激光焊接技术能实现全自动吗半岛综合app官网客户端下载？光束整形仍发挥关键作用

　　想象一下已固定好并准备进行激光焊接的工件，然而，机器人系统没有典型的激光焊接程序。实际上，它真正拥有的只是手头零件的计算机模型和等同于“焊接”的说明。今天，贤集网小编就带大家来深入了解下激光焊接的发展。

　　该系统来自于材料等级，厚度，接头配置和其他变量的庞大数据库。借助人工智能和高度适应性的激光焊接工艺，该系统可以启动，并在数分钟内完成每次完美的焊接。

　　这个梦想会实现吗？在这一点上没有人可以说，但这是一个值得追求的理想。为此，光子学的科学家和工程师使激光焊接比以往任何时候都更加可控和适应性更强。在追求完美的激光焊接的过程中，光束整形和操纵仍将继续发挥关键作用。

　　要了解在激光焊接中成形和处理光束的真正含义，请考虑该过程如何适应更广泛的自主制造领域。您可以认为激光焊接自动化的水平有点类似于汽车行业为开发完全自动驾驶体验而进行的迭代（并将继续进行）（参见图1）。

　　在级别0，自动化具有零自治权。就像工程师或技术人员需要编程激光一样，有人需要驾驶和维修汽车。需要给汽车指示方向；激光系统需要工艺开发和详细说明。

　　1级引入巡航控制，2级提供车道辅助，3级具有自动制动和其他有条件的自动化水平，在这种情况下，驾驶员可以得到协助，但必须随时准备进行控制。级别0到3有效地描述了大多数生产环境中激光焊接的当前状态。工程师和程序员测试应用程序参数，并使用固定光学元件围绕激光束设计焊接单元，类似于Level0。在加工范围的高端，激光器与实时焊缝耦合，使系统可以调整某些焊接像行驶速度这样的参数-与Level 3中汽车的自动制动相似

　　毫无疑问，焊接工程师将继续努力。但是，对于激光系统本身（包括激光源和光学系统），实时适应性受到限制。激光可以“自动制动”以增加熔深，但是对于某些应用，降低行进速度（并增加热量输入）可能会对焊接产生不利影响。更高级别的控制可以帮助激光焊接完成更多工作，并使过程更接近于智能，适应性强的自主焊接理想。

　　光束操纵和整形已经存在多年了，最古老的形式之一是双点技术。光束从光纤传输电缆和准直光学器件发出，就像任何固态激光器一样。但是在光束到达聚焦透镜之前，楔形光学器件会以一定角度发送光束的一部分以创建第二点。在这种布置中，主光束和次光束分开了激光能量。

　　在某些情况下，次要斑点可以设计为具有总处理能量的一半。但是，在典型的激光焊接应用中，主要斑点的加工能量大约为80％，而次要斑点的加工能量为20％（在大多数情况下，少于20％的次要斑点会变得不稳定）。同样，可以将其微调至应用程序（参见图2）。

　　不管确切的设置如何，辅助点都可以引入许多激光焊接的可能性。在“运行前”配置中，次要位置在主要位置之前运行。在这种布置中，次级点可以清洁加工光束的路径头，这是克服表面缺陷带来的挑战并适应涂层材料中脱气的不利影响的好选择。在其他预运行配置中，辅助点可起到预热作用。在尾随配置中，次级焊点可以起到焊后热处理的作用，控制焊池的冷却和固化速率，以最大程度地减少不连续性，并留出时间使杂质逸出熔融材料。

　　光束成形的另一种类型是光束振荡，其中光学器件以有利的方式振荡光束以分配能量（热量）（见图3）。在锁孔焊接设置中，这可能会使产生很小锁孔（例如小于0.4毫米）的点快速有效地熔化较大的圆角轮廓。您无需借助传导模式激光焊接中通常需要的光束散焦即可获得更宽的穿透范围。

　　振动还可以帮助弥补不完美的接头装配中基础材料之间的间隙。当然，激光焊接仍然需要非常好的工件装配，但是光束振荡至少有助于缓解早期采用者在过去几十年中必须应对的严格装配要求（见图4）。

　　焊接工程师可以调整一些梁的振动参数。例如，它们可以改变振荡幅度和频率。在这种情况下，幅度和频率是指激光点沿关节前进时由路径产生的正弦波的形状，如图3所示。

　　频率是加工头移动速度的函数。随着其行进速度变慢并且振荡速率保持恒定，光束会在较短的距离内振荡更多次，因此频率会增加。振幅确定路径的宽度（或扫描宽度），并由振荡光学器件控制。

　　但是，光束振荡不能独自解决所有焊接问题。考虑图5中的搭接圆角配置，该图显示了涉及铝（一种热敏材料）的远程激光束焊接应用。光束功率保持恒定，但是当光束振荡时，焊缝熔深会改变。束斑尺寸小，能量分布曲线呈高斯型，因此其穿透能力会根据焊接周期中给定时刻的束斑中心确切位置而有很大差异。调整振荡幅度和行进速度（振荡频率）只能容纳这么多。

　　这是另一种光束成形技术可以提供帮助的地方。这就是所谓的临时激光功率调制。同样，可以将振荡光斑的路径视为正弦波，现在，激光束的功率可以随着其行进而改变。当斑点沿着正弦波从波峰移动到波谷时，调整功率可以帮助塑造和完善焊缝穿透轮廓。（从单个正弦波的波峰到波谷，功率通常最多变化四倍；理论上可以更频繁地进行调整，但是尝试进行这种精细调整通常会产生微不足道的收益。）

　　再次考虑图5。跨扫描宽度，即振荡中波峰到波谷的距离；例如2毫米-如果激光功率保持恒定，则穿透率会发生变化。焊缝熔深在波峰处开始很强，随着其沿正弦波传播而减小，然后在波谷沿另一个方向振荡之前，随着其接近波谷而再次增加。

　　添加激光功率调制，故事发生变化。激光功率随着其沿正弦波的移动而增加，然后随着其到达波谷（圆角的趾部）而减小。结果：一致的焊缝穿透轮廓。即使面对重大的不一致，这种一致性也可以使过程更可靠，更有弹性。

　　光束整形也发生在激光源上。如今，制造商提供了可以“调谐”到特定能量分布曲线的激光器，该激光器具有高斯分布，环形分布，甚至两者的组合属性，可以使特定应用受益。实际上，当今一些先进的激光焊接单元实际上将这些适应性强的“可调”光束与其他成形和操纵技术结合在一起，包括激光功率调制。

　　这样的高级过程可能具有难以置信的适应性，但是它们仍然需要手动干预才能调整参数。这是跟踪和检查进入图片的地方。

　　描绘一个设置，在该设置中接缝引导加工光束，然后LED激光线检查冷却的焊缝。同轴摄像机执行所有图像采集以进行跟踪和检查。这项技术将激光焊接带到了图1中的4级自动化水平（半自动设置）。汽车可以自行驾驶，但驾驶员可以自由接管。在激光焊接的情况下，焊缝可以“引导”该过程。光束振荡与激光功率调制同步以控制热量输入。它还有助于使过程适应性强。在某些圆角应用中，自适应扫描和激光功率调制具有缩小的间隙，这些间隙几乎是较薄（通常是顶部）贱金属厚度的一半（参见图6）。

　　该技术的最新迭代是双向的。也就是说，活动焊池两侧的LED线会根据行进方向改变角色-焊缝跟踪（焊接前）或检查（焊接后）。在某些应用中，这可以大大缩短周期时间。

　　在最基本的层面上，光束整形只是为工程师提供了更多的“旋转旋钮”，用于微调激光焊接过程。最终目标是使这些旋钮自行旋转。跟踪和检查有帮助，并且随着收集更多数据，该过程将变得更加智能。

　　这就是我们今天在通往5级道路上所处的位置，在这一点上，激光焊接变得真正自主。许多应用程序开始将数据馈送到云中，在那里大量数据集可能最终使基于AI的自主激光焊接成为现实。

　　当然，该行业还没有达到5级。一些限制是物理上的，例如在密闭空间中的焊接接头会使常规的跟踪，监视和检查技术不足。那只是一个例子。并发症比比皆是。

　　无论如何，“全自动5级”理想是值得追求的。考虑到过去20年来工业激光器的发展情况，该行业可能会在不久的将来达到5级（或至少非常接近5级）。半岛综合app官网客户端下载半岛综合app官网客户端下载半岛综合app官网客户端下载