远程激光焊接

1、远程激光焊接图1. 远程焊接的关键优势是通过高速光束 扫描降低了定位时间图2.传统的扫描盒被专利的快速光束传递系统替代和Agilaser公司配合，超过12台甚至更多的远程激光焊接设备现在正在Fiat位于意大利各个工厂运转， 在Mirafiori它们为Idea和Musa两款车型焊接部件；在Melfi它们一直焊接Punto的部件，在Cassino它们焊接新Stilo的部件。系统同样被安装在Renault公司位于斯洛文尼亚Novo Mesto的工厂，用于焊接Clio和Twingo的部件，以及法国Saundoville工厂，焊接Megane的部件；在意大利Pomigilano焊接Stola、Ducat

2、o和Alfa159的部件。 在Mirafiori 工厂，一套Agilaser激光设备替代了一条机器人电阻点焊线，它采用双夹具远程焊接系统用于车门装配线，生产投资降低了15，而生产率提升了20，同时降低了占地面积和传统的四机器人焊接系统相比减少了50。结果是采用激光远程焊接后单件成本降低了30。 Renault 采用一套Agilaser焊接C85的前门部件（见图3），替代了原先使用的需要12台机器人电阻焊的系统，原系统需要占地1050m2 ，而采用5机器人加工站的 Agilaser仅占地808 m2 。两台 Agilasers以66秒的周期生产部件，焊接93条右侧及左侧激光焊缝，而以前需要电阻点

3、焊130个右侧和左侧焊点。在 Renault公司，一台Agilaser在C65型号的前门焊接38条激光焊缝，仅使用两套相同的夹具。 图3. Renault使用一台 Agilaser焊接C85的前门部件尽管这些CO2 激光系统从所记录的正常工作时间来看，稳定性超过98，但它们仍然没有被认为是主流的加工手段，这是由于它们先天在CNC机床结构上的问题导致。因为几乎所有的汽车部件和车身焊接是通过关节型的机器手完成的，而如果使用激光，可选的光束传递方式就是通过光纤。 作为将远程焊接带入下一个阶段所作的努力和欧洲“远程焊接”项目的一部分，Comau公司开发了3D扫描头，并在两年前第一次在慕尼黑激光展上亮相

4、。这一系统配备了Rofin Sinar 4.0千瓦半导体二极管泵浦Nd:YAG激光器，光束传递通过一根捆绑在传统机器手上的400微米直径的光纤。Comau Pico 很快认识到这种模式带来的限制，特别是在使用更高光束质量（更高亮度）激光器如圆盘激光器和光纤激光器时。 在大部分远程激光扫描头上，F-theta 镜用来将光束的焦点保持在和镜片固定距离的位置上，而不论光束的方向性。这一昂贵的设施有很大的直径，其工作范围稍大于其直径，由于F-theta 使得光束相对镜片保持垂直，其代价是牺牲光束质量和光斑大小的变化。而这同样意味着扫描头必须持续重定位并/或放置，采用动态的六轴标准关节式机器人系统。 C

5、omau Pico的SmartLaser（见图4）实质上把镜片集成进空心的机械手中。这一光学准直/放大模块 （类似望远镜）取代了用于传统激光扫描设备上的F-theta 模块（见图5）。 图4. SmartLaser是高速3D系统图5.该光学准直/放大模块取代了 F-theta 模块在传统激光扫描设备上的位置在SmartLaser背后的想法是创造一种高速3D系统，其加速度比机器人要高60到70倍，在焊接区域内拥有8g的动态加速度。该系统拥有的可编程焦距大于750mm，实际上在750mm到1200mm之间，能极大扩展系统的工作距离。这还意味着所有的光学轴，镜筒的X,Y和Z轴和扫描头都能完全集成在焊

6、接系统中，拥有全面的离线编程能力。该创新的扫描头（见图6）装配在机器手前臂的端部，包括两块镜片，第一块在30度角范围运动，另一块在240度角范围运动。该集成允许快速的重复定位，在景深上能得到2到3倍的增加而光斑的大小变形几乎可忽略不计。 图6. 前臂端部的扫描头包括两块镜片，第一块在30度角范围运动， 另一块在240度角范围运动不像其他扫描头远程焊接系统，该系统所有的轴，运动部件和镜片，均由一个标准的轴控器通过视校面板操纵。这使得编程非常简单便能控制所有的焊接参数，光束方向以及重新定位时的激光变化。 机器人拥有最大化的工具中心点速度 1.5 m/s ，加速度1.2 m/s2 。镜片轴有最大速度

7、4 m/s ，加速度80 m/s2。SmartLaser系统 100mm距离的Z向定位时间仅为70 ms ，而采用二维扫描头的传统机器人需要 580 ms。这意味着我们能在一个焊接周期内完成高达200到300条焊缝的焊接。 光纤和光耦连接在机械手上而不是扫描头上，从而降低了机械应力和疲劳强度，减少了光纤损坏的可能。这和其他的特征一起降低了维护的要求。 Comau目前正在欧洲测试第一台SmartLaser 系统，并且将有一台在美国进行用户测试。公司希望看到在下一年初获得来自汽车行业的第一笔订单，并在2007年底安装完毕投入生产。可以想到的是分时多工位/机器人安装能被用于依次加工多个部件，因而激光器一直都在焊接状态，一个工位焊接的同时新的部件也在其他工位完成上料。 结论 远程激光焊接的概念仍然在发展当中，系统不断被改良以满足用户生产中的需求。 供应商正努