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激光作為一種靈活且通用的工具，被廣泛用于工業(yè)制造中。第四次工業(yè)革命的誕生，正在以智能化的名義潛移默化地深入各行各業(yè)，慢慢發(fā)酵越來越廣。汽車制造是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，豈能不順應潮流趨勢?激光與智能的結(jié)合，不僅能攻克汽車制造中的技術(shù)難題，也能讓生產(chǎn)制造事半功倍。此文以通快為例，為您詳解汽車制造中的智能激光解決方案。

工業(yè)領(lǐng)域中汽車制造是激光應用較多的行業(yè)，典型的激光應用包括白車身的激光釬焊、飛行焊，熱成型零件和碳纖維材料的三維激光切割，動力傳動系統(tǒng)的激光焊接，發(fā)動機部件的激光淬火，沖壓模具的激光熔覆，以及可追溯的激光打標等。隨著自動化的提高，智能激光解決方案成為發(fā)展趨勢。智能激光解決方案包含智能激光設(shè)備、智能激光加工工藝，以及最終的智能工廠。
 

圖 1. 汽車制造中的激光應用

智能激光設(shè)備

一套激光加工系統(tǒng)通常由激光器、光纖、加工頭、機器人（或其他運動機構(gòu)）所組成。激光器為制造提供能量，是整個系統(tǒng)的核心部件。通快的 TruDisk 激光器中，有著幾百個傳感器。供電單元中的傳感器可監(jiān)控電壓、電流等數(shù)值，以保證激光器的供電質(zhì)量和穩(wěn)定性；冷卻單元中的傳感器可監(jiān)控水質(zhì)、水量、水壓、流量等，從而保證激光器內(nèi)部光學器件的冷卻效果；光學單元中的傳感器可監(jiān)控溫度、濕度、散射光和激光功率，保證所有光學部件工作在最適宜的環(huán)境中，并按照設(shè)定來發(fā)射激光功率，實現(xiàn)正常的光路傳輸而沒有非多余的損耗。通過這些傳感器，我們可以知道激光器是否工作在正常狀態(tài)，所需激光功率是否正確地傳輸?shù)焦ぜ稀?/span>
 

圖2. 通快 TruDisk 激光器中光學部分的傳感器

所有這些傳感器的數(shù)據(jù)都是相互關(guān)聯(lián)相互影響的，比如散射光的數(shù)值大小通常與激光輸出功率成正比關(guān)系。散射光數(shù)值太高說明激光器部件有問題（失調(diào)或者是污染），需要人為地進行檢查確認。由于這些數(shù)據(jù)變化非常之快，因而精準的時間同步就非常必要，如下圖所示。數(shù)據(jù)同步可以避免因為信號傳遞的時間差異造成的誤判。通快新一代的 TruDisk 激光器中就融入了精準的時間同步協(xié)議，大大提高了數(shù)據(jù)的準確性。
 

圖3. 時間同步的重要性

智能激光加工過程

智能激光大大提高了激光器的生產(chǎn)使用時間，通快也不斷地對加工頭進行優(yōu)化以實現(xiàn)更高的產(chǎn)出率。智能激光加工已經(jīng)應用于汽車工業(yè)生產(chǎn)制造中。
 

圖4. 激光飛行焊接系統(tǒng)：激光器、光纖、振鏡、機器人

IPFO 是通快振鏡PFO的新一代智能版本。在 IPFO 中有一個標準通信接口，可與機器人和激光器相連，并通過內(nèi)部處理器實現(xiàn)相互之間的協(xié)同工作。這樣，整套激光加工系統(tǒng)就可以作為一個整體來操作和編程并真正的實現(xiàn)激光飛行焊接。
 

圖5. 機器人與掃描振鏡的比較
 

圖6. 飛行焊接可減少節(jié)拍時間

TruTops IPFO 是通快專為 IPFO 開發(fā)的離線編程軟件。在該編程系統(tǒng)中，機器人、IPFO 可視作一個整體系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中導入工件的三維數(shù)模，即可在三維數(shù)模上插入激光焊縫，編輯焊接程序。在焊接過程中，IPFO 會實時接收機器人的實際位置信息并進行計算，然后自動將激光束發(fā)射到所需的焊縫位置進行焊接。只要工件放在正確的位置上，IPFO 將自動準確地進行焊接。通過該離線編程軟件， 還可以對焊接過程進行事先模擬，查看焊接時序，優(yōu)化生產(chǎn)效率。

在實際工業(yè)制造中，工件的定位精度通常很難達到激光焊接的要求，特別是角接焊。相對于傳統(tǒng)疊焊，角接焊可以進一步減輕重量。因此我們開發(fā)了遠程在線焊縫跟蹤系統(tǒng)（SeamLine Remote）來探測接縫的實際位置，以實現(xiàn)更精準的焊接。如下圖，該系統(tǒng)會發(fā)射出三條線型激光到工件的接縫處，然后由攝像頭同步拍攝，并由軟件分析激光束投射在接縫時的形狀和角度，來計算出接縫的準確位置和兩層板之間的間隙。IPFO 可以根據(jù)接縫的實際位置來實時調(diào)整激光束的入射位置，保證將激光束準確地入射到接縫上，并通過根據(jù)接縫間隙實時調(diào)整光斑大小，以填補間隙，最終獲得完美的焊接。然而，我們?nèi)匀恍枰M一步檢測確認焊縫的質(zhì)量。SeamLine Remote 上的攝像頭會在焊接完成后立刻同步拍攝焊后的焊縫，并對其成型圖片進行分析，以判斷焊縫質(zhì)量。在一個工件完成所有焊接后，SeamLine Remote 自帶的零件質(zhì)量評估軟件會對所有焊縫質(zhì)量進行綜合評估，并根據(jù)用戶預先設(shè)定的規(guī)則來判定該零件是否合格。
 

圖7. SeamLine Remote 焊縫跟蹤與質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)

除此之外，通快還開發(fā)了其他應用于工業(yè)制造的激光智能加工鏡頭和傳感器，比如動態(tài)切割頭上的距離傳感器、監(jiān)控溫度和高度塑料焊接頭等。

智能工廠

集成智能設(shè)備與工藝的工作站，可以提高生產(chǎn)穩(wěn)定性、可靠性和生產(chǎn)效率。然而一個工廠有很多的生產(chǎn)工序和工作站，要提高整個工廠的生產(chǎn)效率和可靠性，我們需要將所有設(shè)備和工藝進行橫向連接，從而實現(xiàn)整個工廠的智能生產(chǎn)。

通快可提供“狀態(tài)監(jiān)控服務”。客戶可以將通快設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送到通快服務中心，通快將對這些設(shè)備進行實時監(jiān)控，對這些數(shù)據(jù)進行分析，一旦發(fā)現(xiàn)任何數(shù)據(jù)異常，檢測出任何隱患，通快的專家可找出問題所在，并通知客戶及時消除隱患，以避免無計劃停機，保障生產(chǎn)的連續(xù)可靠。 
 

部分內(nèi)容來源：汽車制造網(wǎng)

作為亞洲最大的汽車材料與設(shè)計、工藝與裝備、質(zhì)量與裝配、工程與服務技術(shù)行業(yè)盛會，上海國際汽車制造技術(shù)與裝備及材料展覽會（AMTS）自2004年創(chuàng)辦以來，以國際化的視角呈現(xiàn)汽車工程領(lǐng)域全方位的系統(tǒng)集成解決方案。10多年來，展會的規(guī)模、展示范圍以及專業(yè)觀眾快速增長，極大地推動了國際汽車制造裝備技術(shù)交流及貿(mào)易的發(fā)展！

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