激光加工需要極高的精度。高功率激光在焊接應(yīng)用中的一個(gè)關(guān)鍵問題是焦點(diǎn)偏移。Cailabs開發(fā)了創(chuàng)新的光束整形模塊，可最大限度地減少焦點(diǎn)偏移，并最大程度地提高焊縫質(zhì)量。為了分析激光束并證明該技術(shù)的卓越效果，該團(tuán)隊(duì)依賴于知名機(jī)構(gòu)和MKS公司的測(cè)量技術(shù)。

Cailabs的成功故事始于2010年由Cailabs聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Jean-François Morizur和Nicolas Treps發(fā)明的專利技術(shù)MPLC（多平面光轉(zhuǎn)換）。自2013年公司正式成立以來，Cailabs已為工業(yè)、電信和航天領(lǐng)域的核心應(yīng)用，設(shè)計(jì)和制造了突破性光子產(chǎn)品。

在工業(yè)領(lǐng)域，該公司一直處于開發(fā)新光束整形技術(shù)、挖掘新潛力以及提高高功率激光應(yīng)用的效率、質(zhì)量和安全性的前沿。這家高科技公司與全球多家研究機(jī)構(gòu)密切合作，將其技術(shù)帶入現(xiàn)實(shí)世界，幫助合作伙伴優(yōu)化工藝。2024年，Cailabs在德國(guó)亞琛舉行的AKL國(guó)際激光技術(shù)大會(huì)上榮獲2024年激光技術(shù)創(chuàng)新獎(jiǎng)（三等獎(jiǎng)）。

焊接和測(cè)量挑戰(zhàn)

激光焊接在汽車生產(chǎn)中具有眾多優(yōu)勢(shì)，并為電動(dòng)汽車開辟了新的技術(shù)設(shè)計(jì)，例如連接單個(gè)電池單元的激光焊接母線，或取代傳統(tǒng)繞線設(shè)計(jì)的發(fā)夾式定子。將兩種材料連接在一起通常并非易事。在焊接金屬時(shí)，輸入的熱量必須盡可能減少飛濺，不出現(xiàn)裂縫，熔化區(qū)域既不塌陷也不出現(xiàn)多孔。這時(shí)，光束成型技術(shù)就能大顯身手：光束的形狀對(duì)焊縫的質(zhì)量有重大影響。

使用Canunda-HP焊接銅時(shí)不同焦點(diǎn)位置的穿透深度

然而，為了提高焊接效果，需要事先仔細(xì)確定激光參數(shù)，并在整個(gè)焊接過程中保持穩(wěn)定。在使用高功率時(shí)，挑戰(zhàn)也隨之而來：由于應(yīng)用了高能量，發(fā)射光學(xué)元件會(huì)發(fā)熱，有可能發(fā)生熱透鏡現(xiàn)象，導(dǎo)致工作平面上的焦點(diǎn)偏移。一旦焦點(diǎn)偏移，光束的參數(shù)就會(huì)發(fā)生顯著變化，導(dǎo)致質(zhì)量大幅下降。為了避免這種影響，Cailabs的Canunda-HP光束整形模塊不僅可以改變光束的形狀，而且只使用反射光學(xué)元件來實(shí)現(xiàn)這一目的。

測(cè)試和分析光束

在開發(fā)基于高功率激光的創(chuàng)新技術(shù)的過程中，會(huì)遇到如何分析和驗(yàn)證新成型技術(shù)結(jié)果的問題。除了利用MKS測(cè)量技術(shù)（如Ophir功率傳感器和測(cè)量?jī)x）進(jìn)行內(nèi)部測(cè)量外，Cailabs的專家還與Maupertuis研究所建立了緊密的合作關(guān)系。

這家擁有高質(zhì)量測(cè)試平臺(tái)和設(shè)備的法國(guó)工業(yè)技術(shù)中心，采用了MKS的高端測(cè)量技術(shù)Ophir BeamWatch非接觸式光束輪廓測(cè)量系統(tǒng)。Cailabs的產(chǎn)品線經(jīng)理Gwenn Pallier解釋說：“我們深知，測(cè)量焦距偏移是驗(yàn)證模塊效率的關(guān)鍵。

Maupertuis研究所已經(jīng)在使用唯一一款可以進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量的非接觸式光束輪廓測(cè)量設(shè)備，這與我們的目標(biāo)不謀而合。Ophir BeamWatch掃描系統(tǒng)提供的結(jié)果，是我們開發(fā)過程的關(guān)鍵。”

光束觀察系統(tǒng)觀察到，在8kW功率下，Canunda-HP環(huán)形整形激光頭在數(shù)分鐘內(nèi)的最大焦距偏移僅為1毫米，而標(biāo)準(zhǔn)LBW激光頭的焦距偏移則為厘米

優(yōu)化母線焊接

Cailabs的光束成型模塊應(yīng)用廣泛，其中許多應(yīng)用于汽車行業(yè)。例如，用于銅焊接的 Canunda-HP焊頭在Maupertuis研究所用于對(duì)10毫米厚的Cu ETP銅樣品進(jìn)行焊接，以優(yōu)化母線焊接工藝。

輸送的光束由一個(gè)高強(qiáng)度的核心和一個(gè)功率較低的環(huán)形光束組成。測(cè)試在最佳條件下進(jìn)行（8 千瓦，6米/分鐘），改變焦點(diǎn)位置。焦點(diǎn)位置由BeamWatch設(shè)備進(jìn)行測(cè)量。Maupertuis研究所首席技術(shù)官David Lemaître概述道：“Ophir BeamWatch掃描系統(tǒng)通過測(cè)量激光束的瑞利散射來提供關(guān)鍵參數(shù)。由于光束本身根本不會(huì)被接觸到，因此能夠分析沒有上限的高功率激光束，同時(shí)設(shè)備本身也很輕便，易于操作。”

測(cè)量技術(shù)激發(fā)信心

汽車行業(yè)遵守嚴(yán)格的流程和法規(guī)。引進(jìn)新的制造技術(shù)需要進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)試，以確保所生產(chǎn)部件的質(zhì)量。Canunda-HP環(huán)形整形機(jī)能產(chǎn)生具有長(zhǎng)景深和最小焦距偏移的環(huán)形光束輪廓。這些特性只能通過非接觸式實(shí)時(shí)光束輪廓測(cè)量技術(shù)進(jìn)行測(cè)量，因此在Maupertuis研究所使用Ophir BeamWatch設(shè)備進(jìn)行的測(cè)量對(duì)Cailabs至關(guān)重要。

正如Pallier解釋的那樣：能夠驗(yàn)證光束整形模塊的穩(wěn)定性，對(duì)于潛在客戶來說非常重要。我確信，正是因?yàn)槭褂肙phir BeamWatch設(shè)備進(jìn)行了測(cè)量，我們才贏得了一些客戶。

作者：Gwenn Pallier（Cailabs）

來源：榮格-《國(guó)際工業(yè)激光商情》

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