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        工業激光應bai皮書-BeamWatch動力電池激光焊接在線檢測系統

        更新更新時間:2023-05-09 點擊次數:662


        前言:

            動力電池是所有新能源汽車的核心部件,與新能源汽車的續航能力安全性相關。動力電池的可靠程度直接決定了新能源汽車是否為廣大消費者所接受。德國寶馬公司在2013年推出了寶馬首tai電動汽車i3, 在其動力電池產線上也大規模使用了動力電池激光焊接工藝。為了保證動力電池激光焊接質量與長時間的穩定性,德國寶馬公司在近年引入了Ophir公司的BeamWatch激光光束品質分析儀,得以在上料下料時間內即可快速的完成焊接激光綜合參數的測量,從而保證每個動力電池的最you焊接質量,并進一步保證了動力電池在整個壽命期間內的安全性。

         

            激光焊接在動力電池單元生產中需要絕對的精度。焊接前需要定期檢查焊接激光的關鍵參數,Ophir公司的Helios在線激光功率計可以實時的反饋當前激光功率值。
         

        Ophir Helios在線激光功率計

         

            如果精益求精的考量,實時檢測激光功率就夠了么?顯然不是!因為在焊接過程中,直接影響到焊接質量的不單單是激光功率這一點。焊縫處的激光功率密度更為重要,只有保證了焊縫處的激光功率密度穩定和統一,才能保證所有動力電池焊縫的高質量和長壽命。影響到焊縫處焊接激光功率密度的因素就遠不止激光功率這一點了,我們簡單的羅列一下,至少會包含:
         

        激光功率

        激光焦斑大小

        激光焦斑位置

        激光焦斑的位置漂移

         

            Ophir公司的BeamWatch Integrated在線式激光光束品質分析儀可以集成在激光焊接機上,測量速度快到可以在上料下料周期內(此時焊接激光并不作用在工件焊縫上)完成上述所有激光參數的自動測量,并自動給出可繼續焊接的建議或者給出警示,提醒產線人員清潔鏡片或調整激光。BeamWatch Integrated是利用高能激光在空氣中傳輸時,在空氣中的產生的微小散射來完成其非接觸的測試,可以在秒的量級內完成激光絕對功率,焦斑大小,焦斑位置,焦斑漂移,激光發散角,激光傾斜角,激光m2因子等綜合參數測量并實時傳輸數據。
         

        BeamWatch Integrated在線式激光光束品質分析儀

        熱漂移:

            在動力電池激光焊接生產中觀察到,激光焦斑是會有緩慢漂移的,而激光焦斑的漂移會直接影響到焊接深度的一致性,當激光焦斑漂移達到毫米級別時,建議適時調整激光與光路。
         

        鏡片污染:

            高功率激光焊接機在實施焊接過程中不可避免的會產生飛濺,為此一般會設置保護玻璃盡量保護激光輸出光路不被污染。在激光焊接生產過程中還發現到,逐漸骯臟的保護玻璃會小幅度影響到有效焊接激光功率,更為重要的時,離散的飛濺物對于保護玻璃的污染,還會直接影響到焦斑直徑和焦斑位置漂移,從而比前文提及激光功率減弱更嚴重的影響到了作用到焊縫上的有效激光功率密度,結果是導致焊接深度明顯過淺。而我們可以在BeamWatch Integrated操作軟件上設置閾值,超過閾值即給出警示,產線人員得以及時清潔保護窗片或激光鏡片,保證激光焊接與焊縫質量的長時間穩定性。
         

        BeamWatch Integrated實時測量界面

         

            Ophir公司的BeamWatch Integrated在線式激光光束品質分析儀已經被標準內置在全球所有生產寶馬第五代電池模塊的自動化生產線中,如前文所言,在上料下料周期內完成焊接激光的綜合參數測試,并實時反饋給中央控制器。另外在全負荷,滿速度生產時,還可設定比如每五個或每十個動力電池模塊焊接后自動做一次綜合測試等設置。

         

        設備

        BW-Integrated-150

        適用波長

        980- 1080nm

        束腰直徑精度

        ±5%

        束腰位置精度

        ±125um

        相機視場

        32.17mm×8.55mm

        最大光束口徑

        12.5mm

        焦點漂移精度

        ±50μm

        BPP精度

        ±3.5% rms

        發散角精度

        ±3.5% rms

        M2精度

        ±3.5% rms

        氣體充灌

        干燥氣體(空氣,氮氣,氬氣),5~10L/min,6bar

        功率測量范圍

        500W~9999W(可訂制30kW級)

        功率探頭處

        最大功率密度

         

        10kW/cm2,<15mm光束

         
        7kW/cm2,15-20mm光束
         
        5kW/cm2,20-40mm光束
         
        4kW/cm2,40-45mm光束

         

        功率探測響應時間

        最大2.7s(9999W)

        背散射

        <1%

         

        參考文獻來源:
         “ Autom o bile manufacturer counts on 100% inspection with Ophir BeamWatch Integrated systems"--  Casestudy_BMW_01/23 @MKS Instruments, Inc.

        編譯人:
        北京卓立漢光儀器有限公司 業務發展部 吳京航

         


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