激光功率計(jì)在汽車的安全、質(zhì)量和產(chǎn)率行業(yè)中的應(yīng)用

作為在當(dāng)代汽車制造中廣泛使用的工藝，激光焊接在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用起步于變速器齒輪等核心部件。這些部件的焊接要求精度高、形變小、材料變性少、表面整潔度高，因此*采用了當(dāng)時(shí)成本高昂的激光焊接技術(shù)。隨著高功率激光器的發(fā)展，激光焊接逐步在白車身制造、新能源電池組制造等領(lǐng)域成為重要制造工藝。

在白車身的制造中，激光焊接可用于多種金屬件的焊接，包括車身框架結(jié)構(gòu)、頂蓋、側(cè)圍等。焊接工藝包括搭焊、釬焊、激光-電弧復(fù)合焊等；焊接材料包括各類鋼材、鋁合金。與傳統(tǒng)的點(diǎn)焊相比，激光焊接的優(yōu)點(diǎn)是工件變形極小，焊接深度/寬度比高，焊縫強(qiáng)度高，焊接速度快，焊縫窄，且通常表面狀態(tài)好，靈活性高。采用激光焊接可顯著增加車身剛度、降低車身重量，同時(shí)允許更靈活的結(jié)構(gòu)件形狀和工藝，從而降低整車成本。憑借眾多優(yōu)點(diǎn)，近十年以來，激光焊接在白車身制造加工的焊接工藝中占比越來越高，逐步取代傳統(tǒng)的點(diǎn)焊工藝。

白車身激光焊接通常用機(jī)器手持導(dǎo)光臂與焊接頭，工件裝載到位后，在軟件控制下機(jī)器手沿焊線運(yùn)動(dòng)完成焊接。

圖1 白車身激光焊接生產(chǎn)線 

隨著新能源汽車的迅猛發(fā)展，在電動(dòng)汽車制造過程中，激光焊接的應(yīng)用又有進(jìn)一步拓展。為了生產(chǎn)緊湊型電池組，需要將單個(gè)電池高質(zhì)量焊接在一起，以便將它們串聯(lián)或并聯(lián)。連接各個(gè)電池的焊接電觸點(diǎn)必須具有非常高的質(zhì)量，因?yàn)殡姵乇仨毘惺?/span>環(huán)境的挑戰(zhàn) — 如季節(jié)性溫度波動(dòng)帶來的形變，行駛甚至是碰撞引起的巨大沖擊和震動(dòng)。此外，它通常是電動(dòng)汽車中較為昂貴的單一部件，整車的可靠性和穩(wěn)定性由電池決定；同時(shí)，確保對制造稀土所需的稀土進(jìn)行負(fù)責(zé)任的管理，即使在其移動(dòng)使用壽命結(jié)束后，電池仍應(yīng)可以利用，例如作為風(fēng)能或太陽能系統(tǒng)產(chǎn)生的電力儲(chǔ)存。所有焊接必須始終以*的精度和可靠性執(zhí)行；因此，激光焊接是電動(dòng)汽車電池組焊接工藝的良好選擇，而激光器的輸出特性必須時(shí)時(shí)加以監(jiān)控。

圖2 電動(dòng)汽車電池組示意圖 

無論采用哪種激光焊接工藝，焊點(diǎn)或接縫的質(zhì)量對所生產(chǎn)的部件的安全性和可靠性產(chǎn)生決定性影響，并終影響整車的安全性和可靠性。激光焊接設(shè)備的制造商和應(yīng)用商必須確保其設(shè)備在自動(dòng)化生產(chǎn)線上能夠正常工作，尤其是激光器的參數(shù)特性在復(fù)雜生產(chǎn)環(huán)境中保持穩(wěn)定，以實(shí)現(xiàn)良好的焊接工藝并確保其一致性；當(dāng)激光性能衰減時(shí)，要能夠盡早發(fā)現(xiàn)以盡快啟動(dòng)預(yù)案，避免設(shè)備檢修停機(jī)帶來的時(shí)間浪費(fèi)。

激光的功率是了解激光系統(tǒng)是否正常工作的重要指標(biāo)，因此定期對焊接頭輸出的激光功率進(jìn)行測量是確保焊接工藝穩(wěn)定性和一致性的重要方法。但對于汽車工業(yè)廣泛使用的萬瓦級(jí)的激光，常規(guī)測量是復(fù)雜、繁冗、耗時(shí)的 — 激光功率計(jì)需要專人操作，需要配置水冷，探頭位置需要精心擺放以避免探頭損傷同時(shí)確保激光安全，需要數(shù)分鐘才能夠達(dá)到穩(wěn)定的讀數(shù)......在爭分奪秒的整車生產(chǎn)線上，定期停機(jī)測量激光功率是嚴(yán)重的浪費(fèi)。

如何能夠兼顧高質(zhì)量和高效率？Ophir公司專門針對高功率自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線開發(fā)了HELIOS 激光功率計(jì)。不同于傳統(tǒng)的激光功率計(jì)，HELIOS只需要0.1 ~ 10秒的時(shí)間來測量激光的能量，從而獲知激光的平均功率；這樣可以在焊接生產(chǎn)線上，利用工件裝載的空閑時(shí)間，通過機(jī)械手將焊接頭移動(dòng)到功率計(jì)探頭上，開啟激光數(shù)秒完成測量，然后立即進(jìn)行下一次加工。

這種巧妙的方式可實(shí)現(xiàn)高達(dá)12kW激光的全功率實(shí)時(shí)、在線測量。同時(shí)，由于其瞬時(shí)測量方式，儀器不需要水冷或風(fēng)冷，適合工業(yè)現(xiàn)場使用；入口具備可程控快門，避免現(xiàn)場粉塵、飛濺物損傷功率計(jì)探頭。

數(shù)據(jù)可通過Profinet，Ethernet，RS232或USB接口傳輸至自動(dòng)控制系統(tǒng)，一旦激光在加工平面上的功率超出公差范圍，就可以立即采取對策來確保生產(chǎn)質(zhì)量。

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圖3 HELIOS功率計(jì)和軟件 

需要關(guān)于高功率激光器加工區(qū)更完整的信息？OPHIR提供Beam Watch激光焦斑測量儀，*非接觸式在線測量激光聚焦后的焦點(diǎn)位置、尺寸，并可根據(jù)激光功率測值計(jì)算功率焦點(diǎn)功率密度。一旦激光參數(shù)有變，用戶將可以立即做出響應(yīng)。

圖4 Beam Watch 高功率激光焦斑測量儀及測量結(jié)果示意 

汽車行業(yè)只是激光加工蓬勃發(fā)展的一個(gè)縮影。在微電子與集成電路、消費(fèi)電子、平板顯示、光伏、醫(yī)療美容、醫(yī)用材料及器件加工、航空航天、快速消費(fèi)品等等領(lǐng)域，激光加工都在成為*的技術(shù)手段。實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、便利的激光參數(shù)測量不僅能確保產(chǎn)品的品質(zhì)和一致性，更能提高效率和產(chǎn)能。敬請垂詢先鋒科技，我們?yōu)槟峁I(yè)的激光測量和監(jiān)控方案。