激光加工技术及其在汽车工业上的应用

1、 V 生产。 该 有以 下几个方面: 切缝窄， 热影响小， 切割表 子是大众公司的高尔夫 I 型轿车的 车c 一 立柱的内 衬件是一种所谓的3D一 塑料 面光滑， 无切割溶渣， 切边平行度好等。 激光切割技术可广泛应用于金属和非金 件，机器人夹持激光器切割头切割这种部 此种塑料内 衬材料为PP/ PE 聚丙烯/ 聚 ( 属材料的加工中， 可大大减少加工时间， 降低 件。 在喷注过程中， 其表面己 涂掇上一种 加工成本， 提高工件质量。 脉冲激光适用于 金 乙烯 ， 内衬部件的外轮廓、 属材料， 连续激光适用于 非金属材料， 后者是 涂料。为切割这种 3D一 切出通风孔和安全带的固定孔，应用了二

2、氧 激光切割技术的重要应用领域。 化碳激光器， 并直接安装在机器人手臂上。 大 3. 2 应用情况 不仅作 湖南大学激光研究所长期从事激光器研 众公司应用的这种激光束切割技术， 而 若是切 究， 终于在 199 年研制成功国内 4 第一台 析架 业速度快， 且切割面质量均匀一致。 则可以把切口毛边封住， 可节省 式折叠准封离型切割与焊接激光器，并获得 割织物部件， 国家发明专利。 经过几年的不断改进提升， 一道封毛边的工序。 这 项成果已经在长沙批量生产。这种切割和焊 接用的激光器与国外产品相比， 设计上另辟 蹊径， 采用了全新思路， 显示出多方面的优越 性。经鉴定， 该激光器运行成本低， 外

3、产 与国 品相比， 每年可节约 5 一 万元消耗工作气体 8 费用; 启动快， 从开机到激光输出稳定， 时间 比国 外产品缩短， 仅需数分钟完成， 外产 而国 品则需半小时以上， 显著节约能源; 工作稳定 可靠， 操作维修方便。 设备的售价只有国 每台 外产品的1/ 2。 鉴定委员会认为:该激光器综 合性能达到同类产品国内领先水平， 该激光 器在光束质量、 运行费用、 工作气体消耗、 启 动速度、操作维护等方面， 具有国际先进水 平口 4 激光钎焊 (简称 LBBW 技术 由BL 研发的铝泡沫夹层材料 (AFS 的 z 激光切割技术是一种卓越的汽车轻量化复合 材料， 其芯部为铝金属泡沫材料，

4、外层是两个 很薄的 包筱薄板件。因此， 其重量很轻， 而刚 性却很好， 且强度高。 其芯部尚未泡沫化的半 成品， 具有与铝板相类似的加工性能， 可任意 成型。 为获得所需要的 坯件轮廓(即要切开材 料 ， 应能在形成泡沫和非泡沫 A略 状态下被 切割。 机器人辅助激光切割塑料的一个典型例 在白 车身制造过程中， 车顶、 门槛、 和 A B一 立柱等的焊缝不仅可由二氧化碳和固体 式激光器激光束完成，而且也可以采用激光 束钎焊技术而实现。 尤其是车身外覆盖件， 由 于其不可成型性及几何形状极为复杂， 不可 能使用一块(个零件而构成。 因此， 需要有多 处联(连接结构。 同时， 为这些联 又因 连接

5、 部件处于车身外表面 (为人们的注目 之处 ， 所以， 对联接的外观质量提出了 很高的要求 (表面外观质最为A级。联接部位结构上的 要求是: 刚性好、 强度高、 耐锈蚀、 易于油漆和 方便维修。 基于这些苛刻要求， 德国巴 伐利亚 洲激光技术中心 (BL 和奥迪公司共同开发 Z 出一种适应大批量生产的激光束硬钎焊技 术， 并在奥迪牌竹 型双门 跑车c 一 立柱的联 接部位得到实际应用。 上海帕萨特轿车美观而符合空气动力学 的外形设计就有激光钎焊的功劳。上海帕萨 特的生产线上使用两套巧夺天工的激光焊接 装置， 一套用在后盖激光钎焊上， 另一套用在 车顶雨水槽焊接。这二套激光焊接装置都使 国外 金

6、 属 加 丁 2003 年第24 卷 用了机器人， 重复精度达 0. 皿 mm， 其中车顶 激光焊还使川了焊缝跟踪系统。激光焊接能 量集中， 焊缝平整。 这样大大提高了车身刚度 和强度， 减小了车身缝隙， 明显提高了车 身表 面质量。 可以说， 上海帕萨特的白 车身制造与 设计水平比它的前辈们有了质的飞跃，车身 的装配缝隙降到了3. s mm 以内。 度慢、 劳动强度大， 无法实现在线检测。 且 从 0 9 年代开始， 欧美等发达国家纷纷将先进的 激光视觉检测技术运用于汽车车身的检测与 控制， 有效地提高了汽车质量， 使其在汽车工 业本来领先的地位得到进一步的 保障。 天津大学从 8 年代末开

7、始了这项技术 0 5 激光微加工技术 的 研究， 后获 并先 得了国家“ 八五” “ ” 、86 项 3 目 组等多次支持。此次完成的项目由天津大 学与天津汽车夏利股份有限公司汽车制造分 公司共同承担。 经刻苦攻关， 科技人员综合使 传感器技术、 计算机工程、 图 激光技术除了可用于汽车制造典型的宏 用了激光技术、 并创新了整个测量系统的空 观加工， 而且亦可用于微观加工。 B比 与有关 像处理技术等， 现场标定方法、 机械传送定位及 的工业企业研发出将部 (器 件和传感器 (元 间坐标建立、 统、自 络控制系统以及 动网 整 件用激光焊接到印刷电路板上的 新技术。 其误差修正系 此 达到了

8、预期目 可完全满足年 标。 种激光焊接是一种经典的激光束微钎焊技 个测量软件， 5 0 术， 它不是耍取消涂料钎焊工艺， 而只是作为 产 1 万至3 万辆汽车生产线对车身尺寸实 0 %在线检测的要求。据了解， 该系统检 此工艺技术的补充。激光束微钎焊技术的主 现 1 。 一 要优点在于， 其对材料的热损(伤 害轻 (少 ， 测速度完伞符合生产线节拍， 辆车身的检 还不 到1分 钟 (以 样检测 半 往同 为6 一些部件不能用传统的钎焊方式进行焊接而 测时间 小时。另外， 个系统稳定可靠， 整 柔性好， 软 只能应用激光微钎焊技术。 可适用于不同车型. 而其制造成本仅 博也公司在气缸内油气比 (

9、燃油浓度 件灵巧， 例 类产品报价的1/ 8。 统已 该系 运 探测器 (元件 、 电磁阀、 加速传感器、 燃油喷 相当于美国同 津 汽车 .夏 lx旧 产线的 使 射阀、 燃油滤清器、 发动机控制装置等的 制造 行于天 微型 厂、 利Z 生 确保新车产品质最。 中也应用激光束微焊接技术。该技术与激光 用中， 从 1， 年4 月， 9 南京 “ 依维柯白 车身三 束微钎焊相比， 具有意义深长的 优点， 例如， ， 在该公司投人使用， 至 作业中不使用铅、 焊接部位的高温强度好、 维激光视觉检测系统， 适 今检测五六百台车身， 运行稳定可靠， 柔性 用于微小型部件等。 好，比用过去的检测办法节省

10、了大量的费 6 激光检测技术 “ 汽车车身尺寸激光自 动检测站” 是我国 “ 九五”国家重点项目， 也是我国 首个汽车车 身尺寸激光自 动检测站。经过多年的运行表 明， 其性能已经达到国际先进水平。 过去汽车 车身的测量一般采用三座标测量机进行， 速 用。这套检测系统是由天津大学精仪学院教 授叶声华领导的课题组和南京依维柯汽车有 限 公司车身厂共同 研制的。这套系统研制成 功标志着我国有了第一套用于 整车检测的三 维自 动测量系 “ 统。 依维柯白 车身三维激光 视 觉检测系统”由 多个不同类型的视觉传感器 组成 不同的 被测点由相应的传感器测量。 实 践表明， 柯白 依维 车身三维视咬 下转

11、第6 页 4 国外 金 属 加 工 2003 年第 24 卷 所分析传动啮合质量的影响。 mm， 而G 值由一 1 、 mm 的范围 (位移 0. 0.4 但是问题在于函数( 精确的解析式。 方向 2 因 参考图 1。 微软一 c !” 用“ x E e 表格法 建立 此只能近似建立质量面， 例如， 通过给定寻找 两个质量面。在一种质量面下取表征锥齿轮 面的一系列点， 借助在规定的一定步距范围 传动工作平衡性的运动误差 f 作为质量指 内，改变每一误差某网格的方法来建立质量 面。 与网格的交节点相适应的质量指数值可 以由实物的试验求得， 或通过数字计算机的 模拟试验求得。为了查明齿轮一个接触区

12、的 情况， 检验工艺人员在试运转检查机上、 在遵 守一切规范和要求下需用 1小时， 而为测定 工作的平稳性则需用几小时。但是在 2 分钟 内 运算次数为 10 兆赫的 0 计算机上， 借助“ 专 家 ， 程序综合设备能够得出同样结果。 并非所 有的工业企业都能分析准双曲面 锥齿轮传动 在负荷 传动时的特性， 专家” “ 程序综合设备 使人们能在 1 分钟内 5 完成齿轮传动负荷下 特性分析。 所分析的例子 P 值变动由一 4 一+ 0. 1 0. 数; 在第二种质量面下作为质量指数是从齿 的接触界限到齿的最接近边缘的最短距离 d。 不同的 齿接触边缘极限代表相应锥齿轮传 动的精度不同。 使人们

13、能够规定安装锥齿轮传动时，以 允许安装位移为根据的公差。扩大公差带有 助于简化锥齿轮传动的安装工艺方法使之更 便宜。 锥齿轮传动安装的质量面及其允许的轴 向位移范围的建立， 使采用 “ 即 专家” 程序综 合设备， 其工作量也很大。 能使质量面建立用 数据化及方法自 动化，以及若能使人们以 二 级面逼近质量面的方法模型， 有助于简化建 立质量面的 解决方案。 (丁叙生 校 二 户心必 小盏 户. ， 户唱户铭奋咚产产，户沪小咭 ;海 尹 户、户 盏 沪 产、尸公协州 铭 小 户哈 “丫 声 岁 弓户唱p 。户、户护兮 户岁 笋 、产甲户甘 p 户 户 .曰 沪 沪 、 扣 户嘴 (上接第5 页

14、觉检测系统能实现自 8 动定位 维激光检测系统可适用于不同车型，提高功 误差补偿， 经过测量预处理， 测量过程可实现 效近百倍。 自 动化， 测量1 台白 车身上的3 个点(测量点 0 由 于激光束功率强、 品质高、 工作过程控 分布在整个车身的 外表面， 其类型包括圆 孔、 制精确， 因此激光技术越来越受到工程技术 棱线、 三棱拐 只需7 分钟 速度还可 人员的青睐。 点 测量 例如， 特制坯料的切割和 连接。 进一步提高 ， 而且重复性好， 使用方便， 性能 除此之外， 激光技术还不断开辟新的应用领 稳定。 数据可靠。 统的综合测量能力能够满 域， 系 使汽车制造使用更多的新材料成为可 足白 车身检测的 要求， 可适用于大批量汽车 能。 众所周知， 欧洲许多汽车厂家均在研发和 车身焊装线， 实现在线检测。 过去用三坐标测 生产百公里油耗只有 3 升的超节能小型汽车 量机测量一台车身需 1 小时， 2 测量成本为 (轿车 ， 而这离开应用轻量化材料 (诸如铝、 0 9 0 元。 该检测系统测量一台车只 7 分