發(fā)那科（FANUC) 的激光焊接機(jī)器人 （圖片出處：FANUC America Corp）
激光加工設(shè)備最常使用的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（CNC）已發(fā)展成熟，與先進(jìn)的運(yùn)動(dòng)控制相結(jié)合，客戶在最大程度利用激光振蕩器的功能方面已經(jīng)相當(dāng)成功。隨著NC控制技術(shù)和高性能工業(yè)激光器的發(fā)展愈發(fā)明朗化，制造商大多在一臺(tái)直線型機(jī)器上使用CNC控制系統(tǒng)。這些機(jī)器猶如簡(jiǎn)易的移動(dòng)橋梁，用于輸送X，Y軸平面上的光學(xué)元件，而Z軸主要用于高度控制。
FANUC的高速運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) （圖片出處：FANUC America Corp）
近年來，機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域迎來了快速的發(fā)展和進(jìn)展，繼而提高了運(yùn)動(dòng)路徑性能和I / O觸發(fā)精度，并改善了工藝質(zhì)量。工業(yè)用1μm光纖激光器的成本下降趨勢(shì)以及機(jī)器人加工性能的日益提升給行業(yè)注入了新的活力，也為高產(chǎn)能應(yīng)用提供了最佳的成本優(yōu)勢(shì)。數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用持續(xù)拓展，不斷提高加工精度和速度，但其總體的靈活性尚為有限?；诳蛻魧?duì)激光應(yīng)用的制造要求，他們相較以往擁有更多的選擇，從而也惠及了所有的數(shù)控系統(tǒng)（技術(shù)）、激光器（系統(tǒng)）和機(jī)器人制造商。
盡管將機(jī)器人與數(shù)控系統(tǒng)相比似乎很簡(jiǎn)單，但它們?cè)谖锢韺傩院涂刂粕系募?xì)微差別，使它們適用于不同的市場(chǎng)。一束運(yùn)動(dòng)中的激光可以產(chǎn)生令人難以置信的效果，但只有配合運(yùn)動(dòng)控制及同步輸入和輸出控制系統(tǒng)的高精度才能實(shí)現(xiàn)。為了有效地使用任一運(yùn)動(dòng)裝置，它必須能夠根據(jù)位置和速度來精準(zhǔn)調(diào)整激光輸出。當(dāng)運(yùn)動(dòng)裝置加速時(shí)，其必須具有成比例的受控輸出以使激光功率能夠跟隨其發(fā)揮作用，從而沿著切割或焊接路徑提供均勻的能量分布。盡管兩者存在差異，但機(jī)器人與數(shù)控系統(tǒng)配置了適用于不同市場(chǎng)類似的控制功能。
數(shù)控激光系統(tǒng)似乎更容易使用，因?yàn)樗鼈兇蠖嗍怯蓹C(jī)床制造商在批量生產(chǎn)中配置的，且針對(duì)特定的應(yīng)用進(jìn)行了預(yù)配置。這類機(jī)器通常提供有限的運(yùn)動(dòng)范圍，從三軸運(yùn)動(dòng)延伸到五軸運(yùn)動(dòng)，并且配有多軸頭進(jìn)行定向控制。大多數(shù)的數(shù)控系統(tǒng)是直線型的，所以它們一次只能在其運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)使用一款激光加工頭處理工件。這種設(shè)計(jì)無法支持一個(gè)以上的龍門結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)疊加，因?yàn)闀?huì)干擾其自身的結(jié)構(gòu)。盡管存在機(jī)械設(shè)計(jì)限制，數(shù)控激光系統(tǒng)在CO2激光應(yīng)用領(lǐng)域占有很大的市場(chǎng)份額，主要基于其光束傳輸特性非常適合直線結(jié)構(gòu)和笛卡爾（Cartesian）運(yùn)動(dòng)包絡(luò)。
FANUC機(jī)器人配置了HIGHYAG遠(yuǎn)程激光焊接頭，上圖展示的是飛行焊工藝。（圖片出處：FANUC America Corp）
長(zhǎng)期以來，CO2激光技術(shù)在機(jī)器人上的使用一直局限于特定的應(yīng)用，并在早期嘗試后取得了一些成功。最大的問題在于如果光束傳輸設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)脑挘銜?huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的復(fù)雜性。如今，CO2激光機(jī)器人市場(chǎng)主要針對(duì)塑料切割應(yīng)用。10μm的波長(zhǎng)更為適合。然而，隨著光纖激光器的單位成本持續(xù)大幅下降，過去十年內(nèi)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能穩(wěn)步提高，而這正是激光加工市場(chǎng)未來的一個(gè)重要方向。
機(jī)器人制造商正不斷改進(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)控制方面的設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)更高的路徑精度并且提高激光輸出響應(yīng)。當(dāng)前，許多旨在改善CO2激光技術(shù)的功能都是機(jī)器人用戶可以隨時(shí)獲得的，包括激光高度控制、調(diào)焦功能、自動(dòng)功率調(diào)節(jié)、以及激光監(jiān)控等等。機(jī)器人應(yīng)用更加靈活，因?yàn)樗鼈儾灰蕾囉谏鲜鎏峒暗闹本€運(yùn)動(dòng)包絡(luò)。一個(gè)六軸激光機(jī)器人能夠與其他機(jī)器人在相同的加工部位協(xié)同工作，顯著改善激光加工效率。通過協(xié)調(diào)或共享激光輸出，您能夠以更少的投資和更緊湊的占地面積實(shí)現(xiàn)更高的加工效率，因?yàn)闄C(jī)器人僅占據(jù)加工單元垂直空間的“微小”部分。
機(jī)器人在激光加工中的應(yīng)用機(jī)會(huì)比比皆是，主要受到汽車市場(chǎng)的新材料和構(gòu)造技術(shù)的推動(dòng)，以及與近幾年愈發(fā)流行的3D打印技術(shù)息息相關(guān)。例如，最新的CAFE(Corporate Average Fuel Economy，汽車公司平均燃料經(jīng)濟(jì)性)燃料消耗標(biāo)準(zhǔn)要求以及帶有安全設(shè)備的汽車的超重要求都促使制造商在材料的強(qiáng)度重量比或輕量化設(shè)計(jì)等方面做出改進(jìn)。用熱壓鋼制成的部件較難進(jìn)行修剪、成形和焊接處理。在這種情況下，光纖激光器通過搭配使用機(jī)器人能夠輕松切割和修剪熱沖壓部件，從而為這些區(qū)域的加工提供了極高的靈活性，并且還能處理具有3D輪廓的各種成型零部件。
通用汽車工廠的鋁合金激光焊接應(yīng)用展示。 （圖片出處：通用汽車）
一種流行的焊接應(yīng)用是激光遠(yuǎn)程掃描焊接，其中光束傳送由振鏡掃描系統(tǒng)控制，在操縱光束的同時(shí)一并協(xié)調(diào)機(jī)器人通過其路徑的運(yùn)動(dòng)過程。該技術(shù)非常適用于高產(chǎn)量的汽車車身焊接應(yīng)用以及其它打標(biāo)和表面處理等特殊應(yīng)用領(lǐng)域。當(dāng)機(jī)器人和振鏡系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)采用了同步協(xié)調(diào)控制時(shí)，可實(shí)現(xiàn)更高的產(chǎn)能。越來越多的銘牌制造商正將鋁材用作汽車車身結(jié)構(gòu)材料并采用了“A”級(jí)表面處理工藝。當(dāng)前，復(fù)雜的車身形狀已然愈發(fā)流行，并且基于安全考量集成了各種傳感器。這里面臨的挑戰(zhàn)是如何對(duì)車身形狀進(jìn)行成形處理，以隱藏傳感器，從而不會(huì)破壞汽車的美學(xué)質(zhì)感。
機(jī)器人遠(yuǎn)程激光焊接應(yīng)用。（圖片出處：FANUC America Corp）
激光填絲焊接解決方案通過向車身焊縫中提供進(jìn)給速率良好控制的填充焊絲，同時(shí)通過精確的激光功率控制形成焊接點(diǎn)，來幫助實(shí)現(xiàn)這些舉措。所有焊接功能都通過機(jī)器人進(jìn)行控制，并自動(dòng)適應(yīng)機(jī)器人工具沿焊接節(jié)點(diǎn)的中心點(diǎn)的速度。新的自適應(yīng)焊接系統(tǒng)可以反復(fù)處理填充焊絲和激光功率。
激光機(jī)器人控制系統(tǒng)和技術(shù)如今能夠提供最大的靈活性。未來隨著越來越多的激光工藝和市場(chǎng)的愈發(fā)成熟，如材料處理、3D打印以及更多機(jī)器人柔性激光應(yīng)用的開拓等等，這一技術(shù)的發(fā)展前景勢(shì)必會(huì)更加光明。
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