激光焊縫是車身結構中最先進的技術，焊縫強度是最重要的標準，但從(cong) 外部很難檢測到。最新的在線過程監控技術實現了可靠有效的質量監控。它結合了機器人輔助焊接和在線質量控製。

大多數傳(chuan) 統的焊接檢查方法都是通過觀察過程排放來間接工作的。從(cong) 它們(men) 的行為(wei) 中，可以得出關(guan) 於(yu) 焊縫特征的結論，這些結論將在以後變得明顯。然而，使用這種方法，隨後的影響隻會(hui) 被預測，而不會(hui) 被驗證——具有相應的不確定性。

其原因是熱機械影響、部件中局部和溫度相關(guan) 的膨脹和收縮，以及決(jue) 定焊接區材料行為(wei) 的局部冷卻條件。

這些影響會(hui) 產(chan) 生不可預測的影響，與(yu) 工藝排放無關(guan) 。因此，當熔融材料再次靜止時，通過試驗方法可獲得最佳結果。

焊縫強度不一定顯示在測量焊道表麵和評估其均勻性的表麵上，而與(yu) 焊縫熔透深度或內(nei) 部氣孔無關(guan) 。因此，不可能對焊縫強度進行說明。這可以通過使用超聲波或x射線穿透焊縫的方法來解決(jue) 。然而，隻有在焊接過程完成且材料基本冷卻後，才可能進行焊接。此外，它們(men) 需要一個(ge) 單獨的測量站，並且需要很長時間，這使得它們(men) 隻能進行隨機抽樣。

為(wei) 什麽(me) 高速攝像機不能解決(jue) 這個(ge) 問題？

高速攝像機

另一種測試焊接過程的方法，也是研究人員最喜歡的方法是高速攝像機。每秒有500張以上的圖像，使用這種技術可以很好地記錄焊接過程。對熔池和等離子體(ti) 光的觀察確實有助於(yu) 理解該過程。然而，這無助於(yu) 尋找焊接缺陷，如孔、裂紋和氣孔，因此它們(men) 的使用不適用於(yu) 生產(chan) 過程中的質量控製。這是因為(wei) 熔池中不存在孔洞和裂縫。它們(men) 隻在冷卻材料的固態化階段形成。同時，凝固階段冷卻行為(wei) 的記錄僅(jin) 限於(yu) 表麵缺陷。焊縫熔深或上材料層和下材料層之間的結合不能通過純表麵測試來檢測。此外，在生產(chan) 過程中，如此多的圖像生成的大量數據無法快速評估，無法實現實時生產(chan) 控製。這意味著高速攝像機非常適合科學研究，但必須為(wei) 生產(chan) 監控選擇不同的解決(jue) 方案。

測量退火：一種不同的方法

圖1 Hema Electronic的seelector-ICAM激光質量保證係統可與(yu) 3D掃描裝置一起部署，用於(yu) 遠程激光焊接應用，如Blackbird的intelliWELD。（來源：FFT生產(chan) 係統）

圖2車身結構中的激光掃描焊接（來源：Hema Electronic）

快節奏的批量生產(chan) 需要一種方法，該方法能夠跟上工藝周期，並能立即提供質量信息，以便在部件加工結束時進行進一步處理。該係統必須以盡可能少的數據生成盡可能可靠的信息，並提供有關(guan) 鍍鋅鋼板之間連接質量的電磁幹擾重要證據。

Hema Electronic的seelectorICAM激光質量保證係統與(yu) 3D掃描裝置采用了不同的方法，用於(yu) 遠程激光焊接應用，如Blackbird的intelliWELD（圖1）或Trumpf PFO 3D（圖4）。這兩(liang) 種設備與(yu) Hema係統一起在許多工業(ye) 安裝中都證明了其價(jia) 值。它檢測到表麵無法識別的缺陷，在激光停止向焊縫施加能量後，測量鋼中清晰可見的輝光數毫秒。焊縫輝光的強度和擴散是其評估的基礎。這提供了對焊縫主要特征的了解，這實際上可以得出關(guan) 於(yu) 其強度和質量的可靠結論（圖2）。

Hema Electronic與(yu) 戴姆勒合作實施的該方法的廣泛測試係列表明，除了檢測“假朋友”，還可以使用每個(ge) 焊縫的單個(ge) 圖像可靠地評估表麵焊縫缺陷（圖3）。

圖3使用seelectorICAM激光係統，每個(ge) 焊縫的一張圖像足以進行可靠、快速的質量評估。（來源：Hema電子）

檢查過程細節

激光焊接以連接板材。焊接後，焊縫本身仍會(hui) 輕微發光。通過短暫地重新加熱接縫，可以進一步改善這種可見光暈，這是通過在相反方向上用散焦和降低的激光功率再次穿過接縫來實現的。以這種方式實現的後退火均勻性增加了評估的可靠性。然後進一步降低激光功率，將偏轉鏡對準焊縫。在大約10 ms的短等待時間後獲取圖像，在此期間熔體(ti) 的凝固過程已經充分進展。該係統的攝像頭通過激光光學係統集中對準焊縫，並捕捉圖像。激光隨後移動到下一個(ge) 焊縫。對采集圖像的評估立即開始，並與(yu) 後續焊縫和圖像捕獲並行進行。焊接完最後一道焊縫後，即可進行整個(ge) 評估。

鋁焊接：質量控製的特殊挑戰

除了鋼和鍍鋅鋼之外，鋁由於(yu) 其重量減輕的特點，在車輛構造中變得越來越重要。鋁焊接在質量控製方麵的一個(ge) 特別困難是表麵的高光反射。這會(hui) 在激光束的耦合和圖像采集中產(chan) 生不良影響。與(yu) 可見光波長範圍內(nei) 的圖像一樣，熱相機的圖像采集也會(hui) 受到反射的影響。此外，由於(yu) 鋁不顯示退火，因此不可能直接傳(chuan) 輸上述用於(yu) 工藝和質量控製的解決(jue) 方案。這種材料的熱傳(chuan) 導速度非常快，以至於(yu) 用熱像儀(yi) 和光譜法進行的實驗都沒有成功。為(wei) 了實現可靠的質量評估，Hema因此進一步開發了用於(yu) 鋁車身構造的“seelectorICAM激光”係統。

它使用兩(liang) 步分析：第一步，在焊接和平滑焊縫後，立即在板材頂部拍攝圖像，確定並檢查每個(ge) 焊縫到組件邊緣（如果有）的邊緣距離。在第二步中，在平滑焊縫底麵之前，在部件的背麵拍攝圖像，以檢測焊縫中的材料泄漏，從(cong) 而確保足夠的焊縫穿透深度。測試後，如果需要，可以使用散焦激光對下方進行平滑處理。這種平滑的優(you) 點是恢複了光滑的表麵和原始材料的厚度。其結果是可靠的質量和強度保證，而且表麵光滑，恢複了原始材料厚度。

圖像評價(jia)

在圖像評估過程中，係統計算測量值，如亮度、圖像特征的幾何數據和評估結果，以評估焊縫，並將其存儲(chu) 在Excel電子表格中，用於(yu) 過程監控。返工站顯示在部件上的位置和發現的缺陷，以便快速、有針對性地返工。此外，係統會(hui) 從(cong) 圖像中檢測到任何焊接係統故障或不合適的設置。

在設置過程中，用戶與(yu) 圖像和測量結果交互工作。操作員可以參數化係統，並隨時控製評估過程。數據和圖像可以在係統PC上調用。用戶可以選擇將它們(men) 存儲(chu) 在分配給製造部件序列號的數據記錄中，以及其他生產(chan) 信息。

圖4 Trumpf PFO 3D與(yu) Hema ICAM激光攝像頭安裝在KUKA機器人上（來源：Mercedes-Benz AG）

快速簡便的在線集成帶掃描頭的激光焊接係統是將質量保證係統集成到現有生產(chan) 線的先決(jue) 條件。合適的激光器包括掃描儀(yi) ，如Blackbird公司的intelli-WELD（圖1）或Trumpf PFO 3D（圖4）。質量保證係統本身包括攝像頭及其軟件、用於(yu) 參數化、顯示和存儲(chu) 細節的PC、用於(yu) 檢查結果（RDS）的數據庫接口、用於(yu) 控製檢查和物流的PLC連接，以及用於(yu) 觸發“焊縫圖像”的激光器連接。

seelectorICAM激光器是一種智能嵌入式視覺係統，具有車載數據處理能力。這使得原始數據可以在智能攝像頭中實時評估。該相機位於(yu) 激光器的光路中，亮度動態為(wei) 170 dB，以獲得強烈的圖像對比度。其軟件包括攝像頭上的圖像采集和評估軟件以及PC上的操作員軟件。攝像頭通過係統PC上的用戶界麵進行操作。更換部件時，操作員模擬選擇新的相關(guan) 程序。基本上不需要對已經存在程序的組件進行教學或改編。因此，Hema係統可以快速方便地集成到任何激光焊接生產(chan) 線中。它可以立即提供質量控製數據，並提高生產(chan) 過程的質量和生產(chan) 率。

來源：Photonics Views -2022 - Helzle - Laser weld quality：it’s in the process，DOI:10.1002/phvs.202200021