在許多行業(ye) ，包括電子產(chan) 品、汽車、建築、光伏、技術光學和醫療設備等多個(ge) 領域，有一個(ge) 共同的需求就是實現玻璃、藍寶石等透明和半透明材料的產(chan) 業(ye) 化粘接。

超短脈衝(chong) 激光技術是目前將玻璃與(yu) 玻璃粘接的主要方法，該方法雖已應用於(yu) 生產(chan) 好幾年，並能夠交付高質量的成品，但它迄今僅(jin) 局限於(yu) 小批量的生產(chan) ，盡管如此，它仍有潛力變得高效且大規模生產(chan) 。

許多工業(ye) 製造目前依賴於(yu) 膠水粘接，這種粘接工藝非常適合於(yu) 傳(chuan) 統的大規模生產(chan) 。隨著時間的推移，製造商逐漸地優(you) 化了他們(men) 的塗膠技術，但他們(men) 仍然遇到與(yu) 塗膠過程本身直接相關(guan) 的缺點和質量問題。

粘合的一個(ge) 基本問題就是它需要膠水! 這就增加了另一種必須集成到製造過程中的材料。機器或工人塗上膠水，把要連接的部件壓在一起，但效果不是立即就能看到的，因為(wei) 在接頭變得足夠牢固到可以使用之前膠水必須先變硬。激光焊接不需要任何額外材料，並能夠立即產(chan) 生全強度焊縫。膠粘劑也有其他缺點，例如，它們(men) 的化學和機械性能不同於(yu) 那些被連接的部件。這可能會(hui) 產(chan) 生嚴(yan) 重的後果。膠水可能會(hui) 釋放會(hui) 汙染組件的氣體(ti) 。它還會(hui) 老化、變脆，可能會(hui) 降低產(chan) 品的使用壽命。更重要的是，粘接接頭隻能在有限的範圍內(nei) 有效阻隔氣體(ti) 和液體(ti) ，而且隻能在相對較短的時間內(nei) 有效。相比之下，超短激光脈衝(chong) 可以在要連接的部件之間建立持久的粘結而不存在上述任何問題。此外，激光焊接可以使組件更緊湊: 由於(yu) 其更高的接縫強度，它不需要像膠水那樣大的粘接表麵。當涉及到連接表麵的幾何形狀時，激光焊接也更加靈活，給零件設計師更多的空間來尋找創造性的解決(jue) 方案。

然而，盡管激光玻璃焊接具有這些強大的優(you) 勢，但由於(yu) 兩(liang) 個(ge) 關(guan) 鍵缺點，即需要高質量的連接表麵和缺乏自動化焊接質量控製係統，激光玻璃焊接一直難以在生產(chan) 中應用。幸運的是，我們(men) 現在對這兩(liang) 個(ge) 問題都有了解決(jue) 方案。

如何實現？

在介紹我們(men) 的解決(jue) 方案之前，讓我簡要描述一下該方法的基本工作原理。關(guan) 鍵要求是紅外激光脈衝(chong) 具有高重複頻率和脈衝(chong) 寬度在皮秒範圍內(nei) 或更短。我們(men) 開始先把一個(ge) 玻璃組件放在另一個(ge) 上麵。然後我們(men) 透過上麵的組件發射激光束，這樣它的焦點就在下麵的組件裏麵。激光脈衝(chong) 熔化了焦點處的材料，熔化材料的液滴向上擴散到上麵的組件中。熔化的材料凝固後形成連鎖連接。我們(men) 對每個(ge) 焊接路徑重複這個(ge) 過程幾千次。在幾秒鍾內(nei) ，這樣數千個(ge) 焊點的結合就能產(chan) 出一個(ge) 持久的連結。

更大容差

先前，最佳的玻璃與(yu) 玻璃之間激光焊接需要保持待粘接的零件之間的間隙需要在 1 到 4 微米的區域，但不能更高。超過這個(ge) 間隙的大小，熔化的物質就會(hui) 從(cong) 間隙的側(ce) 麵溢出，粘接就會(hui) 失敗。但是很多人都會(hui) 問如何在量產(chan) 上保持在這些限製之內(nei) ，所以我們(men) 開始尋找增加容差的方法。

我們(men) 的第一步是切換到 TOP Weld 光學元件，這種焊接頭使得脈衝(chong) 具有拉長的光束輪廓。這麽(me) 做的好處是使焊縫整體(ti) 上變得更大，這使得粘接的間隙容差立即加倍。但下一步才是真正標誌著在兩(liang) 方麵的一個(ge) 重大突破。它的關(guan) 鍵是對每個(ge) 焊接點的激光能量進行調製。換句話說，我們(men) 首先允許每個(ge) 焊接點的激光脈衝(chong) 的能量進行波動，然後立即讓它再次下降。這將使間隙橋接容差再次提高了 30%，並將最大可橋接間隙大小提高 50%。這些改進提供了一種能夠在量產(chan) 上被真正滿足的容差。

Top Weld

自動監測

能量調製的另一個(ge) 好處是它最終打開了自動化質量控製的大門。以前，不管是使用光學方法，還是在顯微鏡下檢驗隨機的橫截麵樣品，我們(men) 隻能在加工完成後對焊縫進行檢查。這是一種昂貴且無法令人滿意的方法。但是能量調製的引入突然給了我們(men) 一個(ge) 新的，在這個(ge) 過程中已知的值。我們(men) 現在需要的是第二個(ge) 在加工過程中可測量的信號，但它必須是與(yu) 加工過程直接相關(guan) 變化的。我們(men) 的想法是可以將這些測量值與(yu) 能量調製數據進行比較，以確定接縫上的每個(ge) 單獨點是否已經成功焊接。我們(men) 發現了我們(men) 需要的信號，即熔料在每個(ge) 焊點發出的過程輻射。我們(men) 使用光電二極管測量了過程輻射，並通過各種計算建立了兩(liang) 個(ge) 信號曲線之間的相關(guan) 性，即我們(men) 已經得到的調製能量圖和測量的過程輻射強度之間的相關(guan) 性。這個(ge) 結果給我們(men) 提供了一個(ge) 可靠的關(guan) 於(yu) 在每個(ge) 焊縫的結合強度的指標。我們(men) 實際上可以預測每個(ge) 單獨焊縫的質量並且準確率高達 98.6% !

一個(ge) 焊縫通常由數千個(ge) 焊縫點組成。通過計算所有成功焊接點的總和並分析其沿整個(ge) 焊縫的分布情況，可以自動計算出整個(ge) 焊接過程的成功程度。自動化質量控製是向工業(ye) 生產(chan) 邁進的一大步。它甚至開辟了搶救那些原本可能報廢的部件的可能性，因為(wei) 有缺陷的焊縫可以被糾正。具有自動監控的激光焊接是一種成熟、多產(chan) 和可靠的方法，它為(wei) 工業(ye) 提供了一種可行的替代方法來連接玻璃和其他透明材料。智能手機的攝像頭和顯示器需要一種快速可靠的方法將玻璃連接到玻璃上。這隻是玻璃激光焊接在量產(chan) 上許多可能的應用之一。

焊接過程中的自動化質量控製如何工作 (a):對於(yu) 焊縫中的每個(ge) 焊點(b)，係統會(hui) 測量和評估工藝輻射(c)。該輻射曲線越接近焊接過程(d)的歸一化激光能量曲線，則連結連接越好。焊縫的整體(ti) 質量取決(jue) 於(yu) 評級為(wei) “好”(黑色)焊縫點的數量和分布情況。