依托綠色制造、“雙碳”等政策的大力推行，全球新能源汽車市場強(qiáng)勁增長，作為新能源汽車的緊密配套行業(yè)，動力電池需求旺盛，同時動力電池生產(chǎn)制造核心工藝——激光焊接產(chǎn)業(yè)迅速崛起。激光焊接工藝在動力電池生產(chǎn)的中道和后道生產(chǎn)過程中得到了廣泛應(yīng)用，其中包括電池模組連接片焊接、防爆閥焊接、電池頂蓋以及極耳等焊接等關(guān)鍵工序。

　　文/深圳市正運(yùn)動技術(shù)有限公司

　　1傳統(tǒng)激光焊接存在的問題

　　新能源汽車動力電池工藝中的焊接質(zhì)量，直接關(guān)系到電池的可靠性、安全性和使用壽命，優(yōu)化傳統(tǒng)激光焊接工藝流程存在的問題勢在必行。

　　在進(jìn)行高速焊接的復(fù)雜軌跡運(yùn)動過程中，傳統(tǒng)的絲桿導(dǎo)軌伺服電機(jī)系統(tǒng)會在機(jī)構(gòu)高速運(yùn)行時導(dǎo)致焊接頭在復(fù)雜加工軌跡下出現(xiàn)過度加工、焊縫深寬比過大等問題，尤其是在倒角處，焊接頭的運(yùn)動速度會降低，從而造成焊接過程的速度不穩(wěn)定，導(dǎo)致激光加工能量密度分布不均，影響焊接效果的現(xiàn)象。

　　2 正運(yùn)動技術(shù)解決方案

　　正運(yùn)動技術(shù)的開放式激光振鏡運(yùn)動控制器ZMC408SCAN-V22，憑借其高效穩(wěn)定、開放易用以及振鏡控制、激光控制和軸控三合一的優(yōu)勢，在激光振鏡焊接市場應(yīng)用中占有一席之地。

圖1 系統(tǒng)拓?fù)鋱D

　　ZMC408SCAN-V22支持高速PSO、PWM、速度前瞻等功能，可確保激光加工軌跡平滑，提高產(chǎn)品品質(zhì)和產(chǎn)能。當(dāng)應(yīng)用于高功率激光振鏡系統(tǒng)進(jìn)行軟連接片的焊接時，ZMC408SCAN-V22可實(shí)現(xiàn)以每秒200-300毫秒的速度進(jìn)行圓弧軌跡焊接，甚至在一些模組上應(yīng)用于S形、螺旋曲線等復(fù)雜的激光加工軌跡，可完美規(guī)避傳統(tǒng)系統(tǒng)存在的問題。

　　3開放式激光振鏡運(yùn)動控制器|產(chǎn)品介紹

　　獨(dú)立式激光振鏡運(yùn)動控制器ZMC408SCAN-V22，集成激光控制、振鏡控制和總線軸/脈沖軸控制，幫助用戶實(shí)現(xiàn)高效精準(zhǔn)的EtherCAT總線運(yùn)動控制+激光振鏡解決方案。

圖2 ZMC408SCAN-V22

　　硬件特性如下：

　　l 可選6-64軸運(yùn)動控制(脈沖+EtherCAT總線);

　　l 2路帶反饋激光振鏡接口、1路LASER和1路FIBER激光電源專用接口;

　　l 支持一維/二維/三維PSO功能，可做視覺飛拍、精密點(diǎn)膠和激光能量控制;

　　l 激光振鏡控制與運(yùn)動控制相互融合，可靈活構(gòu)建多軸聯(lián)動等方式的激光加工系統(tǒng);

　　l 多維位置同步輸出PSO，板載24路通用輸入和20路通用輸出，其中4路高速色標(biāo)鎖存，4路PSO和8路PWM輸出(圖3)。

　　非PSO焊接效果                                                        PSO焊接效果

圖3

　　4 開放式激光振鏡運(yùn)動控制器|激光振鏡焊接應(yīng)用解決方案

　　(1)系統(tǒng)架構(gòu)(見圖4)

圖4 激光振鏡焊接系統(tǒng)架構(gòu)

　　(2)工藝流程

　　采用示教編輯方式，自動生成加工軌跡，支持螺旋線，漸開線等焊接工藝曲線(圖5)。

圖5

　　操作流程如下：

　　①根據(jù)激光器類型及接線配置相應(yīng)激光器參數(shù);

　?、谕ㄟ^校正軟件校正振鏡畸變，保存校正參數(shù);

　?、鄹鶕?jù)產(chǎn)品焊縫大小編輯對應(yīng)的焊接軌跡與工藝;

　　④設(shè)置加工速度及延時工藝參數(shù);

　?、萦|發(fā)標(biāo)刻、觀察檢測焊接效果并調(diào)整參數(shù)

　　(3)焊接效果圖(見圖6)

圖6 實(shí)際焊接效果圖

　　5 開放式激光振鏡運(yùn)動控制器|激光振鏡焊接核心工藝

　　(1)螺旋線型軌跡(圖7)

　　在高能束焊接中，較大的焊縫深寬比是激光焊接的特點(diǎn)。當(dāng)不希望焊縫深寬比過大時，例如，在進(jìn)行電池模組連接片焊接時，通常要焊縫有更大的寬度(以新增載流面積)，降低焊縫深度(以使用更薄的電池極柱，獲得更大的電芯空間)采用螺旋線形軌跡焊接，通過光斑沿焊接方向高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，可以在不改變外光路條件的情況下，獲得不同焊縫的深寬比。

圖7

　　(2)激光功率控制(圖8)

　　激光焊接中功率(模擬量電壓、PWM調(diào)制)控制至關(guān)重要，其控制好壞直接影響加工效果。激光加工中的功率控制包括功率控制、功率與運(yùn)動的同步控制兩方面內(nèi)容，功率控制是指生成適當(dāng)?shù)目刂菩盘柨刂萍す馄鬏敵鏊韫β?，功率與運(yùn)動的同步控制指功率緊跟加工位置或速度變化以保證一致的加工質(zhì)量。

圖8

　　6 開放式激光振鏡運(yùn)動控制器|激光振鏡焊接應(yīng)用方案亮點(diǎn)

　　(1)振鏡軸與伺服軸聯(lián)動插補(bǔ)，提升激光加工效率;

　　(2)可根據(jù)激光器類型及接線配置自由調(diào)整相應(yīng)激光器參數(shù)，使用靈活、便利;

　　(3)可設(shè)置加工速度和延時工藝參數(shù)，精準(zhǔn)控制焊接過程，適應(yīng)不同材料和焊接需求;

　　(4)支持C++、C#等多種開發(fā)方式，提供專用激光函數(shù)庫及應(yīng)用案例，縮短系統(tǒng)開發(fā)周期;

　　(5)螺旋線形軌跡焊接功能：通過光斑沿焊接方向高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)不同焊縫深寬比，無需改變外光路條件。