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(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)的振動(dòng)或熱板的低應(yīng)力焊接，只有在工件達(dá)到一定尺寸且形狀相對平坦時(shí)才可實(shí)現(xiàn)。此外，還要利用透明有機(jī)玻璃鏡面的黑色注入邊緣來隱藏不規(guī)則的焊縫。

 

       激光復(fù)合焊接則完全摒棄了傳統(tǒng)塑料焊接技術(shù)的缺點(diǎn)，無論對于標(biāo)準(zhǔn)ABS還是PC/ABS復(fù)合塑料燈罩與透明有機(jī)玻璃鏡面的焊接，都是理想的選擇。這項(xiàng)技術(shù)在帶來較低的機(jī)械應(yīng)力的同時(shí)完成高等級的三維焊接，訣竅在于設(shè)定精準(zhǔn)的光束強(qiáng)度。樂普科光電（LPKF）公司及其合作伙伴已開發(fā)了利用機(jī)器人的激光復(fù)合焊接工藝，且自2005以來已有數(shù)項(xiàng)典型應(yīng)用。該專利技術(shù)在批量生產(chǎn)中的可靠性也得到了驗(yàn)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(jī)器人和旋轉(zhuǎn)工作平臺(tái)被大量應(yīng)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(shí)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(shè)計(jì)理念?；谶@些創(chuàng)新元素和優(yōu)點(diǎn)，高度自動(dòng)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(fù)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(jìn)行加熱，要實(shí)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(jìn)行配對，根據(jù)需焊接在一起的部件的熔點(diǎn)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(yīng)力對接焊接還實(shí)現(xiàn)了部件完美地外觀。

 

       對焊接在一起的部件進(jìn)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(fù)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(shè)計(jì)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(jī)器人的高負(fù)載和高剛性，實(shí)現(xiàn)焊接裝置的高度集成。

 

史陶比爾TX90L機(jī)器人 

       史陶比爾TX90L機(jī)器人利用旋轉(zhuǎn)分度臺(tái)來控制裝有氣動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備的復(fù)合組焊單元內(nèi)部的操作。激光束以及鹵素光在機(jī)器人手臂精確引導(dǎo)的操控下，協(xié)同對工件進(jìn)行加工。在機(jī)器人記錄工件的輪廓時(shí)，集成的氣動(dòng)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(gè)塑料件實(shí)現(xiàn)完美貼合。最終，焊接邊緣毫無磨損，工件呈現(xiàn)出低應(yīng)力、精確且纖細(xì)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(dāng)然，只有具備極高精度的六軸機(jī)器人才可能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的路徑軌跡，從而完成復(fù)合激光焊接。樂普科表示，在眾多品牌中選擇史陶比爾機(jī)器人是基于以下原因：±0.035mm的可重復(fù)精度使得史陶比爾機(jī)器人比其他品牌機(jī)器人具有更高的路徑精準(zhǔn)度；即便受限于給定的L型工作路徑和負(fù)載，結(jié)構(gòu)緊湊的機(jī)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(qiáng)大且用戶友好的操作系統(tǒng)。

 

       仔細(xì)察看焊接單元中的機(jī)器人，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，除了張力輥施加的高壓以外，機(jī)器人還要負(fù)責(zé)整個(gè)焊接工藝。激光能量源連同自身復(fù)雜的高性能冷卻裝置必須集成在機(jī)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(fù)雜焊頭可放到第五軸上，無需使用同向機(jī)架。鹵素光和激光束穿過中心，透過復(fù)雜的餾金反射鏡無限放大，兩個(gè)光源通過一個(gè)鏡片聚焦到一個(gè)點(diǎn)上，這就是該系統(tǒng)的創(chuàng)新所在。焊接過程中需要進(jìn)行大量的數(shù)學(xué)運(yùn)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(dá)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(dāng)元件容差發(fā)生變化時(shí)，可以通過改變控制參數(shù)彌補(bǔ)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(chǔ)上，并融合于焊頭內(nèi)。而觸摸屏的應(yīng)用也展示出極大的用戶友好性，帶給客戶極佳視覺體驗(yàn)。對工件數(shù)據(jù)的全面掌握便于操作員迅速調(diào)整機(jī)器人的軌跡點(diǎn)，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(dòng)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(gè)焊頭和張力輥都被集成在機(jī)器人中，惟一的元件成本由下模板產(chǎn)生，這個(gè)下模板由樂普科提供，用作工程與設(shè)計(jì)支持活動(dòng)的一部分。憑借機(jī)器人的高速與靈活，結(jié)合一流的焊接技術(shù)，這項(xiàng)創(chuàng)新性的機(jī)器人激光復(fù)合焊接系統(tǒng)樹立了行業(yè)標(biāo)桿，焊接一個(gè)普通的尾燈大約只需要30秒，徹底省去了以往長達(dá)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(gè)汽車的設(shè)計(jì)，汽車尾燈設(shè)計(jì)時(shí)代更是自此翻開了不受束縛的新篇章。