在激光使用技术方面,二极管和纤维之间的区别非常明显 — 但是汽车制造商的生产线或许同时需要这两种类型的材质
目前激光已经成为工厂里的常用工具,而且在量产汽车制造环境中不断普及。激光分为两种 — 二极管和纤维,二者的区别体现在光束产生的方式,以及各自的应用领域。在光束产生方面,直接来自二极管的实用点。在应用方面,二极管与一种光导纤维向结合,产生的光束具有完全不同的特性。关键的是,光束更具有扩散性,因此适用于钎焊等应用领域,而纤维光束更加紧凑,因此更适用于金属切削。
两种类型的激光在特殊应用方面都非常行之有效 — 并不是说哪一个比另一个要强,只是更适合某个任务 — 因此,制造商可能在生产线上同时需要这两种激光。但是,两种类型的光束需要两种不同的设备,至少现在是这样。意大利公司Comau(Fiat旗下公司)刚刚推出新产品,是与相同国家公司Prima Electro一同开发23个月得到的。据说,这个产品可以取缔之前需要多种设备才能生产不同类型光束的局限性。
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激光操控该产品被称为LHYTE,解决了一直困扰大家的问题,即从相同的来源生产不同的光束,其方法就是利用激光可以用光学系统来操控的原理。在系统的外格里,二极管和掺镱纤维元素是分开的,而不是一起的,这和传统纤维机械的情况的一样的。
因此,当需要二极管类型激光时,内部系统就将最初的激光从纤维元素中转移,以便转达至使用点上。当需要纤维类型的激光时,二极管中产生的激光不会被拦截,而是抵达纤维并激活,这样激光就会在转达之前就改变成功。
Comau公司材料与加工技术部长Giovanni Di Stefanoc证实说了新系统的详细资料。他说,“纤维激光里面都有激光二极管。因此,我们做的就是把他们分开,并加入我们的创新,即一种特殊的组合器。”他说这种技术就是该系统最核心的部分。
Di Stefano还说,核心技术里面的首要因素就是“机械精度”,确定激光系统内部的准确位置。第二个因素就是系统内部的二极管光源能够产生不同波长的激光 — 分别是950nm和920nm — 各自的额定功率为3,0kw。反过来就是说,作为系统关键因素的镜子一面必须反射波长,另一面还要透明,才能使系统按照要求工作。
据Di Stefano说,该系统由不同的的组件构成。他证实说,“我们有一个特殊的滑移单元,上面安装了镜子 — 一个标准镜子和一个双色镜,能够传到920nm的激光,并反射950nm波长的光。”
“在光束分裂镜上安装多个镜子,能够在发光的同时还能反射。这里还需要电子元件,对内部光室、温度和冷水进行检测和监控。”
这样就能产生区别度很高的光束。在二极管模式下,最大功率可达6kw,光束质量可达66mm mrad。在纤维模式下,相关数据分别为4kw和4mm mrad。两者的波长范围为920-1070nm。
近距离监控Di Stefano解释说,为了有效操作,机械上通常安装了很多传感器。他说,每个单元都有“50个嵌入式传感器”,包括24个热装置和11个功率传感器。它既是说,“我们需要控制不同的参数,包括寒流、电压、电流和温度。我们尤其需要监控冷水机的温度、冷水机的热交换器、二极管和纤维模式、冷板,冷水机流入光学链中。”他还说,多种传感器搜集了大量的数据,是系统满足“工业4.0”理念的要求。在这方面来说,系统还符合Profibus, Profinet, EtherNET/IP 以及 DeviceNT fieldbus通信协议。
不出所料,Di Stefano对系统非常有信心,因为系统非常新颖,里面包含很多独一无二的Comau想要保护的功能。他说,“我们已经申请了光谱组合器光学链的专利,这种方法实现了将二极管转化为纤维激光的理念。”此外,这些功能在现有技术中应用,并取得了成功。他说,“我们的团队已经开发设计了光谱组合器,但是这是通过不同标准单元实现的。”其中设计的主要技术挑战包括创造紧凑型产品,尽管已经有了融合特殊组件所产生的混合系统内在复杂性,比如光谱组合器需要高度准确的光学校准。
产生经济效应尽管Di Stefani还证实了,该系统的关键优点是与操作经济价值联系在一起,而不是纯粹的技术性能参数。他说,首先任何原来需要两种类型激光的公司现在只需要购买一个,而不是两个 — 在实际操作中的比率就相当于需要两台机械的情况,就不需要4台机器。两种技术都无法承受计划外停工,因此需要现场加倍生产力。此外他还说,经济效益还体现在,使用新的技术可以降低维护成本,不需要维护两种光源设备的零部件。
在实际操作中,“灵活性”被当做口号,因为所有可能的激光应用类型都可以从单一光源中获得 — “切削、钎焊和焊接 — 甚至是标记”。设备本身在尺寸和外观上简洁,紧凑。尺寸只有960x990x2050mm,包括冷却装置,在环境温度为10-42°C范围内就可以操作。