以BeamWatch系統優化雷射開發製程

鍍鋅鋼板的雷射縫焊曾經是汽車行業的一大挑戰。 鍍鋅鋼板是具有不同熔化和蒸發特性的金屬的組合。 但福斯汽車公司（Volkswagen AG）一直尋求更有前景的多焦點雷射光束焊接系統方案：
這種多焦點雷射光束焊接系統 ，能夠比傳統單焦點雷射光束焊接系統有更快的焊接速度，經過短短三年的開發時間，這項技術已被註冊為專利。

在 MKS 的緊湊型 Ophir BeamWatch 測量設備的幫助下，大幅加快了多焦點雷射光束焊接系統的開發時程，Ophir BeamWatch 設備可以在不接觸雷射光束的情況下即時測量。

測量時間=開發時間

福斯汽車品牌每年交付超過600萬輛汽車，是福斯集團成功的核心支柱。 該公司的心臟在德國沃爾夫斯堡 (Wolfsburg)，不僅總部和開發中心位於那裡，而且主要工廠也在那裡。 在全球範圍內，福斯在五大洲的50多個地點生產，員工超過20萬人。 除了設計新車型外，福斯專家還研究工藝技術，比如在名為“自動化製作和數位生產雷射技術”的部門。 該團隊的項目之一是開發一種多焦點雷射焊接技術，並於2019年春季為此提交了專利申請。 考慮到技術的整體複雜性，新雷射焊接技術的三年開發時間相當短。 該項目的最終負責人、研究生工程師 Alexander Franz 解釋說:“在開發過程中，測量技術發揮著關鍵作用。每一項設計變更都必須進行細緻的量化和記錄。因此，測量所需的時間 對整體開發時間有直接影響。

考慮到這一點，他立即意識到 MKS 的 Ophir BeamWatch 系統的優勢。 在沃爾夫斯堡 (Wolfsburg) 的福斯汽車公司成功展示了這項技術後，決定將該儀器作為研究項目的重要組成部分。

測量多個雷射束

多焦點焊接的原理是由光學系統同時產生幾束雷射光。 以零間隙配置連接熱浸鍍鋅鋼板的創新技術。在具有兩束高度聚焦的前向雷射光束和一個主焊點光束設置中，可以產生具有高焊縫質量的兩片和三片金屬接頭。 其中的技巧之一是保持雷射光束的形狀彼此精確相關——但為了做到這一點，首先必須測量它們。

使用傳統儀器，需要付出大量努力才能應對這一挑戰。 但 Ophir Beam-Watch 系統不同。 使用 Ophir Beam-Watch 時，待測光束不會接觸測量設備。 雷射光束的有效焦深由儀器在側邊的 X 和 Y 方向上測量。 對福斯汽車來說更理想的是 BeamWatch 系統還可以觀察同時穿過該系統的多個光束。 測量在不到 0.1 秒的時間內完成；再過0.3秒，BeamWatch 就會顯示所有相關的測量結果。 對於Alexander Franz 來說，這是一個巨大的優勢：“每次更換開發系統時，我們都會使用 BeamWatch 系統進行測量。通過這種方式，我們能夠直接看到效果。即使是熱焦點偏移，只要焦點位置隨時間變化時，都會被系統檢測到。

即時關鍵參數

總體而言，福斯汽車公司的雷射專家對與雷射光束相關的眾多參數皆感興趣: 每次測量都會即時確定光束參數乘積、瑞利距離和光束發散度。 Alexander Franz 看到了使用 Ophir BeamWatch 系統測量焦點位置的巨大好處，與其他測量儀器相比，操作人員可以自由選擇參考平面，從而在過程中獲得更大的靈活性。 “除了熱焦點偏移之外，雖然許多測量值可以透過各種測量技術來取得。 但所涉及的工作複雜度不成比例地高，Alexander Franz 並補充說:“Ophir 的非接觸技術完全改變了 團隊看待測量的方式。他們願意進行測量，從而提高我們的量測品質，並共同促成了整體的顯著改善。”過去這樣的量測工作，同事們可能會再三考慮是否真的有必要進行測量， 而現在他們直接去做即可。 測量時間不再需要五分鐘以上，而是在不到一秒鐘的時間內完成，準備時間也很短。 運行儀器需要電源連接和可能的網絡連接。 通過將測量設備整合到開發部門用於測試的機器人引導焊接單元中，測量設備的操作變得更加簡單。 Ophir BeamWatch 系統直接連接到PLC，因此可以根據需要直接處理和存儲所有讀數。

廣泛的應用

由於該儀器操作簡單，因此它也適用於其他應用: Ophir Beam-Watch 系統經常被用於評估加工動態和優化生產過程。 由於其緊湊的尺寸，它易於運輸和用於故障排除或生產中的一般過程優化。 測量進行得如此之快，以至於可以利用通常的暫停時間來進行測量。 

Alexander Franz 對與製造商的合作也非常積極：“在技術方面有密集的來回交流，我們為新功能提供建議。與此同時，我們也能快速得到問題的答案。”沃爾夫斯堡的鐳射專家也定期在內部傳授他們的經驗，該集團應用了多焦點鐳射焊接。有了這種連接技術，可密切監控鐳射參數，以確保在進行車頂側板高溫焊接等操作時所需的穩定性。 這裡的光束佈置完全不同，但對測量技術的要求同樣高。 有一點Alexander Franz 是肯定的:“如果沒有 Ophir BeamWatch 系統，我們現在的日常工作是無法想像的。它極大地擴展了我們的測量能力。

資料來源:  https://www.ophiropt.com/zh/n/beamwatch-laser-process-development