激光扫描焊接工艺在新奥迪A4车门上的应用

摘要：传统的固体激光器焊接工艺是汽车车身制造中一种成熟的工艺过程。这种工艺的发展促使了机器人控制激光扫描焊接工艺的诞生。在这种新的工艺中，机械臂的弯曲移动与激光扫描仪的动态位置移动紧密相关。奥迪在其后续产品的车门上率先引进了这种高效的制造技术。

传统的固体激光器焊接工艺是汽车车身制造中一种成熟的工艺过程。这种工艺的发展促使了机器人

控制激光扫描焊接工艺的诞生。在这种新的工艺中，机械臂的弯曲移动与激光扫描仪的动态位置移动紧密相关。奥迪在其后续产品的车门上率先引进了这种高效的制造技术。

在此技术的发展过程中，最大的挑战是寻找合适的激光光束质量的激光源。传统激光焊接应用中，具有光束质量为25毫米*mrad的灯泵棒系统，其可用性为1000次，随着估值大于99%时，这些光束源会设置一个新的实用性标准。然而，对于激光扫描焊接来说，则需要更高的光束质量，由于扫描光学系统的加工场大小与可能的工作范围与光束质量息息相关。仅仅通过改变激光棒的外形以提升光束质量已经是不可能的了，只有新奇的激光概念才能满足改善光束质量的要求。TRUMPF公司为产业应用开发了圆盘激光器，并已经在世界范围得到广泛应用（见图1）。它以8毫米*mrad的光束质量作为高功率激光器系列标准为骄傲，其最大能量范围为8千瓦。圆盘激光器用于所有的激光应用中，从切割、传统的焊接到激光扫描焊接等等。

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图1 TruDisk 6002——TRUMPF公司6KW功率输出圆盘激光器，
集成了压缩机冷却器与最大六路光纤输出

TRUMPF公司为大功率激光器的产业应用研发专用扫描焊接头。目前只有该公司开发的机器人导引解决方案通过了德国汽车行业严格的认证测试，并已应用于其系列生产中（见图2）。最近，DaimlerChrysler汽车公司开始将此工艺应用于新的车体制造过程中。从2007年1月开始，Audi就已经借助这种激光工艺进行焊接处理，从而将其积累下来的激光焊接经验得以更好的应用。

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图2：TRUMPF PFO 33（可编程调焦光学系统）
——德国汽车制造商首度将机器人引导扫描光学系统应用于其系列产品中的车身部件焊接中

相比较传统工艺而言，激光扫描焊接工艺的最大上风在于明显地进步了生产效率。通过扫描头的快速映像移动，用于定位机器人的时间明显缩减，因此极大地减少了加工时间。与每秒0.5个焊点的接触电焊相比，激光扫描焊接可在每秒完成3-4个焊点。这使得对激光束有更加充分的利用，同时对进步经济效率意义重大。另外，圆盘激光器的高效也确保了激光源的低生产本钱。与灯泵浦系统相比，插座能效仅是前者能量损耗的25%，并且减少了使用者对基础设施的需求（如厂房空间与冷却需求）。

大众汽车和奥迪的研发工程师研究了激光扫描焊接工艺的上风。同时奥迪成功解决了工装夹具与零部件预备等各种挑战，今天它们生产的部件质量更加卓越。奥迪的专家们同时研发了激光辅助预处理技术，以保证镀锌层处理部件也具有较高的焊接质量。他们采用的激光源是TRUMPF公司制造的Nd:YAG 脉冲激光器。

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TLS_384大功率圆盘激光器——高功率下的卓越光束质量

在帕萨特小批试产之后，激光扫描焊接工艺及其系统组件在2005年被应用于大众汽车公司的系列产品中。系统组件的高实用性得以验证，并进步了利润率。现在奥迪已经在其系列产品中始终执行这一工艺。从2007年初，后续的奥迪 A4车门就已经采用激光扫描焊接工艺与TRUMPF公司制造的4千瓦圆盘激光器。应用此技术后，四个制造单元天天可生产1800扇车门。每个激光扫描系统均为TRUMPF公司的生产的TruDisk 4002，它们采用了最新的圆盘激光器。此设备的4千瓦输出仅由两个圆盘产生。奥迪依靠激光网络的上风答应激光必要时彼此相互连接，可以轻松地实现备用与激光最大限度的利用。

TRUMPF团体是全球激光技术及系统的领导制造商之一。通快的激光产品主要由高性能的二氧化碳激光器及灯泵浦及二极管泵浦固体激光器，打标激光器及多轴激光系统组成。

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作者：
Kurt Mann博士：
于德国凯撒斯劳滕大学获得物理学博士学位。
1987-1990年于柏林固体激光学会任项目经理。1990年后任职于德国Schramberg的TRUMPF激光公司，任产品经理，目前负责TRUMPF团体CO2激光器与固体激光器的全球销售业务。

Rudiger Brockmann博士：
Rudiger Brockmann博士于Munster应用科技大学从事激光应用技术研究；并在开姆尼茨—茨维考产业大学进行相关工程研究；于开姆尼茨理工大学获得博士学位。
2002至2006年，在大众汽车从事工艺过程研发。目前在位于德国Schramberg的TRUMPF激光公司负责所有输出功率大于1千瓦的固体激光器的产品治理。 (end)

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