激光焦斑测量仪在汽车安全质量方面的应用

作为在当代汽车制造中广泛使用的工艺，激光焊接在汽车领域的应用起步于变速器齿轮等核心部件。这些部件的焊接要求精度高、形变小、材料变性少、表面整洁度高，因此率先采用了当时成本高昂的激光焊接技术。随着高功率激光器的发展，激光焊接逐步在白车身制造、新能源电池组制造等领域成为重要制造工艺。

在白车身的制造中，激光焊接可用于多种金属件的焊接，包括车身框架结构、顶盖、侧围等。焊接工艺包括搭焊、钎焊、激光-电弧复合焊等；焊接材料包括各类钢材、铝合金。与传统的点焊相比，激光焊接的优点是工件变形极小，焊接深度/宽度比高，焊缝强度高，焊接速度快，焊缝窄，且通常表面状态好，灵活性高。采用激光焊接可显著增加车身刚度、降低车身重量，同时允许更灵活的结构件形状和工艺，从而降低整车成本。凭借众多优点，近十年以来，激光焊接在白车身制造加工的焊接工艺中占比越来越高，逐步取代传统的点焊工艺。

白车身激光焊接通常用机器手持导光臂与焊接头，工件装载到位后，在软件控制下机器手沿焊线运动完成焊接。

图1 白车身激光焊接生产线 

随着新能源汽车的迅猛发展，在电动汽车制造过程中，激光焊接的应用又有进一步拓展。为了生产紧凑型电池组，需要将单个电池高质量焊接在一起，以便将它们串联或并联。连接各个电池的焊接电触点必须具有非常高的质量，因为电池必须承受极端环境的挑战 — 如季节性温度波动带来的形变，行驶甚至是碰撞引起的巨大冲击和震动。此外，它通常是电动汽车中较为昂贵的单一部件，整车的可靠性和稳定性由电池决定；同时，确保对制造稀土所需的稀土进行负责任的管理，即使在其移动使用寿命结束后，电池仍应可以利用，例如作为风能或太阳能系统产生的电力储存。所有焊接必须始终以极高的精度和可靠性执行；因此，激光焊接是电动汽车电池组焊接工艺的良好选择，而激光器的输出特性必须时时加以监控。

图2 电动汽车电池组示意图 

无论采用哪种激光焊接工艺，焊点或接缝的质量对所生产的部件的安全性和可靠性产生决定性影响，并*终影响整车的安全性和可靠性。激光焊接设备的制造商和应用商必须确保其设备在自动化生产线上能够正常工作，尤其是激光器的参数特性在复杂生产环境中保持稳定，以实现良好的焊接工艺并确保其一致性；当激光性能衰减时，要能够尽早发现以尽快启动预案，避免设备检修停机带来的时间浪费。

激光的功率是了解激光系统是否正常工作的重要指标，因此定期对焊接头输出的激光功率进行测量是确保焊接工艺稳定性和一致性的重要方法。但对于汽车工业广泛使用的万瓦级的激光，常规测量是复杂、繁冗、耗时的 — 激光功率计需要专人操作，需要配置水冷，探头位置需要精心摆放以避免探头损伤同时确保激光安全，需要数分钟才能够达到稳定的读数......在争分夺秒的整车生产线上，定期停机测量激光功率是严重的浪费。

如何能够兼顾高质量和高效率？Ophir公司专门针对高功率自动化焊接生产线开发了HELIOS 激光功率计。不同于传统的激光功率计，HELIOS只需要0.1 ~ 10秒的时间来测量激光的能量，从而获知激光的平均功率；这样可以在焊接生产线上，利用工件装载的空闲时间，通过机械手将焊接头移动到功率计探头上，开启激光数秒完成测量，然后立即进行下一次加工。

这种巧妙的方式可实现高达12kW激光的全功率实时、在线测量。同时，由于其瞬时测量方式，仪器不需要水冷或风冷，适合工业现场使用；入口具备可程控快门，避免现场粉尘、飞溅物损伤功率计探头。

数据可通过Profinet，Ethernet，RS232或USB接口传输至自动控制系统，一旦激光在加工平面上的功率超出公差范围，就可以立即采取对策来确保生产质量。

图3 HELIOS功率计和软件 

需要关于高功率激光器加工区更完整的信息？OPHIR提供Beam Watch激光焦斑测量仪，完全非接触式在线测量激光聚焦后的焦点位置、尺寸，并可根据激光功率测值计算功率焦点功率密度。一旦激光参数有变，用户将可以立即做出响应。

图4 Beam Watch 高功率激光焦斑测量仪及测量结果示意 

汽车行业只是激光加工蓬勃发展的一个缩影。在微电子与集成电路、消费电子、平板显示、光伏、医疗美容、医用材料及器件加工、航空航天、快速消费品等等领域，激光加工都在成为不可或缺的技术手段。实时、准确、便利的激光参数测量不仅能确保产品的品质和一致性，更能提高效率和产能。敬请垂询先锋科技，我们为您提供*的激光测量和监控方案。