激光加工技術(shù)及其在汽車工業(yè)上的應(yīng)用

1、 V 生產(chǎn)。 該 有以 下幾個(gè)方面: 切縫窄， 熱影響小， 切割表 子是大眾公司的高爾夫 I 型轎車的 車c 一 立柱的內(nèi) 襯件是一種所謂的3D一 塑料 面光滑， 無切割溶渣， 切邊平行度好等。 激光切割技術(shù)可廣泛應(yīng)用于金屬和非金 件，機(jī)器人夾持激光器切割頭切割這種部 此種塑料內(nèi) 襯材料為PP/ PE 聚丙烯/ 聚 ( 屬材料的加工中， 可大大減少加工時(shí)間， 降低 件。 在噴注過程中， 其表面己 涂掇上一種 加工成本， 提高工件質(zhì)量。 脈沖激光適用于 金 乙烯 ， 內(nèi)襯部件的外輪廓、 屬材料， 連續(xù)激光適用于 非金屬材料， 后者是 涂料。為切割這種 3D一 切出通風(fēng)孔和安全帶的固定孔，應(yīng)用了二

2、氧 激光切割技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域。 化碳激光器， 并直接安裝在機(jī)器人手臂上。 大 3. 2 應(yīng)用情況 不僅作 湖南大學(xué)激光研究所長(zhǎng)期從事激光器研 眾公司應(yīng)用的這種激光束切割技術(shù)， 而 若是切 究， 終于在 199 年研制成功國(guó)內(nèi) 4 第一臺(tái) 析架 業(yè)速度快， 且切割面質(zhì)量均勻一致。 則可以把切口毛邊封住， 可節(jié)省 式折疊準(zhǔn)封離型切割與焊接激光器，并獲得 割織物部件， 國(guó)家發(fā)明專利。 經(jīng)過幾年的不斷改進(jìn)提升， 一道封毛邊的工序。 這 項(xiàng)成果已經(jīng)在長(zhǎng)沙批量生產(chǎn)。這種切割和焊 接用的激光器與國(guó)外產(chǎn)品相比， 設(shè)計(jì)上另辟 蹊徑， 采用了全新思路， 顯示出多方面的優(yōu)越 性。經(jīng)鑒定， 該激光器運(yùn)行成本低， 外

3、產(chǎn) 與國(guó) 品相比， 每年可節(jié)約 5 一 萬元消耗工作氣體 8 費(fèi)用; 啟動(dòng)快， 從開機(jī)到激光輸出穩(wěn)定， 時(shí)間 比國(guó) 外產(chǎn)品縮短， 僅需數(shù)分鐘完成， 外產(chǎn) 而國(guó) 品則需半小時(shí)以上， 顯著節(jié)約能源; 工作穩(wěn)定 可靠， 操作維修方便。 設(shè)備的售價(jià)只有國(guó) 每臺(tái) 外產(chǎn)品的1/ 2。 鑒定委員會(huì)認(rèn)為:該激光器綜 合性能達(dá)到同類產(chǎn)品國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平， 該激光 器在光束質(zhì)量、 運(yùn)行費(fèi)用、 工作氣體消耗、 啟 動(dòng)速度、操作維護(hù)等方面， 具有國(guó)際先進(jìn)水 平口 4 激光釬焊 (簡(jiǎn)稱 LBBW 技術(shù) 由BL 研發(fā)的鋁泡沫夾層材料 (AFS 的 z 激光切割技術(shù)是一種卓越的汽車輕量化復(fù)合 材料， 其芯部為鋁金屬泡沫材料，

4、外層是兩個(gè) 很薄的 包筱薄板件。因此， 其重量很輕， 而剛 性卻很好， 且強(qiáng)度高。 其芯部尚未泡沫化的半 成品， 具有與鋁板相類似的加工性能， 可任意 成型。 為獲得所需要的 坯件輪廓(即要切開材 料 ， 應(yīng)能在形成泡沫和非泡沫 A略 狀態(tài)下被 切割。 機(jī)器人輔助激光切割塑料的一個(gè)典型例 在白 車身制造過程中， 車頂、 門檻、 和 A B一 立柱等的焊縫不僅可由二氧化碳和固體 式激光器激光束完成，而且也可以采用激光 束釬焊技術(shù)而實(shí)現(xiàn)。 尤其是車身外覆蓋件， 由 于其不可成型性及幾何形狀極為復(fù)雜， 不可 能使用一塊(個(gè)零件而構(gòu)成。 因此， 需要有多 處聯(lián)(連接結(jié)構(gòu)。 同時(shí)， 為這些聯(lián) 又因 連接

5、 部件處于車身外表面 (為人們的注目 之處 ， 所以， 對(duì)聯(lián)接的外觀質(zhì)量提出了 很高的要求 (表面外觀質(zhì)最為A級(jí)。聯(lián)接部位結(jié)構(gòu)上的 要求是: 剛性好、 強(qiáng)度高、 耐銹蝕、 易于油漆和 方便維修。 基于這些苛刻要求， 德國(guó)巴 伐利亞 洲激光技術(shù)中心 (BL 和奧迪公司共同開發(fā) Z 出一種適應(yīng)大批量生產(chǎn)的激光束硬釬焊技 術(shù)， 并在奧迪牌竹 型雙門 跑車c 一 立柱的聯(lián) 接部位得到實(shí)際應(yīng)用。 上海帕薩特轎車美觀而符合空氣動(dòng)力學(xué) 的外形設(shè)計(jì)就有激光釬焊的功勞。上海帕薩 特的生產(chǎn)線上使用兩套巧奪天工的激光焊接 裝置， 一套用在后蓋激光釬焊上， 另一套用在 車頂雨水槽焊接。這二套激光焊接裝置都使 國(guó)外 金

6、 屬 加 丁 2003 年第24 卷 用了機(jī)器人， 重復(fù)精度達(dá) 0. 皿 mm， 其中車頂 激光焊還使川了焊縫跟蹤系統(tǒng)。激光焊接能 量集中， 焊縫平整。 這樣大大提高了車身剛度 和強(qiáng)度， 減小了車身縫隙， 明顯提高了車 身表 面質(zhì)量。 可以說， 上海帕薩特的白 車身制造與 設(shè)計(jì)水平比它的前輩們有了質(zhì)的飛躍，車身 的裝配縫隙降到了3. s mm 以內(nèi)。 度慢、 勞動(dòng)強(qiáng)度大， 無法實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)。 且 從 0 9 年代開始， 歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛將先進(jìn)的 激光視覺檢測(cè)技術(shù)運(yùn)用于汽車車身的檢測(cè)與 控制， 有效地提高了汽車質(zhì)量， 使其在汽車工 業(yè)本來領(lǐng)先的地位得到進(jìn)一步的 保障。 天津大學(xué)從 8 年代末開

7、始了這項(xiàng)技術(shù) 0 5 激光微加工技術(shù) 的 研究， 后獲 并先 得了國(guó)家“ 八五” “ ” 、86 項(xiàng) 3 目 組等多次支持。此次完成的項(xiàng)目由天津大 學(xué)與天津汽車夏利股份有限公司汽車制造分 公司共同承擔(dān)。 經(jīng)刻苦攻關(guān)， 科技人員綜合使 傳感器技術(shù)、 計(jì)算機(jī)工程、 圖 激光技術(shù)除了可用于汽車制造典型的宏 用了激光技術(shù)、 并創(chuàng)新了整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的空 觀加工， 而且亦可用于微觀加工。 B比 與有關(guān) 像處理技術(shù)等， 現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定方法、 機(jī)械傳送定位及 的工業(yè)企業(yè)研發(fā)出將部 (器 件和傳感器 (元 間坐標(biāo)建立、 統(tǒng)、自 絡(luò)控制系統(tǒng)以及 動(dòng)網(wǎng) 整 件用激光焊接到印刷電路板上的 新技術(shù)。 其誤差修正系 此 達(dá)到了

8、預(yù)期目 可完全滿足年 標(biāo)。 種激光焊接是一種經(jīng)典的激光束微釬焊技 個(gè)測(cè)量軟件， 5 0 術(shù)， 它不是耍取消涂料釬焊工藝， 而只是作為 產(chǎn) 1 萬至3 萬輛汽車生產(chǎn)線對(duì)車身尺寸實(shí) 0 %在線檢測(cè)的要求。據(jù)了解， 該系統(tǒng)檢 此工藝技術(shù)的補(bǔ)充。激光束微釬焊技術(shù)的主 現(xiàn) 1 。 一 要優(yōu)點(diǎn)在于， 其對(duì)材料的熱損(傷 害輕 (少 ， 測(cè)速度完傘符合生產(chǎn)線節(jié)拍， 輛車身的檢 還不 到1分 鐘 (以 樣檢測(cè) 半 往同 為6 一些部件不能用傳統(tǒng)的釬焊方式進(jìn)行焊接而 測(cè)時(shí)間 小時(shí)。另外， 個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠， 整 柔性好， 軟 只能應(yīng)用激光微釬焊技術(shù)。 可適用于不同車型. 而其制造成本僅 博也公司在氣缸內(nèi)油氣比 (

9、燃油濃度 件靈巧， 例 類產(chǎn)品報(bào)價(jià)的1/ 8。 統(tǒng)已 該系 運(yùn) 探測(cè)器 (元件 、 電磁閥、 加速傳感器、 燃油噴 相當(dāng)于美國(guó)同 津 汽車 .夏 lx舊 產(chǎn)線的 使 射閥、 燃油濾清器、 發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置等的 制造 行于天 微型 廠、 利Z 生 確保新車產(chǎn)品質(zhì)最。 中也應(yīng)用激光束微焊接技術(shù)。該技術(shù)與激光 用中， 從 1， 年4 月， 9 南京 “ 依維柯白 車身三 束微釬焊相比， 具有意義深長(zhǎng)的 優(yōu)點(diǎn)， 例如， ， 在該公司投人使用， 至 作業(yè)中不使用鉛、 焊接部位的高溫強(qiáng)度好、 維激光視覺檢測(cè)系統(tǒng)， 適 今檢測(cè)五六百臺(tái)車身， 運(yùn)行穩(wěn)定可靠， 柔性 用于微小型部件等。 好，比用過去的檢測(cè)辦法節(jié)省

10、了大量的費(fèi) 6 激光檢測(cè)技術(shù) “ 汽車車身尺寸激光自 動(dòng)檢測(cè)站” 是我國(guó) “ 九五”國(guó)家重點(diǎn)項(xiàng)目， 也是我國(guó) 首個(gè)汽車車 身尺寸激光自 動(dòng)檢測(cè)站。經(jīng)過多年的運(yùn)行表 明， 其性能已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。 過去汽車 車身的測(cè)量一般采用三座標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行， 速 用。這套檢測(cè)系統(tǒng)是由天津大學(xué)精儀學(xué)院教 授葉聲華領(lǐng)導(dǎo)的課題組和南京依維柯汽車有 限 公司車身廠共同 研制的。這套系統(tǒng)研制成 功標(biāo)志著我國(guó)有了第一套用于 整車檢測(cè)的三 維自 動(dòng)測(cè)量系 “ 統(tǒng)。 依維柯白 車身三維激光 視 覺檢測(cè)系統(tǒng)”由 多個(gè)不同類型的視覺傳感器 組成 不同的 被測(cè)點(diǎn)由相應(yīng)的傳感器測(cè)量。 實(shí) 踐表明， 柯白 依維 車身三維視咬 下轉(zhuǎn)

11、第6 頁 4 國(guó)外 金 屬 加 工 2003 年第 24 卷 所分析傳動(dòng)嚙合質(zhì)量的影響。 mm， 而G 值由一 1 、 mm 的范圍 (位移 0. 0.4 但是問題在于函數(shù)( 精確的解析式。 方向 2 因 參考圖 1。 微軟一 c !” 用“ x E e 表格法 建立 此只能近似建立質(zhì)量面， 例如， 通過給定尋找 兩個(gè)質(zhì)量面。在一種質(zhì)量面下取表征錐齒輪 面的一系列點(diǎn)， 借助在規(guī)定的一定步距范圍 傳動(dòng)工作平衡性的運(yùn)動(dòng)誤差 f 作為質(zhì)量指 內(nèi)，改變每一誤差某網(wǎng)格的方法來建立質(zhì)量 面。 與網(wǎng)格的交節(jié)點(diǎn)相適應(yīng)的質(zhì)量指數(shù)值可 以由實(shí)物的試驗(yàn)求得， 或通過數(shù)字計(jì)算機(jī)的 模擬試驗(yàn)求得。為了查明齒輪一個(gè)接觸區(qū)

12、的 情況， 檢驗(yàn)工藝人員在試運(yùn)轉(zhuǎn)檢查機(jī)上、 在遵 守一切規(guī)范和要求下需用 1小時(shí)， 而為測(cè)定 工作的平穩(wěn)性則需用幾小時(shí)。但是在 2 分鐘 內(nèi) 運(yùn)算次數(shù)為 10 兆赫的 0 計(jì)算機(jī)上， 借助“ 專 家 ， 程序綜合設(shè)備能夠得出同樣結(jié)果。 并非所 有的工業(yè)企業(yè)都能分析準(zhǔn)雙曲面 錐齒輪傳動(dòng) 在負(fù)荷 傳動(dòng)時(shí)的特性， 專家” “ 程序綜合設(shè)備 使人們能在 1 分鐘內(nèi) 5 完成齒輪傳動(dòng)負(fù)荷下 特性分析。 所分析的例子 P 值變動(dòng)由一 4 一+ 0. 1 0. 數(shù); 在第二種質(zhì)量面下作為質(zhì)量指數(shù)是從齒 的接觸界限到齒的最接近邊緣的最短距離 d。 不同的 齒接觸邊緣極限代表相應(yīng)錐齒輪傳 動(dòng)的精度不同。 使人們

13、能夠規(guī)定安裝錐齒輪傳動(dòng)時(shí)，以 允許安裝位移為根據(jù)的公差。擴(kuò)大公差帶有 助于簡(jiǎn)化錐齒輪傳動(dòng)的安裝工藝方法使之更 便宜。 錐齒輪傳動(dòng)安裝的質(zhì)量面及其允許的軸 向位移范圍的建立， 使采用 “ 即 專家” 程序綜 合設(shè)備， 其工作量也很大。 能使質(zhì)量面建立用 數(shù)據(jù)化及方法自 動(dòng)化，以及若能使人們以 二 級(jí)面逼近質(zhì)量面的方法模型， 有助于簡(jiǎn)化建 立質(zhì)量面的 解決方案。 (丁敘生 校 二 戶心必 小盞 戶. ， 戶唱戶銘奮咚產(chǎn)產(chǎn)，戶滬小咭 ;海 尹 戶、戶 盞 滬 產(chǎn)、尸公協(xié)州 銘 小 戶哈 “丫 聲 歲 弓戶唱p 。戶、戶護(hù)兮 戶歲 筍 、產(chǎn)甲戶甘 p 戶 戶 .曰 滬 滬 、 扣 戶嘴 (上接第5 頁

14、覺檢測(cè)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)自 8 動(dòng)定位 維激光檢測(cè)系統(tǒng)可適用于不同車型，提高功 誤差補(bǔ)償， 經(jīng)過測(cè)量預(yù)處理， 測(cè)量過程可實(shí)現(xiàn) 效近百倍。 自 動(dòng)化， 測(cè)量1 臺(tái)白 車身上的3 個(gè)點(diǎn)(測(cè)量點(diǎn) 0 由 于激光束功率強(qiáng)、 品質(zhì)高、 工作過程控 分布在整個(gè)車身的 外表面， 其類型包括圓 孔、 制精確， 因此激光技術(shù)越來越受到工程技術(shù) 棱線、 三棱拐 只需7 分鐘 速度還可 人員的青睞。 點(diǎn) 測(cè)量 例如， 特制坯料的切割和 連接。 進(jìn)一步提高 ， 而且重復(fù)性好， 使用方便， 性能 除此之外， 激光技術(shù)還不斷開辟新的應(yīng)用領(lǐng) 穩(wěn)定。 數(shù)據(jù)可靠。 統(tǒng)的綜合測(cè)量能力能夠滿 域， 系 使汽車制造使用更多的新材料成為可 足白 車身檢測(cè)的 要求， 可適用于大批量汽車 能。 眾所周知， 歐洲許多汽車廠家均在研發(fā)和 車身焊裝線， 實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)。 過去用三坐標(biāo)測(cè) 生產(chǎn)百公里油耗只有 3 升的超節(jié)能小型汽車 量機(jī)測(cè)量一臺(tái)車身需 1 小時(shí)， 2 測(cè)量成本為 (轎車 ， 而這離開應(yīng)用輕量化材料 (諸如鋁、 0 9 0 元。 該檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)量一臺(tái)車只 7 分