什么是飛行激光焊接（OTF）？

飛行激光焊接（OTF on-the-fly），有時(shí)也稱為掃描焊接，是一種自動化激光焊接工藝，它使用激光掃描系統(tǒng)在焊接工藝頭或目標(biāo)部件不斷移動的情況下進(jìn)行焊接。

有必要先研究一下其他常見的自動激光焊接方法，以了解即時(shí)焊接的基本原理。這些方法可視為 "停止-開始 "的激光焊接方法。

在一般情況下，"on-the-fly"一詞指的是在不停止或中斷整個(gè)過程的情況下動態(tài)、實(shí)時(shí)地執(zhí)行任務(wù)。在自動化制造領(lǐng)域，"飛行"激光焊接體現(xiàn)了這一概念，它能在工件或焊接頭保持運(yùn)動的情況下實(shí)現(xiàn)連續(xù)焊接。

隨著各行各業(yè)不斷推動更快、更智能的生產(chǎn)，這種焊接方法在先進(jìn)的制造環(huán)境中越來越受到重視。本文將解釋什么是飛行激光焊接、它是如何工作的，以及它為制造商帶來的主要好處。

高速

使用固定焊頭進(jìn)行停止和啟動激光焊接

固定式激光焊接頭是最簡單也是最常見的激光焊接方法，它將光束直接引向光學(xué)鏡片下方的固定位置。但也有一些例外情況，主要是設(shè)計(jì)用于 "搖擺焊接 "的焊頭，這種焊頭使用較小的視場來創(chuàng)建焊縫圖案。

要進(jìn)行大于橫梁光斑尺寸的焊接或進(jìn)行一系列單獨(dú)的焊接，必須移動固定的焊接頭或被焊接的部件。前者比較常見，因?yàn)楸容^容易實(shí)現(xiàn)。

更高的速度

使用掃描頭進(jìn)行 "停止-開始 "激光焊接

激光掃描頭也稱為掃描儀和振鏡掃描頭，使用振鏡通過旋轉(zhuǎn)一系列精心放置的反射鏡來偏轉(zhuǎn)激光束。這種設(shè)計(jì)使光束能夠在寬視場中被引導(dǎo)或 "掃描"。這樣，在掃描頭和工件保持靜止的情況下，掃描光學(xué)元件就能形成長焊縫、復(fù)雜的焊接圖案和許多單獨(dú)的焊縫。

掃描焊接通常用于電池焊接等先進(jìn)的高產(chǎn)量應(yīng)用。但是，雖然使用掃描頭焊接可以減少系統(tǒng)必須停止的頻率，但并不能完全消除這種需要。此外，在掃描頭視野的邊緣進(jìn)行焊接會導(dǎo)致光束聚焦出現(xiàn)微妙的扭曲，這可能會在工藝窗口狹小的高精度應(yīng)用中造成問題。

只使用掃描儀視野的一小部分，可以減少視野邊緣面臨的挑戰(zhàn)。這樣可以獲得更均勻的焊點(diǎn)，但需要更頻繁地重新定位掃描儀以覆蓋焊接區(qū)域。重新定位掃描儀是一個(gè)相對緩慢的過程，會大大降低整體吞吐量。

非常高的速度

使用掃描頭進(jìn)行飛行焊接

幸運(yùn)的是，激光掃描的功能可以進(jìn)一步增強(qiáng)，以便在光學(xué)系統(tǒng)運(yùn)動或部件在其下方移動時(shí)創(chuàng)建復(fù)雜的焊接圖案。這種方法大大減少了系統(tǒng)必須停止的頻率。

使用激光掃描頭進(jìn)行飛行焊接時(shí)，通常只使用視野的一小部分。換句話說，即使系統(tǒng)元件處于運(yùn)動狀態(tài)，光學(xué)鏡組也主要保持在焊接目標(biāo)的正上方。這實(shí)際上消除了將光束引向掃描儀視野邊緣所造成的激光光斑特性失真。

由于飛行焊接可動態(tài)調(diào)整激光束的焦點(diǎn)和路徑，因此這種方法還能自動考慮工件高度變化和三維工件幾何形狀，而無需改變掃描頭與工件的相對距離。

飛行焊接的工作原理

在掃描儀或部件運(yùn)動時(shí)進(jìn)行焊接，光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生的光束圖案必須對運(yùn)動進(jìn)行補(bǔ)償。這就需要對系統(tǒng)組件進(jìn)行緊密集成。

對于電池焊接等高精度、高產(chǎn)量的應(yīng)用，龍門式掃描儀組合通常是最佳選擇。在此示例中，掃描儀控制器可跟蹤掃描儀的位置和速度，并補(bǔ)償光束軌跡，從而在正確的位置創(chuàng)建正確的焊接形狀。傳統(tǒng)的掃描儀焊接技術(shù)比較簡單，只需從固定位置 "繪制 "所需的形狀，而飛行焊接則必須根據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算，引導(dǎo)光束沿著與最終焊縫不同的路徑進(jìn)行焊接。

如上圖左側(cè)所示，掃描儀軟件引導(dǎo)光束形成環(huán)形。右圖所示的最終焊縫是理想的完美圓形。

飛行焊接的優(yōu)點(diǎn)

01 提高效率和產(chǎn)量：

通過大幅減少所需的啟動和停止次數(shù)，飛行焊接可有效消除用于改變部件或光學(xué)器件位置的非生產(chǎn)性時(shí)間間隔。對于必須焊接大量單個(gè)零件、對同一零件進(jìn)行多次焊接或進(jìn)行多次長時(shí)間連續(xù)焊接的生產(chǎn)線，采用飛行焊接通�？墒股�產(chǎn)率提高數(shù)倍。

02 更高的精度和可靠性：

實(shí)時(shí)焊接可持續(xù)計(jì)算和調(diào)整焊接參數(shù)，以考慮到連續(xù)運(yùn)動。因此，激光束可以精確定位，同時(shí)保持最佳的光束特性。此外，由于掃描頭使用的視場有限，焊接結(jié)果更加一致和可預(yù)測，從而更容易保持在狹窄的工藝窗口內(nèi)。

03 靈活性：

當(dāng)掃描頭在運(yùn)動時(shí)，可以使用飛行焊接，在這種應(yīng)用中，必須在一個(gè)大型部件上進(jìn)行許多單獨(dú)的焊接，例如電池母線焊接。OTF 焊接也可在掃描頭靜止不動而許多較小部件在下面移動的情況下使用，例如焊接沿旋轉(zhuǎn)傳送帶移動的單個(gè)電池單元。

此外，飛行焊接還可與三軸龍門架、笛卡爾系統(tǒng)運(yùn)動以及機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)動配合使用。

04 與其他激光焊接技術(shù)的兼容性：

飛行焊接可與其他可改變光束特性和監(jiān)控焊接過程的激光焊接技術(shù)一起使用。

例如，飛行焊接可與雙光束激光器兼容，從而提高焊接質(zhì)量并減少飛濺。OTF 焊接還可與實(shí)時(shí)直接激光焊接測量集成，這是一種過程監(jiān)控形式，可幫助制造商跟蹤焊接深度等關(guān)鍵焊接特性。

飛行焊接的現(xiàn)有能力

就IPG開發(fā)的飛行焊接技術(shù)而言，其焊接速度已達(dá)到每分鐘1,000 道焊縫，即使在焊接螺旋形等更復(fù)雜的焊接圖案時(shí)也是如此。

IPG 實(shí)時(shí)焊接技術(shù)還與單模雙光束AMB激光器和LDD 實(shí)時(shí)焊接測量獨(dú)特兼容。

哪些行業(yè)和應(yīng)用可受益于飛行焊接？

飛行焊接是一項(xiàng)相對較新的技術(shù)，但它能為各種行業(yè)和應(yīng)用帶來顯著的生產(chǎn)率、質(zhì)量和可靠性優(yōu)勢。

電動汽車和電池焊接：世界上一些大的電動汽車制造商都在使用OTF焊接，OTF焊接自然能滿足電動汽車和電池行業(yè)對產(chǎn)量和精度的極高要求。飛行焊接，特別是與雙光束和實(shí)時(shí)焊接測量技術(shù)相結(jié)合，是一種功能強(qiáng)大的焊接方法，適用于電池單元與母線焊接、電池單元蓋與罐焊接、電池冷板焊接和燃料電池雙極板焊接等應(yīng)用。

汽車：雖然與電動汽車行業(yè)有關(guān)，但整個(gè)汽車行業(yè)也受益于飛行焊接帶來的更高生產(chǎn)能力。OTF 焊接非常適合鈑金部件的白車身焊接。OTF 焊接在焊接汽車發(fā)動機(jī)和變速箱中使用的各種其他汽車零件方面也大有可為。

航空航天：OTF 焊接的許多優(yōu)點(diǎn)同樣適用于航空航天工業(yè)所需的各種焊縫。與電動汽車行業(yè)類似，航空航天業(yè)通常要求高產(chǎn)量和高精度。

一般制造業(yè)：作為一種靈活的焊接方法，飛行焊接既可用于微焊接，也可用于結(jié)構(gòu)焊接，非常適合于許多因提高生產(chǎn)率而受益的一般應(yīng)用。

來源：IPG光纖激光器

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