汽車制造中的智能激光解決方案

當(dāng)下，說任何話，做任何事，若不與“智能”沾點(diǎn)邊兒，都不好意思說自己是時(shí)代的寵兒?？萍嫉母镄屡c社會(huì)的發(fā)展瞬息萬變，智能已經(jīng)不再是一個(gè)口號(hào)、不再是一種態(tài)度、也不再是一份決心，而是一場(chǎng)真實(shí)存在的變革行動(dòng)。

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(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，豈能不順應(yīng)潮流趨勢(shì)?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(yīng)用較多的行業(yè)，典型的激光應(yīng)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(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的激光焊接，發(fā)動(dòng)機(jī)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(biāo)等。隨著自動(dòng)化的提高，智能激光解決方案成為發(fā)展趨勢(shì)。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(yīng)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(jī)器人（或其他運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)）所組成。激光器為制造提供能量，是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件。通快的 TruDisk 激光器中，有著幾百個(gè)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(xué)器件的冷卻效果；光學(xué)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(xué)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(shí)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?br />

圖2. 通快 TruDisk 激光器中光學(xué)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(jìn)行檢查確認(rèn)。由于這些數(shù)據(jù)變化非常之快，因而精準(zhǔn)的時(shí)間同步就非常必要，如下圖所示。數(shù)據(jù)同步可以避免因?yàn)樾盘?hào)傳遞的時(shí)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(zhǔn)的時(shí)間同步協(xié)議，大大提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。


圖3. 時(shí)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(shí)間，通快也不斷地對(duì)加工頭進(jìn)行優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)更高的產(chǎn)出率。智能激光加工已經(jīng)應(yīng)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(jī)器人

IPFO 是通快振鏡PFO的新一代智能版本。在 IPFO 中有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)通信接口，可與機(jī)器人和激光器相連，并通過內(nèi)部處理器實(shí)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(gè)整體來操作和編程并真正的實(shí)現(xiàn)激光飛行焊接。

圖5. 機(jī)器人與掃描振鏡的比較


圖6. 飛行焊接可減少節(jié)拍時(shí)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(jī)器人、IPFO 可視作一個(gè)整體系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中導(dǎo)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(huì)實(shí)時(shí)接收機(jī)器人的實(shí)際位置信息并進(jìn)行計(jì)算，然后自動(dòng)將激光束發(fā)射到所需的焊縫位置進(jìn)行焊接。只要工件放在正確的位置上，IPFO 將自動(dòng)準(zhǔn)確地進(jìn)行焊接。通過該離線編程軟件， 還可以對(duì)焊接過程進(jìn)行事先模擬，查看焊接時(shí)序，優(yōu)化生產(chǎn)效率。

在實(shí)際工業(yè)制造中，工件的定位精度通常很難達(dá)到激光焊接的要求，特別是角接焊。相對(duì)于傳統(tǒng)疊焊，角接焊可以進(jìn)一步減輕重量。因此我們開發(fā)了遠(yuǎn)程在線焊縫跟蹤系統(tǒng)（SeamLine Remote）來探測(cè)接縫的實(shí)際位置，以實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的焊接。如下圖，該系統(tǒng)會(huì)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(shí)的形狀和角度，來計(jì)算出接縫的準(zhǔn)確位置和兩層板之間的間隙。IPFO 可以根據(jù)接縫的實(shí)際位置來實(shí)時(shí)調(diào)整激光束的入射位置，保證將激光束準(zhǔn)確地入射到接縫上，并通過根據(jù)接縫間隙實(shí)時(shí)調(diào)整光斑大小，以填補(bǔ)間隙，最終獲得完美的焊接。然而，我們?nèi)匀恍枰M(jìn)一步檢測(cè)確認(rèn)焊縫的質(zhì)量。SeamLine Remote 上的攝像頭會(huì)在焊接完成后立刻同步拍攝焊后的焊縫，并對(duì)其成型圖片進(jìn)行分析，以判斷焊縫質(zhì)量。在一個(gè)工件完成所有焊接后，SeamLine Remote 自帶的零件質(zhì)量評(píng)估軟件會(huì)對(duì)所有焊縫質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)估，并根據(jù)用戶預(yù)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(yīng)用于工業(yè)制造的激光智能加工鏡頭和傳感器，比如動(dòng)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(gè)工廠有很多的生產(chǎn)工序和工作站，要提高整個(gè)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(jìn)行橫向連接，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)工廠的智能生產(chǎn)。

通快可提供“狀態(tài)監(jiān)控服務(wù)”?？蛻艨梢詫⑼煸O(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送到通快服務(wù)中心，通快將對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，一旦發(fā)現(xiàn)任何數(shù)據(jù)異常，檢測(cè)出任何隱患，通快的專家可找出問題所在，并通知客戶及時(shí)消除隱患，以避免無計(jì)劃停機(jī)，保障生產(chǎn)的連續(xù)可靠。