现代化的智能激光加工系统

激光加工即是利用激光作为能量，将材料熔化而后成型的一种加工方法。按加工的目的，可以分为激光切割、激光打标、激光焊接、激光熔敷、激光增材制造等。激光的温度可达到6000°，作用于材料能瞬间将材料熔化甚至气化。作为典型的热加工，以热影响区小、加工速度快，成型后无需后续加工而著称，特别适合于薄板或受热容易变形的材料。考虑到激光的安全性，以及激光加工的高效性，激光加工通常采用自动化辅助生产，能高效完成加工任务。   激光加工的基础是激光加工系统，一套完整的激光加工系统包括激光器（含光纤、冷水机和稳压电源）、激光头、运动机构（机器人或机床）、工作平台、其他辅助装备（工控机、冷干机、辅助水气等）。以下简要介绍激光器、激光头和运动机构等三部分。

  图1 激光加工系统模型（左）和万瓦激光器（右）

  激光器是激光加工的核心，目前，主要采用光纤激光器，其光束质量好，电光转化效率高，免维护，适合于各种材料加工。

  目前主流的激光器有CO2激光器、光纤激光器、半导体激光器、碟片激光器等。

  方向单一是激光的主要特性，基于这一点，可以通过光学传输输出不同大小的光斑，从而适用不同的加工。另外，激光能量集中，使得激光的穿透能力强，适用于厚板的加工。

  激光加工系统适应于加工件结构特点的运动机械构成其运动机构，通常采用机床加工，目前主流的加工手段是机床加工，其加工精度高，稳定性好，主要应用于二维加工，包括激光打标、激光切割、激光熔敷；采用机械手臂，柔性好，易于实现三维加工，包括三维激光切割，激光焊接等；加工精度比机床精度差，灵活性更佳，占地面积相对较小。

  图2 机床（左）和机器人（右）

  激光头是激光加工输出光能量的终端机构，通过光学镜片组合，先将激光扩束，然后通过光学镜片将激光放大的过程。按照激光加工的功能，可分为激光切割头，激光焊接头，激光熔敷头，扫描激光头，激光打标头等。

  普通的激光切割头，附带吹气嘴，采用高压能将激光熔化的材料吹除，从而形成切缝。目前汽车厂主流使用的激光钎焊头，其附带激光自动聚集功能，从而更加有利于激光加工的稳定性。扫描激光头，能利用镜片角度的转动和位置的移动，保证激光作用于工件的光斑大小不变，而且通过精确的控制，在激光头姿态不改变的前提下，能够实现圆形，直线段，C型等结构的焊缝结构。

  1 激光焊接头；2 激光钎焊头；3 激光切割头；4 激光扫描焊接头光束原理

  图3 各种激光加工头

  激光加工应用效果如下所示

  1 激光打标；2 激光钎焊；3 激光切割；4 激光增材制造

  图4 激光加工效果图