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激光掃描焊接工藝在新奧迪A4車(chē)門(mén)上的應用

2016-11-02 14:17:00
sawchina
原創(chuàng )
12080
摘要：傳統的固體激光器焊接工藝是汽車(chē)車(chē)身制造中一種成熟的工藝過(guò)程。這種工藝的發(fā)展促使了機器人 控制激光掃描焊接工藝的誕生。在這種新的工藝中，機械臂的彎曲移動(dòng)與激光掃描儀的動(dòng)態(tài)位置移動(dòng)緊密相關(guān)。奧迪在其后續產(chǎn)品的車(chē)門(mén)上率先引進(jìn)了這種高效的制造技術(shù)。
傳統的固體激光器焊接工藝是汽車(chē)車(chē)身制造中一種成熟的工藝過(guò)程。這種工藝的發(fā)展促使了機器人 

控制激光掃描焊接工藝的誕生。在這種新的工藝中，機械臂的彎曲移動(dòng)與激光掃描儀的動(dòng)態(tài)位置移動(dòng)緊密相關(guān)。奧迪在其后續產(chǎn)品的車(chē)門(mén)上率先引進(jìn)了這種高效的制造技術(shù)。 

在此技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，最大的挑戰是尋找合適的激光光束質(zhì)量的激光源。傳統激光焊接應用中，具有光束質(zhì)量為25毫米*mrad的燈泵棒系統，其可用性為1000次，隨著(zhù)估值大于99%時(shí)，這些光束源會(huì )設置一個(gè)新的實(shí)用性標準。然而，對于激光掃描焊接來(lái)說(shuō)，則需要更高的光束質(zhì)量，由于掃描光學(xué)系統的加工場(chǎng)大小與可能的工作范圍與光束質(zhì)量息息相關(guān)。僅僅通過(guò)改變激光棒的外形以提升光束質(zhì)量已經(jīng)是不可能的了，只有新奇的激光概念才能滿(mǎn)足改善光束質(zhì)量的要求。TRUMPF公司為產(chǎn)業(yè)應用開(kāi)發(fā)了圓盤(pán)激光器，并已經(jīng)在世界范圍得到廣泛應用（見(jiàn)圖1）。它以8毫米*mrad的光束質(zhì)量作為高功率激光器系列標準為驕傲，其最大能量范圍為8千瓦。圓盤(pán)激光器用于所有的激光應用中，從切割、傳統的焊接到激光掃描焊接等等。

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圖1 TruDisk 6002——TRUMPF公司6KW功率輸出圓盤(pán)激光器，
集成了壓縮機冷卻器與最大六路光纖輸出

TRUMPF公司為大功率激光器的產(chǎn)業(yè)應用研發(fā)專(zhuān)用掃描焊接頭。目前只有該公司開(kāi)發(fā)的機器人導引解決方案通過(guò)了德國汽車(chē)行業(yè)嚴格的認證測試，并已應用于其系列生產(chǎn)中（見(jiàn)圖2）。最近，DaimlerChrysler汽車(chē)公司開(kāi)始將此工藝應用于新的車(chē)體制造過(guò)程中。從2007年1月開(kāi)始，Audi就已經(jīng)借助這種激光工藝進(jìn)行焊接處理，從而將其積累下來(lái)的激光焊接經(jīng)驗得以更好的應用。

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圖2：TRUMPF PFO 33（可編程調焦光學(xué)系統）
——德國汽車(chē)制造商首度將機器人引導掃描光學(xué)系統應用于其系列產(chǎn)品中的車(chē)身部件焊接中

相比較傳統工藝而言，激光掃描焊接工藝的最大上風(fēng)在于明顯地進(jìn)步了生產(chǎn)效率。通過(guò)掃描頭的快速映像移動(dòng)，用于定位機器人的時(shí)間明顯縮減，因此極大地減少了加工時(shí)間。與每秒0.5個(gè)焊點(diǎn)的接觸電焊相比，激光掃描焊接可在每秒完成3-4個(gè)焊點(diǎn)。這使得對激光束有更加充分的利用，同時(shí)對進(jìn)步經(jīng)濟效率意義重大。另外，圓盤(pán)激光器的高效也確保了激光源的低生產(chǎn)本錢(qián)。與燈泵浦系統相比，插座能效僅是前者能量損耗的25%，并且減少了使用者對基礎設施的需求（如廠(chǎng)房空間與冷卻需求）。 

大眾汽車(chē)和奧迪的研發(fā)工程師研究了激光掃描焊接工藝的上風(fēng)。同時(shí)奧迪成功解決了工裝夾具與零部件預備等各種挑戰，今天它們生產(chǎn)的部件質(zhì)量更加卓越。奧迪的專(zhuān)家們同時(shí)研發(fā)了激光輔助預處理技術(shù)，以保證鍍鋅層處理部件也具有較高的焊接質(zhì)量。他們采用的激光源是TRUMPF公司制造的Nd:YAG 脈沖激光器。

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TLS_384大功率圓盤(pán)激光器——高功率下的卓越光束質(zhì)量

在帕薩特小批試產(chǎn)之后，激光掃描焊接工藝及其系統組件在2005年被應用于大眾汽車(chē)公司的系列產(chǎn)品中。系統組件的高實(shí)用性得以驗證，并進(jìn)步了利潤率?，F在奧迪已經(jīng)在其系列產(chǎn)品中始終執行這一工藝。從2007年初，后續的奧迪 A4車(chē)門(mén)就已經(jīng)采用激光掃描焊接工藝與TRUMPF公司制造的4千瓦圓盤(pán)激光器。應用此技術(shù)后，四個(gè)制造單元天天可生產(chǎn)1800扇車(chē)門(mén)。每個(gè)激光掃描系統均為T(mén)RUMPF公司的生產(chǎn)的TruDisk 4002，它們采用了最新的圓盤(pán)激光器。此設備的4千瓦輸出僅由兩個(gè)圓盤(pán)產(chǎn)生。奧迪依靠激光網(wǎng)絡(luò )的上風(fēng)答應激光必要時(shí)彼此相互連接，可以輕松地實(shí)現備用與激光最大限度的利用。 

TRUMPF團體是全球激光技術(shù)及系統的領(lǐng)導制造商之一。通快的激光產(chǎn)品主要由高性能的二氧化碳激光器及燈泵浦及二極管泵浦固體激光器，打標激光器及多軸激光系統組成。 

需要了解更多消息，請登陸：www.trumpf-laser.com 
電話(huà)：+86-21 6385 9668 
傳真：+86-21 6385 9608 
電郵：info@siberhegner.trumpf.com 
網(wǎng)址：www.siberhegner.trumpf.com 

作者： 
Kurt Mann博士： 
于德國凱撒斯勞滕大學(xué)獲得物理學(xué)博士學(xué)位。 
1987-1990年于柏林固體激光學(xué)會(huì )任項目經(jīng)理。1990年后任職于德國Schramberg的TRUMPF激光公司，任產(chǎn)品經(jīng)理，目前負責TRUMPF團體CO2激光器與固體激光器的全球銷(xiāo)售業(yè)務(wù)。 

Rudiger Brockmann博士： 
Rudiger Brockmann博士于Munster應用科技大學(xué)從事激光應用技術(shù)研究；并在開(kāi)姆尼茨—茨維考產(chǎn)業(yè)大學(xué)進(jìn)行相關(guān)工程研究；于開(kāi)姆尼茨理工大學(xué)獲得博士學(xué)位。 
2002至2006年，在大眾汽車(chē)從事工藝過(guò)程研發(fā)。目前在位于德國Schramberg的TRUMPF激光公司負責所有輸出功率大于1千瓦的固體激光器的產(chǎn)品治理。 (end)
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