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扫描振镜

远程激光焊接简介(二)

星之球激光 来源:佳工机电网2013-01-29 我要评论(0 )   

Renault 采用一套Agilaser焊接C85的前门部件(见图3),替代了原先使用的需要12台机器人电阻焊的系统,原系统需要占地1050m2 ,而采用5机器人加工站的 Agilaser仅占地80...

       Renault 采用一套Agilaser焊接C85的前门部件(见图3),替代了原先使用的需要12台机器人电阻焊的系统,原系统需要占地1050m2 ,而采用5机器人加工站的 Agilaser仅占地808 m2 。两台 Agilasers以66秒的周期生产部件,焊接93条右侧及左侧激光焊缝,而以前需要电阻点焊130个右侧和左侧焊点。在 Renault公司,一台Agilaser在C65型号的前门焊接38条激光焊缝,仅使用两套相同的夹具。

 

图3. Renault使用一台 Agilaser焊接C85的前门部件

  尽管这些CO2 激光系统从所记录的正常工作时间来看,稳定性超过98%,但它们仍然没有被认为是主流的加工手段,这是由于它们先天在CNC机床结构上的问题导致。因为几乎所有的汽车部件和车身焊接是通过关节型的机器手完成的,而如果使用激光,可选的光束传递方式就是通过光纤。

      作为将远程焊接带入下一个阶段所作的努力和欧洲“远程焊接”项目的一部分,Comau公司开发了3D扫描头,并在两年前第一次在慕尼黑激光展上亮相。这一系统配备了Rofin Sinar 4.0千瓦半导体二极管泵浦Nd:YAG激光器,光束传递通过一根捆绑在传统机器手上的400微米直径的光纤。Comau Pico 很快认识到这种模式带来的限制,特别是在使用更高光束质量(更高亮度)激光器如圆盘激光器和光纤激光器时。

  在大部分远程激光扫描头上,F-theta 镜用来将光束的焦点保持在和镜片固定距离的位置上,而不论光束的方向性。这一昂贵的设施有很大的直径,其工作范围稍大于其直径,由于F-theta 使得光束相对镜片保持垂直,其代价是牺牲光束质量和光斑大小的变化。而这同样意味着扫描头必须持续重定位并/或放置,采用动态的六轴标准关节式机器人系统。 Comau Pico的SmartLaser(见图4)实质上把镜片集成进空心的机械手中。这一光学准直/放大模块 (类似望远镜)取代了用于传统激光扫描设备上的F-theta 模块(见图5)。

 

图4. SmartLaser是高速3D系统

 

图5.该光学准直/放大模块取代了 F-theta
模块在传统激光扫描设备上的位置

  在SmartLaser背后的想法是创造一种高速3D系统,其加速度比机器人要高60到70倍,在焊接区域内拥有8g的动态加速度。该系统拥有的可编程焦距大于750mm,实际上在750mm到1200mm之间,能极大扩展系统的工作距离。这还意味着所有的光学轴,镜筒的X,Y和Z轴和扫描头都能完全集成在焊接系统中,拥有全面的离线编程能力。该创新的扫描头(见图6)装配在机器手前臂的端部,包括两块镜片,第一块在30度角范围运动,另一块在240度角范围运动。该集成允许快速的重复定位,在景深上能得到2到3倍的增加而光斑的大小变形几乎可忽略不计。

 

图6. 前臂端部的扫描头包括两块镜片,第一块在30度角范围运动,
另一块在240度角范围运动

  不像其他扫描头远程焊接系统,该系统所有的轴,运动部件和镜片,均由一个标准的轴控器通过视校面板操纵。这使得编程非常简单便能控制所有的焊接参数,光束方向以及重新定位时的激光变化。

  机器人拥有最大化的工具中心点速度 1.5 m/s ,加速度1.2 m/s2 。镜片轴有最大速度4 m/s ,加速度80 m/s2。SmartLaser系统 100mm距离的Z向定位时间仅为70 ms ,而采用二维扫描头的传统机器人需要 580 ms。这意味着我们能在一个焊接周期内完成高达200到300条焊缝的焊接。

  光纤和光耦连接在机械手上而不是扫描头上,从而降低了机械应力和疲劳强度,减少了光纤损坏的可能。这和其他的特征一起降低了维护的要求。

  Comau目前正在欧洲测试第一台SmartLaser 系统,并且将有一台在美国进行用户测试。公司希望看到在下一年初获得来自汽车行业的第一笔订单。可以想到的是分时多工位/机器人安装能被用于依次加工多个部件,因而激光器一直都在焊接状态,一个工位焊接的同时新的部件也在其他工位完成上料。

  结论

  远程激光焊接的概念仍然在发展当中,系统不断被改良以满足用户生产中的需求。

  供应商正努力降低高昂的初始设备投资和夹具复杂性所带来的影响。激光技术的发展,比如更短波长和光纤及镜片导光方式正在研究当中,此外还有不使用保护气体的手段。

  使用传统激光器进行多工位加工以最大化激光使用时间,用于更高产量的生产已经成为了现实。

 

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