樂普科TwinWeld3D系統(tǒng)

       如果沒有精巧的塑料燈組裝，人們無法想象現(xiàn)代汽車是什么樣。不為人知的是，如今汽車設計師在車燈生產(chǎn)過程中對尺寸大小以及形狀的選擇仍然十分有限。采用標準的振動或熱板的低應力焊接，只有在工件達到一定尺寸且形狀相對平坦時才可實現(xiàn)。此外，還要利用透明有機玻璃鏡面的黑色注入邊緣來隱藏不規(guī)則的焊縫。

 

       激光復合焊接則完全摒棄了傳統(tǒng)塑料焊接技術(shù)的缺點，無論對于標準ABS還是PC/ABS復合塑料燈罩與透明有機玻璃鏡面的焊接，都是理想的選擇。這項技術(shù)在帶來較低的機械應力的同時完成高等級的三維焊接，訣竅在于設定精準的光束強度。樂普科光電（LPKF）公司及其合作伙伴已開發(fā)了利用機器人的激光復合焊接工藝，且自2005以來已有數(shù)項典型應用。該專利技術(shù)在批量生產(chǎn)中的可靠性也得到了驗證，韓國現(xiàn)代公司的大型汽車尾燈焊接便得益于此。

 

       在樂普科最新一系列的車燈制造解決方案中，史陶比爾高精度的六軸機器人和旋轉(zhuǎn)工作平臺被大量應用，不僅有效地縮短了處理周期、降低了材料和工具的成本，并且避免了耗時的熱處理流程，展現(xiàn)了塑料件的完美外觀，凸顯了全新的設計理念?；谶@些創(chuàng)新元素和優(yōu)點，高度自動化的樂普科TwinWeld3D焊接單元將全面革新傳統(tǒng)塑料焊接方式。

 

       不同于簡單的激光焊接，復合激光焊接不僅對底部的、可吸收激光的部件有效，對位于上端的透明塑料元件同樣有效。由于單色激光束無法直接對透明的連接元件進行加熱，要實現(xiàn)這種焊接方法，需要將單色激光束與長波多色鹵素光進行配對，根據(jù)需焊接在一起的部件的熔點選擇最佳的焊接溫度。能量源的組合省去了退火處理，不僅提高了加工速度，低應力對接焊接還實現(xiàn)了部件完美地外觀。

 

       對焊接在一起的部件進行統(tǒng)一的加熱與冷卻，意味著其他塑料焊接方法中用于釋放壓力的退火工序在復合激光焊接中被徹底摒棄，這使得組裝照明系統(tǒng)便利了不少。加上可以將非常大的塑料燈與設計大膽、形狀各異的表面焊接，讓樂普科TwinWeld3D系統(tǒng)成功地贏得了市場的青睞。

圖1：TX90L機器人的高負載和高剛性，實現(xiàn)焊接裝置的高度集成。

 

史陶比爾TX90L機器人 

       史陶比爾TX90L機器人利用旋轉(zhuǎn)分度臺來控制裝有氣動調(diào)節(jié)設備的復合組焊單元內(nèi)部的操作。激光束以及鹵素光在機器人手臂精確引導的操控下，協(xié)同對工件進行加工。在機器人記錄工件的輪廓時，集成的氣動彈簧張力輥對工件施加300N的壓力，以確保連接在一起的兩個塑料件實現(xiàn)完美貼合。最終，焊接邊緣毫無磨損，工件呈現(xiàn)出低應力、精確且纖細的對接焊縫，這樣，即便是用于可視化裝飾工件也沒有問題。當然，只有具備極高精度的六軸機器人才可能實現(xiàn)精準的路徑軌跡，從而完成復合激光焊接。樂普科表示，在眾多品牌中選擇史陶比爾機器人是基于以下原因：±0.035mm的可重復精度使得史陶比爾機器人比其他品牌機器人具有更高的路徑精準度；即便受限于給定的L型工作路徑和負載，結(jié)構(gòu)緊湊的機器人在1200mm的工作范圍內(nèi)依然游刃有余。開放的VAL3控制系統(tǒng)滿足了單元集成的特殊訂制，提供給客戶功能強大且用戶友好的操作系統(tǒng)。

 

       仔細察看焊接單元中的機器人，就會發(fā)現(xiàn)，除了張力輥施加的高壓以外，機器人還要負責整個焊接工藝。激光能量源連同自身復雜的高性能冷卻裝置必須集成在機器人中，從而避免冗長的光纖電纜帶來的影響。史陶比爾工程師研發(fā)的定制手腕配有旋轉(zhuǎn)鹵素光源的復雜焊頭可放到第五軸上，無需使用同向機架。鹵素光和激光束穿過中心，透過復雜的餾金反射鏡無限放大，兩個光源通過一個鏡片聚焦到一個點上，這就是該系統(tǒng)的創(chuàng)新所在。焊接過程中需要進行大量的數(shù)學運算，按照不同的焊接速度，來控制激光與鹵素光的輸出。即使焊接速度達到80～150mm/s，創(chuàng)新的流程監(jiān)督系統(tǒng)仍可度量元件的高度，當元件容差發(fā)生變化時，可以通過改變控制參數(shù)彌補更正。PLC連接到基于VAL3語言的史陶比爾CS8C控制器上，穩(wěn)定地操控焊接過程。質(zhì)量保障系統(tǒng)建立于焊縫密封的反射特性基礎上，并融合于焊頭內(nèi)。而觸摸屏的應用也展示出極大的用戶友好性，帶給客戶極佳視覺體驗。對工件數(shù)據(jù)的全面掌握便于操作員迅速調(diào)整機器人的軌跡點，這種情況是非常常見的，具體要看每批塑料部件尺寸偏差的大小。必要的話，還可以使用Staubli手動控制器。

 

       與其他塑料焊接方法不同，該系統(tǒng)不需要上模板，由于整個焊頭和張力輥都被集成在機器人中，惟一的元件成本由下模板產(chǎn)生，這個下模板由樂普科提供，用作工程與設計支持活動的一部分。憑借機器人的高速與靈活，結(jié)合一流的焊接技術(shù)，這項創(chuàng)新性的機器人激光復合焊接系統(tǒng)樹立了行業(yè)標桿，焊接一個普通的尾燈大約只需要30秒，徹底省去了以往長達30分鐘的退火處理過程。生產(chǎn)企業(yè)可以在焊接之前就將燈和發(fā)光二級管組裝起來，這無疑將在未來更頻繁地影響整個汽車的設計，汽車尾燈設計時代更是自此翻開了不受束縛的新篇章。