《激光焊機(jī)器人系統(tǒng)及應(yīng)用》 課件5、LAPRISS激光介紹

LAPRISSLaserProcessingRobotIntegratedSystemSolution—高亮度半導(dǎo)體激光機(jī)器人焊接系統(tǒng)汽車(chē)行業(yè)的激光焊接導(dǎo)入實(shí)例為了對(duì)應(yīng)車(chē)身設(shè)計(jì)的自由度、輕量化、高剛度化而導(dǎo)入激光焊接環(huán)境安全點(diǎn)焊焊接工法變化點(diǎn)焊焊接預(yù)留量

窄焊接預(yù)留量寬激光焊接夾持施工設(shè)計(jì)受限單側(cè)施工設(shè)計(jì)自由度高面向汽車(chē)的點(diǎn)焊可實(shí)現(xiàn)從分離的位置開(kāi)始高速激光焊接遠(yuǎn)程激光焊接不斷增加遠(yuǎn)程激光焊接系統(tǒng)的課題

導(dǎo)入系統(tǒng)時(shí)的課題現(xiàn)狀多數(shù)為不同的專(zhuān)業(yè)廠家［Laser］：

激光發(fā)生器廠家［Robot］：

機(jī)器人廠家［Head］：

激光頭廠家↓●需要多個(gè)廠家產(chǎn)品的組合構(gòu)成系統(tǒng)●多個(gè)控制器●各自的服務(wù)?維護(hù)●不良時(shí)，對(duì)應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)HeadＣ社LaserＡ社RobotＢ社?顧客的期望：整體支持激光焊接專(zhuān)用機(jī)器人系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)品質(zhì)管理功能、施工的開(kāi)發(fā)LAPRISS

的構(gòu)成

激光頭激光機(jī)器人控制器激光發(fā)生器

LAPRISS—高亮度半導(dǎo)體激光機(jī)器人焊接系統(tǒng)系統(tǒng)集成度高

系統(tǒng)內(nèi)所有部件全部由松下提供激光器、激光頭全部由機(jī)器人控制除光纖外，管線內(nèi)藏于機(jī)器人內(nèi)部，系統(tǒng)無(wú)多余走線激光器所有操作可直接在機(jī)器人示教器上實(shí)現(xiàn)激光頭的光束運(yùn)動(dòng)軌跡等參數(shù)可直接在機(jī)器人示教器上實(shí)現(xiàn)內(nèi)置配管配線工作區(qū)域整潔，增加系統(tǒng)柔性能夠有效的避免飛濺對(duì)管線的損傷。LAPRISS

單機(jī)焊接系統(tǒng)構(gòu)成圖LAPRISS

雙機(jī)焊接系統(tǒng)構(gòu)成圖氣體N0.58MPa5m4m4m1-3..傳導(dǎo)光纖20m1-3．.傳導(dǎo)光纖

20m１．激光發(fā)生器1-1.發(fā)生器4kW1-2.機(jī)器人I/F單元３．光束開(kāi)關(guān)單元２分支5m5m4m4mＯＰ７．激光能量傳感2-1.ロボットTM-1400G3T***２．激光機(jī)器人2-1.機(jī)器人TM-1400G32-2.激光頭６．頭用冷機(jī)10m20m2-3.激光焊接軟件2-4.外部２軸20m2-1.ロボットTM-1400G3T***２．激光機(jī)器人2-1.機(jī)器人TM-1400G32-2.激光頭６．頭用冷機(jī)2-3.激光焊接軟件2-4.外部２軸氣體N0.58MPa５．激光發(fā)生器用冷機(jī)1.1激光發(fā)生器規(guī)格項(xiàng)目激光發(fā)生器型號(hào)YL-G40AA1***額定輸出KW4中心波長(zhǎng)nm976電光轉(zhuǎn)換效率%35功率可調(diào)范圍%2.5～100工作溫度范圍℃5°C～40°C濕度范圍%40°C時(shí)50%RH以下、20°C時(shí)90%RH以下（不結(jié)露）外形（W*D*H)(不含凸起部位）mm900*1000*1315額定輸入-18KVA、三相200V±20V重量kg400

LAPRISS—高亮度半導(dǎo)體激光機(jī)器人焊接系統(tǒng)

LAPRISS—高亮度半導(dǎo)體激光機(jī)器人焊接系統(tǒng)新一代激光器1980～20052005～2014～特征高品質(zhì)的光束體積小波長(zhǎng)短使用成本低松下研制的高亮度直接半導(dǎo)體激光器采用了美國(guó)MIT林肯研究所所開(kāi)發(fā)的波長(zhǎng)合成（WBC）技術(shù)繼光纖激光、DISC激光后的下一代激光??！WBC（WavelengthBeamCombining）波長(zhǎng)合成技術(shù)使用LD的外部共振和衍射光柵的波長(zhǎng)合成技術(shù)，和LD的光束品質(zhì)基本相同，只將輸出相加，光束品質(zhì)優(yōu)良，外部共振衍射光柵LD衍射光柵LDLD出來(lái)的光波長(zhǎng)合成后的光基本相同

LAPRISS—高亮度半導(dǎo)體激光機(jī)器人焊接系統(tǒng)衍射光柵白色光虹色激光波長(zhǎng)合成技術(shù)衍射光柵LD回折格子逆向光電裝換效率LAPRISS高的光電轉(zhuǎn)換效率——削減電費(fèi)LAPRISS—高亮度半導(dǎo)體激光機(jī)器人焊接系統(tǒng)1.2激光頭規(guī)格項(xiàng)目激光頭工作距離（焦點(diǎn)～噴嘴端）mm280光斑直徑mm0.7掃描直徑mm16最大旋轉(zhuǎn)頻率Hz40防護(hù)玻璃直徑mm30壓縮空氣壓力Mpa0.4氣體流量L/min180重量kg4.5

LAPRISS—高亮度半導(dǎo)體激光機(jī)器人焊接系統(tǒng)激光掃描頭噴射噴嘴（吹拂器用）伺服電機(jī)保護(hù)玻璃透鏡單元（水冷規(guī)格）光纖連接器（QBH）噴嘴流速分布解析

無(wú)工具更換用內(nèi)置外部軸控制的標(biāo)準(zhǔn)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)特殊光學(xué)系統(tǒng)激光防護(hù)玻璃?

φ30聚焦透鏡平行平板平行平板照射範(fàn)囲φ16兩個(gè)平行平板的插值控制激光掃描頭構(gòu)造模式図激光移動(dòng)原理

LAPRISS—高亮度半導(dǎo)體激光機(jī)器人焊接系統(tǒng)

LAPRISS—高亮度半導(dǎo)體激光機(jī)器人焊接系統(tǒng)獨(dú)特的焊接工法螺旋擺動(dòng)工法焊接方向

40HZ(circle,r=0.5mm,V=2m/min)松下激光頭1、螺旋擺動(dòng)工法介紹：

松下的激光頭憑借著獨(dú)特的光學(xué)結(jié)構(gòu)，可以在機(jī)器人不動(dòng)的情況下實(shí)現(xiàn)光束的運(yùn)動(dòng)。螺旋焊接工法是指：在機(jī)器人向前運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，光束進(jìn)行畫(huà)圓運(yùn)動(dòng)，由于其運(yùn)動(dòng)軌跡成螺旋型，故而將該工法命名為螺旋擺動(dòng)工法。2、螺旋擺動(dòng)工法的優(yōu)點(diǎn)：a、增加熔寬。由于激光的光斑較小，附加旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)后，相當(dāng)于增大了光斑尺寸，進(jìn)而增加了熔寬。b、增加間隙適應(yīng)性。由于光束在前進(jìn)的同時(shí)有一個(gè)附加旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此能夠在增加熔寬的同時(shí)提高間隙的適應(yīng)性。

c、減少焊縫缺陷。由于光束的附加運(yùn)動(dòng)，能夠增加小孔的問(wèn)題性，進(jìn)而能夠減少氣孔。此外由于螺旋擺動(dòng)工法的邊界不同于正常激光焊的邊界，有利于抑制裂紋的擴(kuò)展。

LAPRISS—高亮度半導(dǎo)體激光機(jī)器人焊接系統(tǒng)使用費(fèi)用低螺旋焊接工法可在一定間隙下完美施焊使用螺旋焊接工法有利于降低加工和組對(duì)精度，降低機(jī)加費(fèi)用他社（散焦、無(wú)螺旋）LAPRISS（螺旋焊接）焊接工藝（激光輸出相同）斷面宏觀無(wú)間隙有間隙

LAPRISS—高亮度半導(dǎo)體激光機(jī)器人焊接系統(tǒng)使用費(fèi)用低保護(hù)玻璃無(wú)工具更換更換簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)無(wú)工具更換保護(hù)鏡片尺寸較小（φ30mm）保護(hù)鏡片價(jià)格便宜，更換成本低1.3機(jī)器人本體名稱(chēng)TM1800類(lèi)型標(biāo)準(zhǔn)型結(jié)構(gòu)6軸獨(dú)立多關(guān)節(jié)型手腕可搬重量6kg動(dòng)作領(lǐng)域最大到達(dá)距離1809mm最小到達(dá)距離430mm前后動(dòng)作范圍1379mm動(dòng)作速度腕部旋轉(zhuǎn)（RT軸）195°/s上腕（UA軸）197°/s前腕（FA軸）205°/s手腕425°/s425°/s629°/s重復(fù)定位精度±0.08mm以?xún)?nèi)電機(jī)總驅(qū)動(dòng)功率4700w制動(dòng)式樣全軸帶制動(dòng)本體重量約215kg

LAPRISS—高亮度半導(dǎo)體激光機(jī)器人焊接系統(tǒng)1.4機(jī)器人控制柜名稱(chēng)G3系列外形尺寸(W)553*(D)550*(H)681質(zhì)量60kg冷卻方式間接風(fēng)冷（內(nèi)部循環(huán)方式）存儲(chǔ)容量標(biāo)準(zhǔn)40000點(diǎn)（可無(wú)限擴(kuò)容）控制軸數(shù)同時(shí)6軸（最多27軸）位置控制方式軟件伺服控制輸入電源三相AC200V±20V、3KVA、50/60Hz通用輸入輸出信號(hào)專(zhuān)用信號(hào)：輸入6/輸出8通用信號(hào)：輸入40/輸出40最大輸入輸出：輸入2048/輸出2048

LAPRISS—高亮度半導(dǎo)體激光機(jī)器人焊接系統(tǒng)

LAPRISS—高亮度半導(dǎo)體激光機(jī)器人焊接系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單易學(xué)激光與機(jī)器人實(shí)現(xiàn)數(shù)字化通訊

松下的激光不需要額外的電腦控制，完全可以通過(guò)機(jī)器人控制器對(duì)其進(jìn)行控制，不論是激光功率的設(shè)置還是分光光路的選擇，可以完全避免誤操作或誤響應(yīng)。機(jī)器人可以控制激光器、機(jī)器人以及激光頭

松下機(jī)器人控制器可以便捷的控制機(jī)器人、激光頭以及激光器，增加了設(shè)備的可操作性。

LAPRISS—高亮度半導(dǎo)體激光機(jī)器人焊接系統(tǒng)監(jiān)視激光発生器內(nèi)部的狀態(tài)和TA系列弧焊溶接同樣簡(jiǎn)単操作TA機(jī)器人基本操作発振器監(jiān)視功能操作簡(jiǎn)單易學(xué)

LAPRISS—高亮度半導(dǎo)體激光機(jī)器人焊接系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單易學(xué)只需設(shè)定材質(zhì)、板厚、接頭形式等關(guān)鍵要求，就能完成施焊焊接工藝簡(jiǎn)單易學(xué)無(wú)需任何復(fù)雜的編程

所有軌跡都經(jīng)過(guò)底層程序開(kāi)發(fā)只需選擇特定的參數(shù)

只需選擇焊接模式，然后輸入關(guān)鍵尺寸掃描頭操作簡(jiǎn)單易學(xué)

LAPRISS—高亮度半導(dǎo)體激光機(jī)器人焊接系統(tǒng)

?電源SW照射距離短：×照射距離合適：○照射距離長(zhǎng)：×示教紅光示教輔助紅光編程示教簡(jiǎn)單易學(xué)輔助紅光有助于尋找焦點(diǎn)位置，不用高度尺去測(cè)量1.5示教輔助紅光單元同時(shí)跟蹤激光輸出與照射位置，早期發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)異常激光短時(shí)間測(cè)定！!總測(cè)定時(shí)間8秒激光照射時(shí)間1秒①激光輸出＆照射位置同時(shí)監(jiān)視功能?沿用TAWERS的「焊接管理功能」而開(kāi)發(fā)?機(jī)器人同時(shí)監(jiān)視激光輸出與照射位置②激光輸出＆照射位置LOG功能正常時(shí)發(fā)生輸出低下、位置偏離時(shí)候ＸＹPowerＸＹPower26500.00.018000.60.6mmmmWmmmmWPD光學(xué)素子自動(dòng)傾斜車(chē)?yán)鋮s水AMP機(jī)器人控制箱檢測(cè)到異常報(bào)警?自動(dòng)記錄激光輸出與照射位置日志?可捕捉到發(fā)生異常時(shí)的預(yù)兆及

異常發(fā)生時(shí)可做事后分析實(shí)現(xiàn)差別化技術(shù)

激光輸出監(jiān)視器1.6冷機(jī)日本SMC製、在中國(guó)有SMC服務(wù)拠點(diǎn)發(fā)生器用冷機(jī)HRSH150-A-20激光頭用冷機(jī)HRS012-A-20項(xiàng)目單位規(guī)格備注型號(hào)

HRSH150-A-20HRS012-A-20-MT

電源

AC200V（50Hz）AC200～230V（60Hz）變動(dòng)允許范圍±10%AC200～230V（50/60Hz）變動(dòng)允許范圍±10%

相數(shù)

3相單相

額定電源容量kVA6.01.0

外形尺寸mm1420ｘ715ｘ954615ｘ500ｘ377（高×長(zhǎng)×寬）質(zhì)量kg21540

LAPRISS—高亮度半導(dǎo)體激光機(jī)器人焊接系統(tǒng)點(diǎn)焊激光焊接增加焊接點(diǎn)數(shù)實(shí)現(xiàn)車(chē)身剛性UP減少焊接預(yù)留量實(shí)現(xiàn)車(chē)身輕量化車(chē)身設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)2.85s/點(diǎn)機(jī)器人動(dòng)作1.0S焊鉗行程0.5S加壓保持0.2S通電0.15S加壓保持（冷卻）0.5S焊鉗行程0.5S碳鋼ｔ0.8mm、搭接接頭、焊點(diǎn)直徑φ4mm機(jī)器人動(dòng)作0.425S激光掃描0.25S3500～7000打點(diǎn)/車(chē)?需要多臺(tái)大型機(jī)器人生產(chǎn)線構(gòu)成大變革！單面焊接提高車(chē)身設(shè)計(jì)自由度點(diǎn)焊和激光焊接

循環(huán)時(shí)間的比較實(shí)測(cè)值汽車(chē)車(chē)身焊接線※??我公司施工條件下的測(cè)定值碳鋼ｔ0.8mm、搭接接頭、焊點(diǎn)直徑φ4mm循環(huán)時(shí)間

約１/40.675s/點(diǎn)※??我公司施工條件下的測(cè)定值實(shí)測(cè)值25/18點(diǎn)焊激光焊焊接條件?電流：8000A?加壓力：0.2MPa?通電時(shí)間：0.2s?電極：R50?光點(diǎn)直徑：φ0.6mm?激光輸出：2.5kW?焊接速度：3.0m/min?模式：圓周φ4.5mm焊接區(qū)外觀（拉伸試驗(yàn)前/后）剪切強(qiáng)度點(diǎn)焊與激光焊

剪切強(qiáng)度比較

激光焊的剪切強(qiáng)度與點(diǎn)焊同等試驗(yàn)用材：碳鋼

ｔ0.8mm、焊接接頭：搭接

母材破斷母材破斷Avg.

4350N（4320～4400N）Avg.

4830N（4770～4900N）Φ4.5試驗(yàn)前試驗(yàn)后試驗(yàn)前試驗(yàn)后Φ4.526/28點(diǎn)焊

vs.激光焊

27/18縮短節(jié)拍時(shí)間?輕量化＆提高設(shè)計(jì)自由度?提高剛性①縮短節(jié)拍時(shí)間②輕量化＆提高設(shè)計(jì)自由度③提高剛性?單面貫通焊接

高效的機(jī)器人動(dòng)作→縮短節(jié)拍時(shí)間?實(shí)現(xiàn)單面貫通焊接激光焊接?激光頭高速動(dòng)作＆

寬泛的照射區(qū)域削減焊接預(yù)留量?焊接削減→輕量化?狹小出也可實(shí)現(xiàn)焊接

→可實(shí)現(xiàn)自由的形狀設(shè)計(jì)焊接預(yù)留量點(diǎn)焊點(diǎn)焊激光焊接?無(wú)打點(diǎn)間距限制（無(wú)點(diǎn)焊時(shí)的分流）→增加打點(diǎn)數(shù)、

可提高剛性?間隔：寬?間隔：窄搭接接頭的間隙對(duì)策碳鋼板焊接時(shí)的間隙容許范圍擴(kuò)大

激光焊現(xiàn)狀接（圓周焊）螺旋工法同心圓狀的漩渦焊接新工法下的間隙容許范圍：1.6倍客戶(hù)課題效果

間隙容許范圍：0.3mm以?xún)?nèi)?間隙及工件精度管理困難

螺旋工法及線能量控制下，間隙容許范圍得以擴(kuò)大【結(jié)果】圓周螺旋板厚mm0.80.8焊接速度

m/min35激光輸出

kW2.752.75內(nèi)側(cè)外徑

mmー0.25外側(cè)半徑

mm1.82圈數(shù)ー2【焊接條件】間隙mm圓周螺旋無(wú)○○0.1○○0.2○○0.3○○0.4×○0.5×○0.6××容許范圍0.3mm0.5ｍｍ激光間隙AA’A-A’斷面開(kāi)孔溶融金屬BB’B-B’斷面上板下板ギャップ溶融金屬レーザ通常螺旋工法穴28/28鍍鋅鋼板的間隙對(duì)策新工法的間隙容許范圍：2.0倍鍍鋅鋼板焊接時(shí)的間隙容許范圍擴(kuò)大

激光焊現(xiàn)狀接（圓周焊）螺旋工法+線能量控制通過(guò)首次的貫通焊接將鋅蒸汽順利排出效果弧焊Zi-Tech技術(shù)的應(yīng)用展開(kāi)鋅蒸汽貫通溶接で亜鉛蒸気排出從貫通部位排出鋅蒸汽※?初期條件は3kW,0.4s圓周螺旋板厚mm0.80.8焊接速度m/min2.55激光輸出

kW2.752.75內(nèi)側(cè)半徑mmー0.25外側(cè)半徑mm1.82圈數(shù)ー2【焊接條件】間隙mm圓周螺旋無(wú)×○0.1○○0.2○○0.3○○0.4×○0.5××容許范圍0.2mm0.4ｍｍ客戸課題激光GAP無(wú)間隙時(shí)【結(jié)果】【圓周焊】【螺旋焊】29/28

間隙：需要管理0.1～0.3mm

?間隙及工件精度管理困難

無(wú)間隙（=0mm)：燒穿OK、氣孔NG

有間隙（=0.4mm)：氣孔OK、燒穿NG

螺旋工法及線能量控制下，無(wú)間隙時(shí)也可做到無(wú)氣孔對(duì)接焊的指向偏離對(duì)策現(xiàn)狀：弧焊AWP-MAG焊接（焊絲直徑：0.8mm）?焊接速度：40～50cm/min?間隙容許范圍：0.2～0.3mm?指向偏離容許范圍±0.2～0.3mm激光焊?指向偏離容許范圍小激光光束高速回轉(zhuǎn)的同時(shí)進(jìn)行焊接?激光焊可達(dá)到４～５倍速度?熱變形減小，后道工序（矯正）得以削減?旋轉(zhuǎn)工法，品質(zhì)得以提升（容許范圍擴(kuò)大）效果課題?高速焊，生產(chǎn)性大幅提高?熱變形減小，后道工序得以削減對(duì)策開(kāi)發(fā)旋轉(zhuǎn)工法碳鋼板焊接時(shí)的指向偏離容許范圍擴(kuò)大

30/2831/14弧焊

vs.激光焊

對(duì)接焊比較GAP：0.2mm時(shí)的指向偏離裕度GAP：0mm時(shí)的指向偏離裕度研討工件：ｔ0.8

對(duì)接焊接頭

假想焊接汽車(chē)門(mén)框條現(xiàn)狀：弧焊AWP-MAG焊接（焊絲φ0.8）?焊接速度：40～50cpm?GAP裕度：0.2～0.3?指向偏離裕度：±0.2～0.3激光焊?「gap」&「指向偏離」裕度不足激光束在高速回轉(zhuǎn)的同時(shí)進(jìn)行焊接?激光焊速度可高達(dá)４～５倍?熱變形減小，后道工序（矯正）削減?旋轉(zhuǎn)工法下品質(zhì)提升（裕度擴(kuò)大）實(shí)證研討焊接工法革新效果課題?高速焊，生產(chǎn)效率大幅提升?熱變形減少，后道工序削減對(duì)策開(kāi)發(fā)旋轉(zhuǎn)工法新工法下指向偏離裕度：９倍新工法下指向偏離裕度：２．５倍對(duì)接焊指向偏離對(duì)策間隙：0.2mm時(shí)的指向偏離容許范圍新工法的指向偏離容許范圍：９倍直線旋轉(zhuǎn)板厚mm0.80.8焊接速度

m/min2.55激光輸出

kW1.251.25半徑mmー0.5間距

mmー1.5試焊用材：碳鋼

ｔ0.8mm、焊接接頭：對(duì)接

【焊接條件】指向位置mm直線螺旋+0.7ー×+0.6ー○+0.5ー○+0.4ー○+0.3ー○+0.2ー○+0.1×○±0○○-0.1○○-0.2×○-0.3×○-0.4××容許范圍0.1mm0.9ｍｍ【結(jié)果】焊接方向接合不良直線旋轉(zhuǎn)工法

間隙0.2mm,指向偏離0.4mm效果32/28弧焊≦0.6mm弧焊

vs.激光焊接

33/18縮短節(jié)拍時(shí)間?抑制焊穿＆對(duì)應(yīng)間隙?實(shí)現(xiàn)低變形的激光焊接①縮短節(jié)拍時(shí)間②抑制焊穿＆對(duì)應(yīng)間隙（薄板）③低變形?可實(shí)現(xiàn)貫通焊接→２焊道焊接變?yōu)椋焙傅篮附?可實(shí)現(xiàn)高密度熱輸入量焊接→適宜的熱輸入量在薄板發(fā)揮威力?可實(shí)現(xiàn)高密度熱輸入量焊接→抑制綜合熱輸入量自旋工法自旋工法自旋工法LAPRISS激光的特點(diǎn)1、激光焊接一體化解決方案；2、采用高功率直接半導(dǎo)體激光器；3、構(gòu)成簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊；4、運(yùn)行成本和維護(hù)成本低；5、操作簡(jiǎn)單；6、具有完善的焊接施工技術(shù)。(LAPRISS)TRUMPF(Trudisk4002+BEOD70)激光發(fā)生器直接半導(dǎo)體碟片

功率4KW