激光功率計在汽車的安全、質量和產率行業中的應用

作為在當代汽車制造中廣泛使用的工藝，激光焊接在汽車領域的應用起步于變速器齒輪等核心部件。這些部件的焊接要求精度高、形變小、材料變性少、表面整潔度高，因此*采用了當時成本高昂的激光焊接技術。隨著高功率激光器的發展，激光焊接逐步在白車身制造、新能源電池組制造等領域成為重要制造工藝。

在白車身的制造中，激光焊接可用于多種金屬件的焊接，包括車身框架結構、頂蓋、側圍等。焊接工藝包括搭焊、釬焊、激光-電弧復合焊等；焊接材料包括各類鋼材、鋁合金。與傳統的點焊相比，激光焊接的優點是工件變形極小，焊接深度/寬度比高，焊縫強度高，焊接速度快，焊縫窄，且通常表面狀態好，靈活性高。采用激光焊接可顯著增加車身剛度、降低車身重量，同時允許更靈活的結構件形狀和工藝，從而降低整車成本。憑借眾多優點，近十年以來，激光焊接在白車身制造加工的焊接工藝中占比越來越高，逐步取代傳統的點焊工藝。

白車身激光焊接通常用機器手持導光臂與焊接頭，工件裝載到位后，在軟件控制下機器手沿焊線運動完成焊接。

圖1 白車身激光焊接生產線 

隨著新能源汽車的迅猛發展，在電動汽車制造過程中，激光焊接的應用又有進一步拓展。為了生產緊湊型電池組，需要將單個電池高質量焊接在一起，以便將它們串聯或并聯。連接各個電池的焊接電觸點必須具有非常高的質量，因為電池必須承受環境的挑戰 — 如季節性溫度波動帶來的形變，行駛甚至是碰撞引起的巨大沖擊和震動。此外，它通常是電動汽車中較為昂貴的單一部件，整車的可靠性和穩定性由電池決定；同時，確保對制造稀土所需的稀土進行負責任的管理，即使在其移動使用壽命結束后，電池仍應可以利用，例如作為風能或太陽能系統產生的電力儲存。所有焊接必須始終以*的精度和可靠性執行；因此，激光焊接是電動汽車電池組焊接工藝的良好選擇，而激光器的輸出特性必須時時加以監控。

圖2 電動汽車電池組示意圖 

無論采用哪種激光焊接工藝，焊點或接縫的質量對所生產的部件的安全性和可靠性產生決定性影響，并終影響整車的安全性和可靠性。激光焊接設備的制造商和應用商必須確保其設備在自動化生產線上能夠正常工作，尤其是激光器的參數特性在復雜生產環境中保持穩定，以實現良好的焊接工藝并確保其一致性；當激光性能衰減時，要能夠盡早發現以盡快啟動預案，避免設備檢修停機帶來的時間浪費。

激光的功率是了解激光系統是否正常工作的重要指標，因此定期對焊接頭輸出的激光功率進行測量是確保焊接工藝穩定性和一致性的重要方法。但對于汽車工業廣泛使用的萬瓦級的激光，常規測量是復雜、繁冗、耗時的 — 激光功率計需要專人操作，需要配置水冷，探頭位置需要精心擺放以避免探頭損傷同時確保激光安全，需要數分鐘才能夠達到穩定的讀數......在爭分奪秒的整車生產線上，定期停機測量激光功率是嚴重的浪費。

如何能夠兼顧高質量和高效率？Ophir公司專門針對高功率自動化焊接生產線開發了HELIOS 激光功率計。不同于傳統的激光功率計，HELIOS只需要0.1 ~ 10秒的時間來測量激光的能量，從而獲知激光的平均功率；這樣可以在焊接生產線上，利用工件裝載的空閑時間，通過機械手將焊接頭移動到功率計探頭上，開啟激光數秒完成測量，然后立即進行下一次加工。

這種巧妙的方式可實現高達12kW激光的全功率實時、在線測量。同時，由于其瞬時測量方式，儀器不需要水冷或風冷，適合工業現場使用；入口具備可程控快門，避免現場粉塵、飛濺物損傷功率計探頭。

數據可通過Profinet，Ethernet，RS232或USB接口傳輸至自動控制系統，一旦激光在加工平面上的功率超出公差范圍，就可以立即采取對策來確保生產質量。

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圖3 HELIOS功率計和軟件 

需要關于高功率激光器加工區更完整的信息？OPHIR提供Beam Watch激光焦斑測量儀，*非接觸式在線測量激光聚焦后的焦點位置、尺寸，并可根據激光功率測值計算功率焦點功率密度。一旦激光參數有變，用戶將可以立即做出響應。

圖4 Beam Watch 高功率激光焦斑測量儀及測量結果示意 

汽車行業只是激光加工蓬勃發展的一個縮影。在微電子與集成電路、消費電子、平板顯示、光伏、醫療美容、醫用材料及器件加工、航空航天、快速消費品等等領域，激光加工都在成為*的技術手段。實時、準確、便利的激光參數測量不僅能確保產品的品質和一致性，更能提高效率和產能。敬請垂詢先鋒科技，我們為您提供專業的激光測量和監控方案。