摘要：随着科学技术的不断发展，生产制造领域对于生产效率的要求越来越高，而能够满足这一需求的激光技术在生产实践中的应用也随之愈发广泛。在激光技术应用的诸多领域中，激光焊接技术是非常重要的一部分。但是由于激光自身的特性，传统的激光焊接技术很难对空间曲面零件进行加工。本文便将以此为主要研究对象，希望能够设计出一种自动化激光焊接技术对空间曲面零件进行加工。
关键词：激光焊接 自动化 空间曲面
随着激光技术的广泛应用，当前已经衍生出来许多依靠激光技术进行生产制造的方法，激光焊接技术便是其中的一种。激光焊接技术在国外兴起，并在许久之前便已经应用于其生产制造行业中。由于其具备许多传统焊接方法所没有的有点，我国也在开始逐渐深入研发激光焊接技术在实际生产生活中的应用，而且也逐渐取得了一些成绩。随着激光焊接技术的实际应用，我们也发现激光焊接技术的适用范围要远远超过传统焊接技术，而且生产加工周期较短，成品质量较高。当前整个生产制造行业都处于自动化改革的浪潮之中，如何才能够将激光焊接技术与自动化控制结合起来，成为了当前亟待解决的重要课题。
一、激光焊接技术与自动化控制技术
激光焊接技术的核心便是利用激光所具有的巨大能量转化成热能从而将零件融化，进而开始焊接。激光焊接所采用的激光大多是利用震荡设备对设备中间存有的活性介质进行活化，使之转变为激发状态。当介质处于激发状态时，便可以产生光波。相同相位的光波在震荡设备中间往复反射，便会形成激光束。激光束蕴含着巨大的能量，当光束接触到零件表面时，其能量便会转变为热能，将零件材料融化，此时便可以开始进行焊接工作。
1、激光焊接技术的优缺点
传统焊接技术一般是在高温或者高压条件下使物料熔化，而且所使用的火焰喷射面积较大，极易对不必熔化的物料造成损伤，使零件的精密度受到影响。而激光焊接技术所使用的激光束与零件接触面积相对较小，焊接过程中不易对临近物料产生破坏；而且激光所产生的温度要远高于传统焊接技术所能够达到的温度，焊接效率将会大幅度提升，也能够处理一些难熔物料的焊接工作；同时，激光焊接技术无需再焊接过程中外部添加金属材料对焊接区域进行加固，极大程度上减少了焊接所消耗的成本；除此之外，在激光焊接技术与自动化控制技术相结合之后，对于激光能量、移动轨迹等方面的控制更加平稳，对于零件的加工更加精密化，对于现在的高精密仪器加工而言更加具有适用性。
但是激光焊接技术也同样拥有着一些缺点，比如：激光发生设备的造价较高，如果选择使用激光焊接法则会在前期投入较大的成本，在生产初期很难获得较高的净利润；对于某些焊接材料，其在高温条件下容易发生物理化学反应而生成等离子体，等离子体对激光有一定的吸收作用，这将会导致激光所蕴含的能量被稀释，无法全部转化为热量使物料熔化，降低焊接的效率和质量；激光束直径较小，除了需要使用极为精密的接头设备之外，还需要对激光发生器进行精确控制，确保激光发生器的运行轨迹与预设的轨迹完全相同，否则将会对零件造成损耗，严重者则会导致零件毁坏，无法投入使用[1]。
2、激光焊接技术与自动化技术结合的基础
通过前文所述我们可以清楚的了解到激光焊接技术所具备的优势和不足，而为了能够更好的发挥其优势并避免其现存的缺点对焊接工作造成影响，将激光焊接技术与自动化技术相结合无疑是一个较好的解决方案。自动化技术是一项综合性技术，其融合了计算机技术、电子技术、工程技术等多门学科于一体，在当前的工业生产领域得到了广泛应用。尤其是机电一体化自动化控制系统，其将微型计算机、传感器、动力源、传动系统等多方面部件统一结合形成一个可以依照既定的程序自行工作的生产装置。该项自动化技术无论是在机械制造、机械设计还是在生产调控领域上都起到了重要的意义。激光焊接技术进行操作时对于工作精度有着极高的要求，传统焊接方法中依靠人工控制激光发生器对零件进行焊接很难保证施工的质量，而机电一体化自动化控制技术则很好的解决了这一个问题。只要将符合要求的原部件放入起始段，便可以得到完全符合标准的产品，这对于曲面零件加工领域的发展而言无疑有着战略性意义。
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二、激光焊接技术的自动化设计
为了能够达到激光焊接自动化控制的目的，在此拟设计将激光发生器与生产机器人联动结合，通过对机器人或者机械手臂进行自动化控制来完成整个激光焊接技术的自动化控制。
1、自动化焊接准备工作设计
为了能够使自动化焊接工作正常进行，并且尽量减少焊接接缝的宽度，达到较好的气密性，在进行焊接工作之前必须让被焊接零件紧密贴合，最大程度上避免零件之间出现宽隙。一旦在焊接零件中间出现缝隙，则意味着激光束可能无法全部投射至零件表面，产生较大的能量损失；而且已经融化的物料可能会顺着缝隙流下，而非均匀分布在交界面处。为了能够避免此类情况发生，在正式进行焊接工作之前，需要特使用激光切割工具对零件焊接界面进行切割或者是打磨。
2、生产机器人的自动化控制设计
为了能够对生产机器人进行自动化控制以达到间接控制激光发射器的目的，需要预先进行编程工作。想要让整个焊接过程达到自动化，需要对两个方面进行编程设计。其一是控制激光发射器在何时开启又在何时关闭，其二则是控制机器人机械手臂的运动轨迹。
对于激光发生器开关进行控制的程序较容易完成，因为激光发生器多由继电器进行控制，如果确定在某一区域需要关闭激光发生器，则可以直接通过关闭继电器的指令来完成。而对于机器人机械手臂的控制，最为困难的便是如何使机器人手臂运行出圆滑的曲线轨迹。机器人手臂不能直接进行加工工作，其需要依靠对激光发生器的朝向和位置进行实时调控来完成空间曲面零件的焊接工作。对此，需要在焊接之前对焊接零件的空间曲面进行平面示意图绘制，从而进一步确定激光发生器的运行曲线以及空间朝向，再逆推得到机器人机械手臂的运动方式。在得到具体的运行数据之后，需要在若干个重要的空间拐点上标出示教点。示教点的位置精确程度决定了零件焊接的精密程度，示教点位置越准确、数量越多，则机器人机械手臂的运行越符合实际需要。为了能够保证零件焊接的空间曲面尽可能保持平滑、圆润，可以让机器人手臂达到既定位置之后逐渐减速，直至速度降至零为止。即机械手臂在预设的示教点开启激光发生器并采取相应的运动方式，其间需要一定的时间进行缓冲；在完成一个阶段的动作之后，机械手臂同样需要有一个减速到零的运动过程作为缓冲[2]。
3、激光发生器的相关参数设定
在使用激光焊接技术时，为了能够让每一段界面的焊接都达到要求，需要对激光发生器的各项参数进行适时调整。这里需要进行调整的数据包括激光的最大输出功率（峰值功率）、脉冲频率、脉冲宽度等。在激光焊接开始之前需要利用对示教点的指示光进行追踪来确定激光束聚焦的位置，由于激光所使用光线的波长不同，因此需要根据实际使用情况来确定各项参数。脉冲频率和脉冲宽度在一定程度上决定了激光的能量值，而且也决定了激光的光束直径。因此对于不同焊接面缝隙宽度，所使用的激光脉冲宽度也应该随时进行调整，无比保证激光光束的直径与焊接面缝隙宽度相匹配。
三、结论
激光焊接技术在当前精密仪器生产制造领域所起到的作用越来越大，已然成为了生产行业不可或缺的一个重要组成部分，而且在未来也将会扮演更加重要的角色。为了能够让激光焊接技术更加适应于当前科学技术发展的总趋势，必须将激光焊接与自动化控制相结合。机器人机械手臂与激光焊接设备相结合组成的空间曲面零件加工设施有效的避免了激光对于立体曲面图形焊接的弊端，让激光焊接技术的应用范围进一步被拓宽。未来对于激光焊接技术的完善也将会围绕激光发生技术以及自动化控制技术来开展，让激光焊接技术成为未来最主要的零件焊接方式。
参考文献：
[1]真空激光焊接技术研究现状与展望，[J]，蔡创，陈辉，张卫华，光电工程Opto-Electronic Engineering，2017-44（10）
[2] 机器人远程激光焊接离线编程系统与路径规划，[J]，王巧玲，程欣，组合机床与自动化加工技术，Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique，2018-2
论文作者:彭运明
论文发表刊物:《基层建设》2018年第19期
论文发表时间:2018/8/9
标签：激光论文; 零件论文; 焊接技术论文; 发生器论文; 曲面论文; 机器人论文; 手臂论文; 《基层建设》2018年第19期论文;