著光束與材料沿一定軌跡作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而使孔洞連續(xù)形成一定形狀的切縫，完成對(duì)工件的激光切割。
3) 激光切割頭選用Precitec公司YRC型切割頭，該切割頭除了具有用來聚焦激光的聚焦透鏡以及相應(yīng)的光纖插口、水冷和氣體連接口外，還具有高度傳感器，能夠進(jìn)行防碰撞保護(hù)和自動(dòng)浮動(dòng)調(diào)焦。該功能可以有效地提高激光切割質(zhì)量。
除此之外，為了防止激光切割過程中所產(chǎn)生的激光輻射和煙塵污染，2600機(jī)器人和MTC750轉(zhuǎn)臺(tái)都放置在工作房?jī)?nèi)，整個(gè)加工過程在工作房?jī)?nèi)進(jìn)行，用于觀察切割過程和上下料的窗口均采用特制的激光防護(hù)玻璃，產(chǎn)生的煙塵在加工過程中利用RIP凈化設(shè)備及時(shí)抽走，從而保證了整個(gè)激光切割系統(tǒng)的安全性。
2、系統(tǒng)特點(diǎn)
1) 采用ABB離線編程與仿真技術(shù)，顯著縮短了整個(gè)系統(tǒng)的編程和調(diào)試的時(shí)間，提高了整體生產(chǎn)效率。大部分機(jī)器人編程均可在Robot Studio環(huán)境下完成。首先將相關(guān)的機(jī)器人、轉(zhuǎn)臺(tái)模型，以及Precitec激光切割頭、所加工工件的三維模型導(dǎo)入到Robot Studio中，應(yīng)用AutoPath功能根據(jù)工件形狀模型自動(dòng)生成編程路徑，必要時(shí)進(jìn)行路徑優(yōu)化和碰撞檢測(cè)。然后通過虛擬運(yùn)行機(jī)器人程序，在Robot Studio虛擬三維環(huán)境中能夠直觀的觀察機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)路徑，以便進(jìn)行修改和調(diào)整。最后將確定好的機(jī)器人程序下載至實(shí)際的機(jī)器人控制器中，進(jìn)行少量的實(shí)際調(diào)試即可完成整個(gè)系統(tǒng)的機(jī)器人編程。實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用該技術(shù)，無論是投產(chǎn)還是換線，機(jī)器人編程均可提前準(zhǔn)備就緒，大大降低了在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和停機(jī)中斷生產(chǎn)的時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，擴(kuò)大了機(jī)器人系統(tǒng)投資回報(bào)。
2) 采用ABB機(jī)器人True Move和Quick Move技術(shù)，最大程度地保證了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)精度和速度。同時(shí)利用Advanced Shape Tuning對(duì)2600機(jī)器人6個(gè)軸的摩擦力進(jìn)行補(bǔ)償，提高了機(jī)器人自身運(yùn)動(dòng)精度，最大程度地降低了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)誤差對(duì)激光切割質(zhì)量的不良影響。
3) 高質(zhì)量的激光切割效果除了要求機(jī)器人自身應(yīng)具有很高的運(yùn)動(dòng)軌跡精度外，良好的切割工藝也是必備因素。切割工藝涉及到切割速度和加速度、激光功率、焦點(diǎn)位置、吹氣量等多種因素的綜合調(diào)節(jié)。圖7為工藝調(diào)整后切割出的小圓，直徑分別為Φ6，Φ8，Φ10，Φ12，Φ14，Φ16，Φ20，Φ30，可以看出切割后的小圓熱變形很小，邊緣光潔，無明顯缺陷。經(jīng)測(cè)量，小圓的軌跡誤差約為0.1~0.25 mm，說明基于ABB機(jī)器人的激光切割系統(tǒng)具有很高的運(yùn)動(dòng)精度和切割精度。
結(jié)語(yǔ)
ABB機(jī)器人激光切割系統(tǒng)既具有機(jī)器人運(yùn)動(dòng)靈活，柔性高的特點(diǎn)，又具有激光切割的切割速度快、質(zhì)量好、切縫窄等優(yōu)點(diǎn)，很好地滿足了現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的要求；同時(shí)借助ABB機(jī)器人在激光切割領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)，不僅在技術(shù)上能夠滿足復(fù)雜三維切割的要求，有助于提高工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量水平，同時(shí)降低了生產(chǎn)成本，能夠給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
發(fā)布時(shí)間 : 2017-11-24
