遠程激光焊接已經正在成為(wei) 一種替代傳(chuan) 統汽車白車身應用中電阻點焊的一種手段。根據行業(ye) 調查，已安裝的設備超過60套，主要集中在歐洲和北美地區。遠程激光焊接技術發揮了單側(ce) ，非接觸式激光焊接帶來的技術和經濟優(you) 勢，並將其與(yu) 高速掃描鏡片帶來的優(you) 勢相結合，大大縮短了焊接時間，在整個(ge) 焊接流程中增加了總生產(chan) 效率。

　　遠程激光焊接的優(you) 勢是最為(wei) 顯著的，如果和傳(chuan) 統激光/機器人焊接的一些工作周期相比：20mm的縫焊能在0.2-0.4秒內(nei) 完成，重複定位時間最大3秒，而對於(yu) 遠程焊接來說焊接時間相同，重複定位時間僅(jin) 為(wei) 0.2秒。遠程焊接的關(guan) 鍵優(you) 勢在於(yu) 降低了定位時間，這是由於(yu) 裝備了高速的光束掃描裝置（見圖1）。

圖1. 遠程焊接的關(guan) 鍵優(you) 勢是通過高速光束 
掃描降低了定位時間

　　Comau Pico公司很早就曾為(wei) 推動遠程激光焊接技術的發展作出努力，他們(men) 曾通過和一些具有前瞻想法的汽車製造商合作，在白車身生產(chan) 上開辟了新領域。在公司早期獲得的成就當中有一項是同Rofin Sinar公司合作，采用一台基於(yu) CO2 激光的遠程焊接設備，利用掃描鏡片以高速反射光束，焊接車身件的多個(ge) 焊接位置。

　　在Fiat Marea車的一個(ge) 典型部件上，遠程CO2 激光焊接被用來替代電阻點焊，它主要用來消除在車後部尾門上采用膠粘劑帶來的成本。在這一應用中，總的激光縫焊時間是5秒。在對該車型門框的焊接上，43條激光焊縫僅(jin) 需30秒就能完成，替代了傳(chuan) 統的電阻點焊。在這兩(liang) 種應用中，重複定位時間的降低高達94％。

　　Comau公司在同Rofin合作獲得以上這些應用的經驗之後，開始認識到該係統能提供以下的優(you) 勢：高生產(chan) 率（高達120個(ge) 焊點/分），高柔性，減少的占地麵積（大多數汽車廠的主要成本因素之一），以及焊接各種不同外形零件的能力。

　　但是，如果不考慮使用的遠程焊接係統，從(cong) 零件來看，它們(men) 必須被緊緊裝夾在每個(ge) 焊接工位。這使得設計和製作夾具成為(wei) 必需，在一些應用中甚至非常複雜。另一方麵，其優(you) 點在於(yu) ，更經濟，占用更少空間，相比要使用6到8個(ge) 夾具的點焊來說，遠程焊接的夾具僅(jin) 需一個(ge) 。

　　Comau 也認識到傳(chuan) 統的遠程焊接係統上的掃描盒存在一些限製，因為(wei) 它不可能移動遠程焊接頭。因此Comau開發並申請了一項專(zhuan) 利，這是一種快速光束傳(chuan) 遞係統，在安裝到傳(chuan) 統的龍門型係統上後，能提供四軸的運動（見圖2）。采用該方式的新單元可帶來更高產(chan) 量，高速在零件上移動光束的能力替代了移動部件，並且降低了相關(guan) 工具的複雜性和成本。這一概念允許用戶在龍門框架範圍內(nei) 的任何地點完成焊接。

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圖2.傳(chuan) 統的掃描盒被專(zhuan) 利的快速光束傳(chuan) 遞係統替代

　　和Agilaser公司配合，超過12台甚至更多的遠程激光焊接設備現在正在Fiat位於(yu) 意大利各個(ge) 工廠運轉， 在Mirafiori它們(men) 為(wei) Idea和Musa兩(liang) 款車型焊接部件；在Melfi它們(men) 一直焊接Punto的部件，在Cassino它們(men) 焊接新Stilo的部件。係統同樣被安裝在Renault公司位於(yu) 斯洛文尼亞(ya) Novo Mesto的工廠，用於(yu) 焊接Clio和Twingo的部件，以及法國Saundoville工廠，焊接Megane的部件；在意大利Pomigilano焊接Stola、Ducato和Alfa159的部件。

　　在Mirafiori 工廠，一套Agilaser激光設備替代了一條機器人電阻點焊線，它采用雙夾具遠程焊接係統用於(yu) 車門裝配線，生產(chan) 投資降低了15％，而生產(chan) 率提升了20％，同時降低了占地麵積——和傳(chuan) 統的四機器人焊接係統相比減少了50％。結果是采用激光遠程焊接後單件成本降低了30％。

　　Renault 采用一套Agilaser焊接C85的前門部件（見圖3），替代了原先使用的需要12台機器人電阻焊的係統，原係統需要占地1050m2 ，而采用5機器人加工站的 Agilaser僅(jin) 占地808 m2 。兩(liang) 台 Agilasers以66秒的周期生產(chan) 部件，焊接93條右側(ce) 及左側(ce) 激光焊縫，而以前需要電阻點焊130個(ge) 右側(ce) 和左側(ce) 焊點。在 Renault公司，一台Agilaser在C65型號的前門焊接38條激光焊縫，僅(jin) 使用兩(liang) 套相同的夾具。

圖3. Renault使用一台 Agilaser焊接C85的前門部件

　　盡管這些CO2 激光係統從(cong) 所記錄的正常工作時間來看，穩定性超過98％，但它們(men) 仍然沒有被認為(wei) 是主流的加工手段，這是由於(yu) 它們(men) 先天在CNC機床結構上的問題導致。因為(wei) 幾乎所有的汽車部件和車身焊接是通過關(guan) 節型的機器手完成的，而如果使用激光，可選的光束傳(chuan) 遞方式就是通過光纖。

        作為(wei) 將遠程焊接帶入下一個(ge) 階段所作的努力和歐洲“遠程焊接”項目的一部分，Comau公司開發了3D掃描頭，並在兩(liang) 年前第一次在慕尼黑激光展上亮相。這一係統配備了Rofin Sinar 4.0千瓦半導體(ti) 二極管泵浦Nd:YAG激光器，光束傳(chuan) 遞通過一根捆綁在傳(chuan) 統機器手上的400微米直徑的光纖。Comau Pico 很快認識到這種模式帶來的限製，特別是在使用更高光束質量（更高亮度）激光器如圓盤激光器和光纖激光器時。

　　在大部分遠程激光掃描頭上，F-theta 鏡用來將光束的焦點保持在和鏡片固定距離的位置上，而不論光束的方向性。這一昂貴的設施有很大的直徑，其工作範圍稍大於(yu) 其直徑，由於(yu) F-theta 使得光束相對鏡片保持垂直，其代價(jia) 是犧牲光束質量和#p#分頁標題#e#光斑大小的變化。而這同樣意味著掃描頭必須持續重定位並/或放置，采用動態的六軸標準關(guan) 節式機器人係統。 Comau Pico的SmartLaser（見圖4）實質上把鏡片集成進空心的機械手中。這一光學準直/放大模塊 （類似望遠鏡）取代了用於(yu) 傳(chuan) 統激光掃描設備上的F-theta 模塊（見圖5）。

圖4. SmartLaser是高速3D係統

圖5.該光學準直/放大模塊取代了 F-theta 
模塊在傳(chuan) 統激光掃描設備上的位置

　　在SmartLaser背後的想法是創造一種高速3D係統，其加速度比機器人要高60到70倍，在焊接區域內(nei) 擁有8g的動態加速度。該係統擁有的可編程焦距大於(yu) 750mm，實際上在750mm到1200mm之間，能極大擴展係統的工作距離。這還意味著所有的光學軸，鏡筒的X,Y和Z軸和掃描頭都能完全集成在焊接係統中，擁有全麵的離線編程能力。該創新的掃描頭（見圖6）裝配在機器手前臂的端部，包括兩(liang) 塊鏡片，第一塊在30度角範圍運動，另一塊在240度角範圍運動。該集成允許快速的重複定位，在景深上能得到2到3倍的增加而光斑的大小變形幾乎可忽略不計。

圖6. 前臂端部的掃描頭包括兩(liang) 塊鏡片，第一塊在30度角範圍運動， 
另一塊在240度角範圍運動

　　不像其他掃描頭遠程焊接係統，該係統所有的軸，運動部件和鏡片，均由一個(ge) 標準的軸控器通過視校麵板操縱。這使得編程非常簡單便能控製所有的焊接參數，光束方向以及重新定位時的激光變化。

　　機器人擁有最大化的工具中心點速度 1.5 m/s ，加速度1.2 m/s2 。鏡片軸有最大速度4 m/s ，加速度80 m/s2。SmartLaser係統 100mm距離的Z向定位時間僅(jin) 為(wei) 70 ms ，而采用二維掃描頭的傳(chuan) 統機器人需要 580 ms。這意味著我們(men) 能在一個(ge) 焊接周期內(nei) 完成高達200到300條焊縫的焊接。

　　光纖和光耦連接在機械手上而不是掃描頭上，從(cong) 而降低了機械應力和疲勞強度，減少了光纖損壞的可能。這和其他的特征一起降低了維護的要求。

　　Comau目前正在歐洲#p#分頁標題#e#測試第一台SmartLaser 係統，並且將有一台在美國進行用戶測試。公司希望看到在下一年初獲得來自汽車行業(ye) 的第一筆訂單。可以想到的是分時多工位/機器人安裝能被用於(yu) 依次加工多個(ge) 部件，因而激光器一直都在焊接狀態，一個(ge) 工位焊接的同時新的部件也在其他工位完成上料。

　　結論

　　遠程激光焊接的概念仍然在發展當中，係統不斷被改良以滿足用戶生產(chan) 中的需求。

　　供應商正努力降低高昂的初始設備投資和夾具複雜性所帶來的影響。激光技術的發展，比如更短波長和光纖及鏡片導光方式正在研究當中，此外還有不使用保護氣體(ti) 的手段。

　　使用傳(chuan) 統激光器進行多工位加工以最大化激光使用時間，用於(yu) 更高產(chan) 量的生產(chan) 已經成為(wei) 了現實。