汽车零件激光焊接质量控制仪

高功率激光焊接以其焊缝窄、熔深大、变形小和容易自动控制等特点在工业应用、尤其是在汽车工业中占据着重要地位。

中科院上海光机所在首批美国福特基金项目支持下，完成了汽车零件激光焊接质量控制仪样机。国内首次实现采用紫外和红外双探测器对激光焊接焦点位置和焊接速度实时闭环控制。汽车零件激光焊接质量控制仪包括双波段信号探测系统、光电处理系统和一台PC机控制系统及相关软件。它可以与不同形式的数控激光焊接机床和高功率气体或固体工业激光器相配套。在该仪器控制下，激光焊接机床的焦距和焊接速度可实现连续可调，为激光焊接质量控制提供了保证。

探测系统包括紫外（UV）和红外（IR）两部分：紫外部分包括硅光伏二极管和紫外滤光片；红外部分包括锗光电二极管和红外滤光片。探测到的紫外和红外信号经数据采集卡输入控制PC。

本系统具有如下特点：

1.实时、闭环控制，友好的人机对话界面；

2.自动跟踪调焦，保证焊接正常进行；

3.自动调节焊速，以控制熔深。

国内外技术、应用现状及应用领域

1）国内外技术

与传统焊接相比，激光焊接的优势相当明显，但影响激光焊接质量的因素也比较多，如激光功率、光束特性、离焦量（工件表面偏离焦平面的距离）、辅助吹气和焊接速度等。尤其是在要求长时间连续工作的生产线上，某些参量不可能一直保持稳定，这势必会影响焊接的质量。因此，研究和控制这些参量的变化就变得尤为重要。

70年代以来，激光焊接在国外汽车工业中的应用已相当普遍，广泛用于变速箱齿轮、离合器、底盘、车身等几乎所有零部件的焊接。1992年由上海光机所、南昌齿轮厂和大恒公司三方合作建成了国内第一条汽车变速箱多联齿轮激光焊接生产线，每分钟可焊接齿轮2～3只，焊接熔深达3mm以上，深宽比达2：1以上。

2）应用现状

汽车工业中，激光技术主要用于车身拼焊、焊接和零件焊接。其中激光拼焊是在车身设计制造中，根据车身不同的设计和性能要求，选择不同规格的钢板，通过激光截剪和拼装技术完成车身某一部位的制造，例如前档风玻璃框架、车门内板、车身底板、中立柱等。国外激光焊接在汽车工业中的应用就已相当普遍，广泛用于变速箱齿轮、离合器、底盘、车身等几乎所有零部件的焊接。国内目前主要用于大众、依维柯、重庆长安和江铃匹卡等汽车变速箱多联齿轮焊接等。

用激光焊接技术，工件连接之间的接合面宽度可以减少，既降低了板材使用量也提高了车体的刚度，目前已经被世界上部分生产高档轿车的大汽车制造商和领先的配件供应商所采用。

2005年7月1日在日本爱知县名古屋市召开的第3届激光焊接应用技术研讨会上，德国大众的Dr. Klaus Loeffler就该公司的激光加工发表了演讲。 该公司从1993年开始在车顶焊接中采用YAG（钇铝石榴石）激光，目前，从商用车到本特利（Bentley）、布加迪（Bugatti）、兰博基尼（Lamborghini）以及途安（Touran）等大众的所有车型都在使用激光焊接。激光焊接机的台数从途安投产后急速增长，到2003年超过了400台。目前正在使用的激光焊接机达到了700多台，除欧洲工厂外，设在巴西、阿根庭、墨西哥及中国等地的工厂也在使用该设备。

由此看来，汽车零件激光焊接质量控制仪的市场前景非常广阔。

3）应用领域

用于汽车零件或其它零部件激光焊接的质量控制。例如，变速箱齿轮、离合器、底盘、车身等几乎所有零部件的焊接。

技术简介及技术成熟度

1）技术简介

汽车零件激光焊接质量控制仪包括双波段信号探测系统、光电处理系统和一台PC机控制系统及相关软件。它可以与不同形式的数控激光焊接机床和高功率气体或固体工业激光器相配套。在该仪器控制下，激光焊接机床的焦距和焊接速度可实现连续可调，为激光焊接质量控制提供了保证。

采用紫外和红外双探测器对激光焊接焦点位置和焊接速度实时闭环控制，探测系统包括紫外（UV）和红外（IR）两部分：紫外部分包括硅光伏二极管和紫外滤光片（通光波长范围200～400 纳米）；红外部分包括锗光电二极管和红外滤光片（通光波长范围1～2微米）；探测到的紫外和红外信号经数据采集卡输入控制PC。

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