在汽車制造業(yè)中，金屬零部件的連接方法雖有電阻焊、弧焊等，但是，現(xiàn)在對(duì)激光焊接感興趣的汽車制造廠家越來越多，將激光加工設(shè)備應(yīng)用到汽車加工生產(chǎn)線中的廠家也越來越多。特別是遠(yuǎn)隔控制激光加工系統(tǒng)的研制開發(fā)更加受到世人的關(guān)注，并正在逐步地轉(zhuǎn)變成產(chǎn)業(yè)化。在遠(yuǎn)隔控制激光加工系統(tǒng)的研制開發(fā)中，所使用的激光光源主要有CO2激光、YAG激光、圓片激光(Disclaser)和光纖激光等。CO2激光由于光波較長而不能使用光纖傳導(dǎo)，所以較難與焊接機(jī)器人搭載，難以構(gòu)成CO2激光的遠(yuǎn)隔控制激光－機(jī)器加工系統(tǒng)。

　　而其他三種激光光源，在一般情況下都能與機(jī)器人搭載而構(gòu)成遠(yuǎn)隔控制激光加工系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)超高效率的加工作業(yè)。遠(yuǎn)隔控制激光－機(jī)器人加工系統(tǒng)的示意如圖所示，主要是由遠(yuǎn)隔控制激光系統(tǒng)、機(jī)器人、激光發(fā)振器和傳導(dǎo)光纖等組成。機(jī)器人搭載遠(yuǎn)隔控制激光頭的加工作業(yè)示意如圖所示，即在機(jī)器人移動(dòng)的路線上，遠(yuǎn)隔控制激光焊接系統(tǒng)進(jìn)行可控范圍的超高速加工。

　　遠(yuǎn)隔控制激光－機(jī)器人加工系統(tǒng)的特點(diǎn)有：

　　(1)超高速、非接觸和無間斷的連續(xù)焊接；

　　(2)超高的加速度；

　　(3)在狹窄部位加工；

　　(4)瞬間實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)焊接，容易實(shí)現(xiàn)焊接順序的最佳化，焊接變形小；

　　(5)輸入熱量小，焊接應(yīng)力??；

　　(6)靈活多變等。

　　下面介紹使用普通反射鏡(reflectingmirror)或者使用振動(dòng)反鏡(Galvo－mirror)的遠(yuǎn)隔控制激光－機(jī)器人加工系統(tǒng)的現(xiàn)狀及未來發(fā)展方向。

　　普通反射鏡的遠(yuǎn)隔控制激光－機(jī)器人加工系統(tǒng)

　　使用普通反射鏡的遠(yuǎn)隔控制激光焊接系統(tǒng)原理如圖所示。由直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)聚光鏡按照箭頭方向前后移動(dòng)，焊接過程中調(diào)節(jié)激光束焦點(diǎn)的距離以保證焊接過程中焦點(diǎn)位置的正確性。普通反射鏡在x軸和y軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)的作用下實(shí)現(xiàn)激光焦點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)任意形狀的焊接加工。

　　使用振動(dòng)反射鏡的遠(yuǎn)隔控制激光－機(jī)器人加工系統(tǒng)

　　使用振動(dòng)反射鏡的遠(yuǎn)隔控制激光－機(jī)器人加工德國TRUMPH公司研制開發(fā)的遠(yuǎn)隔控制激光－機(jī)器人加工系統(tǒng)。激光器采用TRUMPH的TruDisk2002(2．0kW)、TruDisk4002(4．0kW)、TruDisk6002(6．0kW)和TruDisk8002(8．0kW)圓片激光器，激光束質(zhì)量8mm·mrad，傳導(dǎo)光纖直徑0．2mm。遠(yuǎn)隔控制激光焊接系統(tǒng)的種類有：ProgrammableFocusingOptic／PFO20(加工范圍φ85mm，最高加工速度270m／min，加工軌跡精度小于等于0．015mm)；PFO33(加工范圍320mm×190mm，最高速度270m／min，加工軌跡精度小于等于0．045mm)；PFO3D(加工范圍352mm×206mm)。

　　與上述普通反射鏡遠(yuǎn)隔控制激光－機(jī)器人加工系統(tǒng)不同的是，在x軸和y軸上使用了兩個(gè)振動(dòng)反射鏡，利用這兩個(gè)振動(dòng)反射鏡的組合振動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)任意形狀的加工。最高加工速度大約可達(dá)360m／min。激光光源使用了圓片激光器。焊縫共計(jì)24條，如果采用電阻焊方法需要30s，采用普通激光焊接技術(shù)則需要23s，采用遠(yuǎn)隔控制激光－機(jī)器人加工系統(tǒng)焊接則需要5s，大幅度減少了焊接時(shí)間。

　　遠(yuǎn)隔控制激光－機(jī)器人加工體系在汽車制造業(yè)的發(fā)展趨勢隨著焊接技術(shù)的發(fā)展，激光焊接的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃絹碓綇V，包括電動(dòng)機(jī)械、轎車筋板和各種零部件、船舶筋板、客機(jī)筋板等，其發(fā)展速度快，今后應(yīng)用范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大。特別是遠(yuǎn)隔控制激光－機(jī)器人加工系統(tǒng)，由于本身具有的特性確立了它在汽車制造業(yè)中的重要地位。

　　在電弧焊自動(dòng)生產(chǎn)線中，探測儀檢測、屏幕觀察、工藝參數(shù)及其波形分析、工藝參數(shù)的自動(dòng)控制等已有許多的實(shí)際應(yīng)用。但是，對(duì)于激光焊接和真空電子束焊接而言，由于熱源較微小、焊接熔深大、焊接速度快和易產(chǎn)生等離子體等特點(diǎn)，給各種探測儀的檢測、屏幕觀察、工藝參數(shù)及其波形分析、工藝參數(shù)的自動(dòng)控制等方面帶來一定的困難。目前世界各國在這方面的研究正在進(jìn)行中，相信在不久的將來這些自動(dòng)檢測和控制系統(tǒng)會(huì)逐步投入生產(chǎn)。目前對(duì)于自動(dòng)檢測系統(tǒng)的研究工作可以歸納如下：

　　(1)激光束輸出功率大小、激光束輸出功率分

　　布、激光束外形和激光束脈沖波形等激光束因素；

　　(2)反射光量或者透射光量的光量信號(hào)；

　　(3)從焊接區(qū)獲得的紅外線光量；

　　(4)焊接中的音響和雜音；

　　(5)焊接區(qū)的表面溫度；

　　(6)激光束焦點(diǎn)位置等。

　　通過上述各參數(shù)的檢測、觀察、記錄和分析，將結(jié)果反饋給控制系統(tǒng)以維持焊接參數(shù)的穩(wěn)定，同時(shí)確保焊接質(zhì)量的穩(wěn)定。在遠(yuǎn)隔控制激光－機(jī)器人加工系統(tǒng)中，激光束焦點(diǎn)的離開距離是一個(gè)特別重要的參數(shù)，保持這一參數(shù)的穩(wěn)定，對(duì)確保焊接質(zhì)量的穩(wěn)定是十分關(guān)鍵的。

　　具體來講，在三維空間進(jìn)行激光焊接時(shí)，焊縫位置的高低是變化的，在變化的過程中，如何通過檢測、觀察、記錄和分析焦點(diǎn)離開距離，將結(jié)果反饋給控制系統(tǒng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)直線電機(jī)使聚焦鏡前后或者上下移動(dòng)，以維持焦點(diǎn)離開距離的穩(wěn)定，確保焊接質(zhì)量的穩(wěn)定。這一研究項(xiàng)目能得以實(shí)現(xiàn)，將進(jìn)一步拓寬遠(yuǎn)隔控制激光－機(jī)器人加工系統(tǒng)在汽車制造業(yè)中的應(yīng)用范圍。