打磨激光打标机(通快（中国）有限公司激光技术部行业与产品总监纪江华：汽车制造中的智能激光解决方案)

Posted 2023-05-27

篇首语：要得惊人艺，须下苦功夫。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了打磨激光打标机(通快（中国）有限公司激光技术部行业与产品总监纪江华：汽车制造中的智能激光解决方案)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

打磨激光打标机(通快（中国）有限公司激光技术部行业与产品总监纪江华：汽车制造中的智能激光解决方案)

4月26日，2018第十届全球汽车产业峰会在北京举办，本次论坛以“创新技术引领产业未来”为主题，会议期间，通快（中国）有限公司激光技术部行业与产品总监纪江华发表了精彩演讲，演讲内容如下：

谢谢大家，非常荣幸前面的姚老师和王总介绍的非常多激光在汽车上的应用，以及激光的技术，这边我就可以省很多的力气了。所以，刚才在下面对我之前做的演讲稿做了一些调整。

首先介绍一下我们公司，通快是一家德国家族企业，自于德国斯图加特，跟博士、戴姆勒，包括保时捷等公司都在一个地区，所以我们在汽车制造这边应用非常广，跟大家的合作非常紧密。

这边也看到通快的介绍，就是一个家族企业。主要的业务有机械装备，就是钣金加工的机械装备和激光这两大块。当然现在我们有很多新的创新技术，比如刚才王总介绍过3D打印，通快也有这样技术的发展。

具体到激光应用这一篇，刚才说有机床、激光两大业务。激光业务这边，工业加工或者材料加工的激光应用，我们都有涉及到，都有相应的非常合适的产品。可以看到激光切割焊接、钎焊以及微加工、3D打印。

最近很火热的中兴芯片事件就提到半导体制造，用于芯片的制造有一个光刻技术，不知道大家最近有没有关注。我们的光刻是通快提供的光源，可以做到最新的7纳米制程，只有通快能够提供这个光源。我们是MSL唯一供应商，他们也是我们唯一客户，我们提供一些科研用的激光器给他们。

针对汽车行业的话，主要用的都是大功率光源。所以有不同的光源，可以针对不同的应用。包括用于厚板切割焊接的二氧化碳激光器，这个要用远程焊接、钎焊等等，半导体激光器用于钎焊或者是一些浅的熔焊，还有一些用于汽车电子里面连接片焊接的固体激光器，超快激光用于电子行业显示面板的加工，以及还有激光打标机可以进行可追溯的激光打标。

我们根据我们的产品去选择一款最合适的应用，因为咱们没有一款通用型或者万能的东西。我们需要根据我们的应用来选择最合适的激光器或者是激光源，以及整个激光系统。

这个就是刚才说的光刻的激光器，是用了4台2万瓦的二氧化氮激光器，把它合速成一个超高功率的二氧化碳激光，再打靶打到CD上产生等离子光源，大概是13.5纳米波长的光，然后实现光刻，可以实现7纳米制程。

这是3D打印，3D打印我们只做金属。金属3D打印有两种技术，一种是激光熔服，另外一种是激光金属融化，这两种技术我们都有相应的产品和技术，我们也是全球唯一一家能够提供这两种金属3D打印技术的厂家。

刚才看到我们的产品都是非常高科技的，所以肯定要跟上时代的步伐。其实我们不只是跟上时代的步伐，还在引领时代的潮流。我们在德国斯图加特跟德国的博士、奔驰、西门子这几家企业，都是德国工业4.0发起者。所以，在整个工业4.0首先要求企业素质化转型，包括企业内部的素质化和对外的素质化，包括产品的素质化，后面会详细介绍我们怎么实现素质化。

最后提一点在中国这块，今年正好是通快在中国的18周年，我们说是成人礼，进入中国市场的时间也非常长。激光部门的总部在江苏太仓，离上海虹桥机场40分钟的车程。江苏太仓那边有我们车床的组装厂。激光部门所有的产品都在国外生产制造研发，然后进口。但是在中国我们有一个激光应用中心，有各种各样的激光加工设备，提供各种各样的激光加工测试验证，包括工艺的开发。

所以，基本上这个实力在我们通快内部排第二，除了德国总部之外。我们有全球最强的一个激光应用中心。所以，大家有这样激光应用的需求，咱们自己没有这样的开发工艺没有关系，可以一起合作。

接下来进入具体应用，首先激光本身就是一种智能制造的工具，是非常灵活的一套制造工具。我这边有一个样件，这一个样件拥有7种激光加工工业。当然这不是载入史藉的产品，但是它展示了所有的激光技术，包括3D打印，比如说最左端这个零件，3D打印制造成一个非常复杂的零部件结构，再把它焊接到轴上，轴上有激光熔服3D打印的方式，做成螺旋状的一圈。那么通过激光硬化这个轴，还有通过激光来实现结构化金属塑造的连接，以及激光打标，激光迁徙等应用。所以激光本身就是一个非常灵活、非常智能的一个工具。就算咱们不把它做成智能化，它本身已经非常智能了。

但是设备也要变得更加智能。通快不是最终非标解决方案，但是我们是一个标准解决方案的公司。我们提供给客户提供从光源到光线，到加工尽头最后的一个工艺，以及工艺的智能监控，包括一些智能监控传感器等等这一整套的解决方案。当然需要做一整套的设备，我们需要一个非标的设备供应商来做一个系统集成，一个大的框架，就像汽车里面的发动机到变速箱，到轮子都做好了，外面再加上一个壳子就可以造成一辆车了。

首先，最核心的部分就是激光器，就像车里面的发动机。激光器用得最广泛的一个产品是底片的固定激光器，目前在中国或者是全球的汽车行业最为流行，市场占有率最高，适用范围最广。这个产品也已经推出了有十几年，一直在不断的更新换代、不断的进步。

最新一代的底片固定激光器应该是去年推出来的，那么这里面最主要就是更加智能化。怎么智能化呢？首先我们内部的传感器，应该有超过30个传感器，监控整个激光内部的系统里面所有的数据、信息。其实这个已经很早就做到了，去年更新是什么？我们有一个精准的时间协议。因为以前传感器，我们把每一个传感器的数据单独进行一个监控、分析、判断。但是现在把所有的传感器信息进行综合起来，对应起来进行一个综合的判断分析。

就像咱们中医看病，不可能只是头疼医头，脚痛医脚。应该综合看，判断是什么样的平台。所以，所有的信号需要进行一个同步。你必须在同一时间点上整合信号，才能够进行对应的关系分析。

另外就是智能的加工头，我们最新一代的IPFO，其实以前PFO也是用得非常多的，比如激光的飞行焊接，奔驰用的最多。最新一代的，我们叫IPFO。这个智能的加工头，它智能化在哪里？它跟机器人的配合，包括整个工件系统的配合，可以实现智能化的编成，包括运行。它会实时获取所有的位置信息，自动进行换算，然后实现非常精准的焊接。

包括编程上，我们可以直接把这个零部件的三维数模放到编成系统里面去，跟机器人、镜头三者合一，做一个整套系统进行编程，非常的简便。另外智能加工的传感器，因为最终的目的是要实现比较好的加工结果，比如说焊接，要实现好的焊接质量，所以需要监控整个过程，包括最后的质量。

我们开发了很多的传感器，包括激光的工具或者是镜头各方面的校准传感器。另外就是工件的识别传感器，还有最后的工艺过程监控的传感器。

现在再举几个例子，是我们的功率和焦点位置校准的传感器，这也是一个闭环控制的。我们校定之后，进行一个闭环的调整，调整焦点的位置，也可以调整激光的功率进行闭环的控制。要确保咱们用的工具是没有问题的，这是自动校准的功能。

你的零件，尤其咱们汽车大的钣金件，很难做到公差控制在0.1毫米的范围，需要一个焊缝跟踪。所以我们开发了这样一个焊缝跟踪系统来实时寻找焊缝位置，然后实时调整激光处的一个位置，并进行焊接。焊接完成之后，接下来后面还有一个焊后的和质量的监控、检查，所以可以通过这个表面的型号，基本上就可以判断出来咱们焊缝的成型，以及焊缝的质量。

所以，通过后面型号的判断，一个拍照，也一样可以判断出整个焊缝的质量。

这是在我们实验室演示的一个视频，底下这是我们两条金属版，进行搭接在一起，然后同个焊上层板的边缘为止。

我们可以把这个零件边缘做成是一个不规则的边缘形状，然后通过焊缝追踪系统，自动去找到这个焊缝位置。

现在的焊接基本上都是没有问题的，但是我们会把其中一个焊缝的激光参数给它改一下，让它的功率不足，焊后的质量会达不到要求。这个时候它的焊缝的质量评估，可以通过上面右上角的图看到，它每个点前面都是绿了。最后一个也是绿的，当我们改掉参数的话，它就变成了一个红色，显示出它的焊接质量是有问题的。

比如说一个车门的焊接，有这么多焊缝，可能几十条上百条。如果只有一条的焊缝达不到要求，我们不可能把整个零件都废掉掉。所以我们有一个质量评估体系，一个系统一个软件，我们把所有的焊缝综合起来进行一个评估，可以设定一些边界条件，认为哪些焊缝必须是达到要求的，有些可能是有一定的比例，可以有不良比例，从而就能评估整个零件的质量。

这是个一整套系统，从前面焊缝追踪到焊缝质量监控，以及整个零件的一个质量评估，这是角接焊缝。那么同样的，有这样一个焊缝的追踪传感器，它可以找到焊缝的位置，比如说如果没有去进行追踪的话，它这个是有一定的跳动的，有这样一个追踪的问题。

如果说我先进行一个焊缝的追踪，然后它把这个焊接头跟着那个焊缝的位置进行一个自动的追踪。包括我们用这个PFO也是一样的，也可以来实现对接焊缝这样一个追踪的位置，这是焊前的焊缝追踪。

至于焊后，焊接过程当中同样存在质量监控的问题，刚才姚老师讲了是一个非常大的难题，那么这个现在在欧洲那边，大家都在开发一个叫OCT的一个传感器，可以用来监控焊缝的一个容身，比如说焊接过程当中的一个小孔，通过一束光可以实时的，同步的探索在焊接过程中形成的容身，最后可以把整个零件、整个焊缝的容声给它汇总出来，最后实现一个质量的判断。

如果有必要，也可以实现信号来进行一个闭环控制来反馈，实现零件焊缝的一个闭环控制的焊接。我们说在信号采集之后，我们就需要对它进行数据分析、数据重组，所以我们也提供这样一个平台，一个区块链平台，实现所有的数据的分析、监控，同时进行设备的一个预防性的维护报警。

这边是我们的一个鱼表盘，比如说这个客户它里面有几十台我们的激光器，每台激光器的状态都可以显示在我们的iPad或者手机上，我们可以看到所有设备的状态。

这些已经在我们的客户那边得到实际应用了，比如德国奔驰，反馈效果非常好。这就是我们整个系统自己构建一个平台，可以通过它将数据全部传输过来，同时我们还有一个子公司提供这样一个云平台、云服务。

所以，我们最终的目标是通过这样一个垂直的整合，从它的加工传感器数据的监控，到最终控制，实现整个工艺单元上的垂直整合和智能监控，当然我们还有其他的一些数据平台，也可以实现整个工厂的质量化管理，并实现整个横向的整合。

这是我们的智能化解决方案，接下来看一些具体的应用案例。首先在汽车上，目前的一个解决方向我觉得在轻量化、电气化这两个方面，不论哪个方向都有非常多的应用。

首先是轻量化。轻量化目前主要的材料有热成型、铝合金，还有一些复合材料。这里面都有运用了非常多的激光加工工艺，比如说金刚，涂层的剥除，激光的切割，以及激光焊接；铝合金的话，需要用到激光焊接；复合材料可以用激光切割，也可以用激光来实现连接。

而热成型这块的切割，咱们这边有不同的加工工艺，最主要是三维的激光切割。

目前轻量化我觉得应该是铝的焊接。铝的焊接要实现轻量化的话，除了用轻量化的材料，我们希望通过其他的方式，比如说轻量化设计、轻量化工艺来实现更进一步的减重。

所以，最终我们觉得是一个铝的角接焊缝，激光焊接是最优化的一个方案，这样的话就用到我们焊缝的一个传感器，并配上我们的IPA或者是智能增进，实现智能的激光分析和焊接，可以实现简装的目的。

从咱们的电阻点焊到中间的搭接激光焊，到最右边的角接激光焊，逐步进行减重。这是在德国奔驰迈巴赫S级车门上的一个应用，我们在激光展也展了这个车门，已经在实际生产当中。

另外一些轻量化，比如说碳纤维，可以实现激光切割。如果说有兴趣的话，我们可以进一步测试，我们基本上可以实现100-500微米之间的激光切割。

还有一个最新的工艺是实现不同材料之间的连接，因为轻量化现在是需要各种不同的材料来组合使用，这个连接工艺是一个很大的前提条件。

我们提供了一个方案，通过激光来实现金融和塑料的连接，通过激光打磨金属表面之后，把塑料给它稍微的挤压进到这个模块的结构里面去，从而可以实现金属的塑料连接。这是我们这两年刚刚开发出来的公益，如果大家有什么实际的应用需求的话，我们可以进一步的进行实际量产方面的研究。

这是轻量化，目前在电气化，尤其这是北京车展，基本上每一个展台都应该有这种电动车或者混动车的一个展示。所以说，在电动车上，激光的应用也是非常的多，从电池到电机，到最后的控制系统等各方面。这边说所有的应用，包括电池的焊接，电池包的焊接，电机里面的焊接，还有电控里面的一个焊接。

我们开发了一个绿光的激光器，实现了一个更高质量的焊接。因为红外光对它反射非常强，绿光它的吸收率会强很多，这样的话，它的焊接质量、焊接效率会大大的提高。

另外通过这种绿光，我们甚至可以实现铜和铝的焊接，这个是我们在电机上的应用。频繁被用的发几十条线的电机，需要用到激光。首先把剔除它这个包层，然后通过激光来实现电机绕线的焊接，这个一样是需要我们的传感器，因为从线头时要找到实际的位置，然后再进行焊接，这就用到了我们的图像识别处理技术，来找到它实际铜线的位置，然后再进行焊接。焊接完成之后，一样可以通过这样的一个图像处理，来识别它焊缝的成型和质量。

最后一个是焊接的质量优化。焊接过程中，很多时候有飞溅。我们通过一个二合一的光纤的技术，把内部光速的能量进行优化，实现了一个无飞溅的焊接。我们很多的客户都非常感兴趣，激光的焊接飞溅的问题，对动力传动系统、电路系统和电子系统都是一个非常大的挑战。可以看出它的飞溅以及它的速度效率的提高地非常明显。这些是我今天介绍的主要内容，即所有的智能激光应用，包括我们的产品。

我们可以提供从成品，应用，到咨询服务一套全方位体系的支持给客户。大家如果有兴趣的话，我们可以明天上午还在这里，有一个介绍激光技术在汽车制造中的应用的专题研讨会，会有一个更详细的介绍和交流。大家可以明天上午继续参加我们的活动。

谢谢大家！

敬请关注盖世汽车“第十届全球汽车产业峰会”直播专题：

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作者：盖世汽车综合

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