Представляем победителей III конкурса ЛАС
на лучшую разработку в области
лазерной аппаратуры и технологий

 К списку
победителей конкурса

Роботизированный лазерный комплекс для обработки промышленных
материалов с использованием волоконного лазера
(диплом I степени в номинации «Лазерное оборудование и технологии
для обработки промышленных материалов»)

В последние годы среди специалистов пристальный интерес, а часто и дискуссии вызывает волоконный лазер. Это вполне естественно для новой техники, хотя вряд ли можно подвергнуть сомнению ряд существенных преимуществ этих лазеров:

В то же время, необходимо отметить недостаточность данных по технологическим особенностям применения волоконных лазеров. Специалисты справедливо отмечают, что нельзя механически переносить опыт применения традиционных лазеров на волоконные. Существует также дефицит информации о технологических комплексах с применением новых лазеров. Незначительное количество публикаций на эти темы объясняют тем, что еще не закончился период тестирования волоконных лазеров в разных технологических центрах.
Тем не менее, уже имеющиеся сведения показывают, что перспективными областями применения таких лазеров являются:

Полагаем, что это далеко не полный перечень их возможностей.
В России разработку и выпуск комплексов с волоконными лазерами ведут ряд известных компаний - «ВНИТЭП» (Дубна), «НИИ ЭСТО - Лазеры и аппаратура ТМ» (Зеленоград), НПФ «ТЕТА» (Москва), «Лазерный центр» (Санкт-Петербург), НПК «Рапид» (Воронеж), но предлагаемое ими оборудование - портального типа и предназначено только для резки.
Для сварки используется установленный в Лазерном центре Московского инженерно-физичес-кого института совместно с НТО «ИРЭ-Полюс» комплекс с роботом фирмы «Moto-man», 10-кВт волоконным лазером и сварочной ячейкой «Flex Lase Cell» фирмы «Wayne Trail Technology» (США).
Универсальное оборудование, позволяющее быстро переходить от раскроя лучом волоконного лазера трехмерных изделий к операциям лазерной сварки или лазерной наплавки, в России не представлено.
Необходимость изготовления широкой номенклатуры изделий небольшими партиями заставляет искать комплексный подход к технологической цепочке. Санкт-Петербургским государственным университетом информационных технологий, точной механики и оптики совместно с ООО «Лазерный центр» и Лазерным региональным северо-западным центром проведены работы по созданию роботизированного технологического комплекса для трехмерной обработки материалов с применением волоконного лазера (его технические характеристики приведены в табл.1)

Табл.1 Технические характеристики комплекса

Назначение Резка, сварка, термообработка, наплавка
Обрабатываемые материалы Углеродистые, нержавеющие стали, алюминиевые сплавы, латунь
Тип лазера Иттербиевый волоконный, модель ЛС-2
Длина волны излучения 1,065- 1,08 мкм
Номинальная выходная мощность 2 кВт
Режим работы Непрерывный, модулируемый
Частота модуляции выходной мощности 5 кГц
Охлаждение Водяное
Максимальная потребляемая мощность 10 кВт
Оптическая головка Scansonic BO-FYQG-1,3
Фокусное расстояние F=127 мм; F=190мм; F=254 мм
Число степеней свободы при перемещении
лазерного луча		 6
Зона досягаемости 1550 мм
Максимальная линейная скорость 9200 мм/сек
Погрешность позиционирования
при повторных проходах луча		 +/- 0,1 мм
Система управления Контроллер D40

Цели разработки:

Рис.1  Робот «Kawasaki» серии FA06E с контроллером D40

   В состав комплекса входят:
  • иттербиевый волоконный лазер модели ЛС-2 производства НТО «ИРЭ–Полюс»;
  • промышленный робот компании «Kawasaki» серии FA06E с контроллером D40 (рис.1);
  • холодильная машина (разработка ООО «СП «ЛАЗЕРТЕХ»;
  • опт. головка фирмы «Scansonic» BO-FYQG-1,3;
  • система подачи газов (охлаждающих, защитных) в ручном и автоматическом режиме (разработка ООО «СП «ЛАЗЕРТЕХ»).

В целях обеспечения безопасности обслуживающего персонала робот, манипулирующий лазерным лучом, установлен в отдельном помещении. При включенном лазерном излучении доступ в рабочую зону к роботу закрыт. Наблюдение за технологическим процессом ведется с помощью системы видеонаблюдения или через окно, изготовленное из специального защитного стекла.

Модульный подход при создании комплекса позволяет в зависимости от поставленных задач использовать волоконные лазеры мощностью 400 Вт, 2 кВт или 5 кВт, а также сменные оптические головки «Scansonic BO-FYQG-1,3», «Precitec НР 1,5», «RAYLASE».

 

а)

  

б)

Рис. 2 Образцы резки а) латуни; б) алюминия.

Отработаны стабильные режимы резки сталей, алюминиевых и медных сплавов (рис.2).
В настоящее время ведутся работы по изучению процессов сварки и термообработки. В табл.2 приведены некоторые параметры технологических процессов.

Табл.2  Некоторые параметры технологических процессов

Технологический процесс

Параметры
(при использовании волоконного лазера ЛС-2)
Лазерная резка Ст.3;  толщина - 12 мм; скорость - 1,5 м/мин
Нерж. сталь; толщина - 6 мм; скорость – 0,8 м/мин
АМг-6;  толщина- 6 мм; скорость – 0,45 м/мин
Лазерная сварка Нержавеющие стали:
сварка встык глубиной до 3  мм, скорость до 1,5  м/мин;
сварка внахлест листовых материалов толщиной до 2 мм,
скорость  до 3 м/мин;

Роботизированный технологический комплекс, оснащенный волоконным лазером, смонтирован на производственной базе ООО «СП «Лазертех» по адресу С.Петербург, Коломяжский пр., 10.

В.П.Вейко, А.А.Петров, СПб ИТМО
С.Г.Горный, ООО «Лазерный центр», С.Петербург
А.К.Лозовой, Е.П.Маркин, С.Н.Смирнов, Ю.Г.Яхонтов, СЗЛРЦ, С.Петербург