【第十屆全球汽車產業峰會】通快（中國）紀江華：汽車制造中的智能激光解決方案

4月26日，2018第十屆全球汽車產業峰會在北京舉辦，本次論壇以“創新技術引領產業未來”為主題，會議期間，通快（中國）投資有限公司激光技術部行業與產品總監紀江華發表了精彩演講，演講內容如下：

謝謝大家，非常榮幸前面的姚老師和王總介紹的非常多激光在汽車上的應用，以及激光的技術，這邊我就可以省很多的力氣了。所以，剛才在下面對我之前做的演講稿做了一些調整。

首先介紹一下我們公司，通快是一家德國家族企業，來自于德國斯圖加特，跟博士、戴姆勒，包括保時捷等公司都在一個地區，所以我們在汽車制造這邊應用非常廣，跟大家的合作非常緊密。

這邊可以看到通快的介紹，就是一個家族企業。主要的業務有機械裝備，就是鈑金加工的機械裝備和激光這兩大塊。當然現在我們有很多的創新技術，比如剛才王總介紹過3D打印，通快也有這樣技術的發展。

剛才說有機床、激光兩大業務，具體到激光業務這邊，工業應用或者材料加工的各種激光應用，我們都有涉及到，都有相應的非常合適的產品。可以看到激光切割焊接、釬焊以及微加工、3D打印。

最近很火熱的中興芯片事件就提到半導體制造，用于芯片的制造有一個光刻技術，不知道大家最近有沒有關注。通快為光刻提供的光源，可以做到最新的7納米制程，而且只有通快能夠提供這個光源。我們是ASML唯一供應商，他們也是我們唯一客戶。除此之外，我們也提供一些科研用的激光器。

針對汽車行業的話，主要用的都是大功率光源。所以有不同的光源，可以針對不同的應用。包括用于厚板切割焊接的二氧化碳激光器，TruDisk碟片激光器可用遠程焊接、釬焊等等，半導體激光器用于釬焊或者是一些淺的熔焊，還有一些用于汽車電子里面連接片焊接的脈沖激光器，超快激光用于電子行業顯示面板的加工，以及還有激光打標機可以進行可追溯的激光打標。

我們會根據客戶的應用去選擇 一款最合適的產品，因為咱們沒有一款通用型或者萬能的東西。我們需要根據應用來選擇最合適的激光器，以及整個激光系統。

這個就是剛才說的光刻的激光器，是用了4臺2萬瓦的二氧化氮激光器，把它合速成一個超高功率的二氧化碳激光，再打靶打到錫滴上產生等離子光源，大概是13.5納米波長的光，然后實現光刻，可以實現7納米制程。

這是3D打印，3D打印我們只做金屬。金屬3D打印有兩種技術，一種是激光熔覆（LMD），另外一種是激光金屬選區熔化（LMF），這兩種技術我們都有相應的產品和技術，我們也是全球唯一一家能夠提供這兩種金屬3D打印技術的廠家。

剛才看到我們的產品都是非常高科技的，所以肯定要跟上時代的步伐。其實我們不只是跟上時代的步伐，還在引領時代的潮流。我們在德國斯圖加特跟德國的博士、奔馳、西門子這幾家企業，都是德國工業4.0發起者。所以，在整個工業4.0首先要求企業數字化轉型，包括企業內部的數字化和對外的數字化，包括產品的素質化，后面會詳細介紹我們怎么實現數字化。

最后提一點在中國這塊，今年正好是通快在中國的18周年，我們說是成人禮，進入中國市場的時間也非常長。我們的總部在江蘇太倉，離上海虹橋機場40分鐘的車程。那邊有我們機床床的組裝廠。激光部門所有的產品都在國外研發生產制造，然后整機進口。但是在中國我們有一個激光應用中心，有各種各樣的激光加工設備，提供各種各樣的激光加工測試驗證，包括工藝的開發。

我們的激光應用中心的實力在通快內部排第二，除了德國總部之外，我們是全球最強的一個激光應用中心。所以，大家有任何激光應用的需求，自己又沒有工藝開發設備沒有關系，可以一起合作。

接下來進入具體應用，首先激光本身就是一種智能制造的工具，是非常靈活的一套制造工具。我這邊有一個樣件，這一個樣件擁有7種激光加工工藝。當然這不是一個實際的產品，但是它展示了所有的激光技術，包括3D打印，比如說最左端這個零件，3D打印制造成一個非常復雜的零部件結構，再把它焊接到軸上，軸上有激光熔覆3D打印的方式做成螺旋狀的一圈。這個軸還經過激光淬火進行表面硬化，還有通過激光結構化來實現金屬塑造的連接，以及激光打標，激光清洗等應用。所以激光本身就是一個非常靈活、非常智能的一個工具。就算咱們不把它做成智能化，它本身已經非常智能了。

但是設備也要變得更加智能。通快不提供最終非標解決方案，但是我們是一個標準解決方案的公司。我們提供給客戶提供從光源到光纖，到加工鏡頭，以及最后的工藝，和工藝的智能監控，包括一些智能監控傳感器等等這一整套的解決方案。當然需要做一整套的設備，我們需要一個非標的設備供應商來做一個系統集成，一個大的框架，就像汽車里面的發動機到變速箱，到輪子都做好了，外面再加上一個殼子就可以造成一輛車了。

首先，最核心的部分就是激光器，就像車里面的發動機。激光器用得最廣泛的一個產品是碟片的固體激光器，目前在中國或者是全球的汽車行業最為流行，市場占有率最高，適用范圍最廣。這個產品也已經推出了有十幾年，一直在不斷的更新換代、不斷的進步。

最新一代的底片固定激光器應該是去年推出來的，那么這里面最主要就是更加智能化。怎么智能化呢？首先我們內部的傳感器，應該有超過30個傳感器，監控整個激光內部的系統里面所有的數據、信息。其實這個已經很早就做到了，去年更新是什么？我們有一個精準的時間協議。因為以前傳感器，我們把每一個傳感器的數據單獨進行一個監控、分析、判斷。但是現在把所有的傳感器信息進行綜合起來，對應起來進行一個綜合的判斷分析。

就像咱們中醫看病，不可能只是頭疼醫頭，腳痛醫腳。應該綜合看，判斷是什么樣的狀態。所以，所有的信號需要進行一個同步。你必須在同一時間點上整合信號，才能夠進行對應的關系分析。

另外就是智能的加工頭，我們最新一代的IPFO，其實PFO也是用得非常多的，比如激光的飛行焊接，奔馳用的最多。最新一代的，我們叫IPFO。這個智能的加工頭，它智能化在哪里？它跟機器人的配合，包括整個工件系統的配合，可以實現智能化的編成，包括運行。它會實時獲取所有的位置信息，自動進行換算，然后實現非常精準的焊接。

包括編程上，我們可以直接把這個零部件的三維數模放到三維離線編程軟件里面去，跟機器人、鏡頭三者合一，做一個整套系統進行編程，非常的簡便。

另外智能加工傳感器，因為最終的目的是要實現比較好的加工結果，比如說焊接，要實現好的焊接質量，所以需要監控整個過程，包括最后的質量。

我們開發了很多的傳感器，包括激光的工具或者是鏡頭各方面的校準傳感器。另外就是工件的識別傳感器，還有最后的工藝過程監控的傳感器。

現在再舉幾個例子，是我們的功率和焦點位置校準的傳感器，這也是一個閉環控制的。我們校定之后，進行一個閉環的調整，調整焦點的位置，也可以調整激光的功率進行閉環的控制。要確保咱們用的工具是沒有問題的，這是自動校準的功能。

你的零件，尤其咱們汽車大的鈑金件，很難做到公差控制在0.1毫米的范圍，需要一個焊縫跟蹤。所以我們開發了這樣一個焊縫跟蹤系統來實時尋找焊縫位置，然后實時調整激光處的一個位置，并進行焊接。焊接完成之后，接下來后面還有一個焊后的和質量的監控、檢查，所以可以通過這個表面的形貌，基本上就可以判斷出來咱們焊縫的成型，以及焊縫的質量。

因為這是一個角接焊縫，所以，通過后面形貌的判斷，一個拍照，也一樣可以判斷出整個焊縫的質量。

這是在我們實驗室演示的一個視頻，底下這是我們兩條金屬版，進行搭接在一起，然后焊接到上層板的邊緣。

我們特意把這個零件邊緣做成是一個不規則的邊緣形狀，然后通過焊縫追蹤系統，自動去找到這個焊縫位置。

現在的焊接基本上都是沒有問題的，但是我們會把其中一個焊縫的激光參數給它改一下，讓它的功率不足，焊后的質量會達不到要求。這個時候它的焊縫的質量評估，可以通過上面右上角的圖看到，它每個點前面都是綠了。最后一個也是綠的，當我們改掉參數的話，它就變成了一個紅色，顯示出它的焊接質量是有問題的。

比如說一個車門的焊接，有這么多焊縫，可能幾十條上百條。如果只有一條的焊縫達不到要求，我們不可能把整個零件都廢掉掉。所以我們有一個質量評估體系，一個系統一個軟件，我們把所有的焊縫綜合起來進行一個評估，可以設定一些邊界條件，認為哪些焊縫必須是達到要求的，有些可能是有一定的比例，可以有不良比例，從而就能評估整個零件的質量。

這是個一整套系統，從前面焊縫追蹤到焊縫質量監控，以及整個零件的一個質量評估，這是角接焊縫。那么同樣的，有這樣一個焊縫的追蹤傳感器，它可以找到焊縫的位置，比如說如果沒有去進行追蹤的話，它這個是有一定的跳動的，

如果說我先進行一個焊縫的追蹤，然后它把這個焊接頭跟著那個焊縫的位置進行一個自動的追蹤。包括我們用這個PFO也是一樣的，也可以來實現對接焊縫這樣一個追蹤的位置，這是焊前的焊縫追蹤。

至于焊后，焊接過程當中同樣存在質量監控的問題，剛才姚老師講了是一個非常大的難題，那么這個現在在歐洲那邊，大家都在開發一個叫OCT的一個傳感器，可以用來監控焊縫的一個熔深，比如說焊接過程當中的一個小孔，通過一束光可以實時的，同步的探索在焊接過程中形成的熔深，最后可以把整個零件、整個焊縫的熔深給它匯總出來，最后實現一個質量的判斷。

如果有必要，也可以實現信號來進行一個閉環控制來反饋，實現零件焊縫的一個閉環控制的焊接。

我們在信號采集之后，我們就需要對它進行數據分析、數據重組，所以我們也提供這樣一個平臺，一個區塊鏈平臺，實現所有的數據的分析、監控，同時進行設備的一個預防性的維護報警。

這邊是我們的一個儀表盤，比如說這個客戶它里面有幾十臺我們的激光器，每臺激光器的狀態都可以顯示，在我們的iPad或者手機上，我們可以看到所有設備的狀態。

這些已經在我們的客戶那邊得到實際應用了，比如德國奔馳，反饋效果非常好。這就是我們整個系統自己構建一個平臺，可以通過它將數據全部傳輸過來，同時我們還有一個子公司提供這樣一個云平臺、云服務。

所以，我們最終的目標是通過這樣一個垂直的整合，從它的加工傳感器數據的監控，到最終控制，實現整個工藝單元上的垂直整合和智能監控，當然我們還有其他的一些數據平臺，也可以實現整個工廠的質量化管理，并實現整個橫向的整合。

這是我們的智能化解決方案，接下來看一些具體的應用案例。首先在汽車上，目前的一個解決方向我覺得在輕量化、電氣化這兩個方面，不論哪個方向都有非常多的應用。

首先是輕量化。輕量化目前主要的材料有熱成型、鋁合金，還有一些復合材料。這里面都有運用了非常多的激光加工工藝，比如說熱層型鋼，可以用精進行涂層的剝除，激光的切割，以及激光焊接；鋁合金的話，需要用到激光焊接；復合材料可以用激光切割，也可以用激光來實現連接。

而熱成型這塊的切割，咱們這邊有不同的加工工藝，最主要是三維的激光切割。

目前輕量化我覺得應該是鋁的焊接。鋁的焊接要實現輕量化的話，除了用輕量化的材料，我們希望通過其他的方式，比如說輕量化設計、輕量化工藝來實現更進一步的減重。

所以，最終我們覺得是一個鋁的角接焊縫，激光焊接是最優化的一個方案，這樣的話就用到我們的焊縫追蹤傳感器，并配上我們的IPFO智能振鏡，實現智能的激光分析和焊接，可以實現減重的目的。

從咱們的電阻點焊到中間的搭接激光焊，到最右邊的角接激光焊，逐步進行減重。這是在德國奔馳邁巴赫S級車門上的一個應用，我們在激光展也展了這個車門，已經在實際生產當中。

另外一些輕量化，比如說碳纖維，可以實現激光切割。如果說有興趣的話，我們可以進一步測試，激光切割的熱影響區基本上可以控制在100-500微米。

還有一個最新的工藝是實現不同材料之間的連接，因為輕量化現在是需要各種不同的材料來組合使用，這個連接工藝是一個很大的前提條件。

我們提供了一個方案，通過激光來實現金融和塑料的連接，通過激光打磨金屬表面之后，把塑料給它稍微的擠壓進到這個模塊的結構里面去，從而可以實現金屬的塑料連接。這是我們這兩年剛剛開發出來的公益，如果大家有什么實際的應用需求的話，我們可以進一步的進行實際量產方面的研究。

這是輕量化，目前在電氣化，尤其這是北京車展，基本上每一個展臺都應該有這種電動車或者混動車的一個展示。所以說，在電動車上，激光的應用也是非常的多，從電池到電機，到最后的控制系統等各方面。這邊說所有的應用，包括電池的焊接，電池包的焊接，電機里面的焊接，還有電控里面的一個焊接。

我們開發了一個綠光的激光器，實現了一個更高質量的焊接。因為紅外光對它反射非常強，綠光它的吸收率會強很多，這樣的話，它的焊接質量、焊接效率會大大的提高。

另外通過這種綠光，我們甚至可以實現銅和鋁的焊接。

這個是我們在電機上的應用。Hairpin，也就是發卡式繞線電機，需要用到激光首先把剝除它這個包層，然后通過激光來實現電機繞線的焊接，這個一樣是需要我們的傳感器，因為要先找到繞線端頭的實際位置，然后再進行焊接，這就用到了我們的圖像識別處理技術，來找到它實際銅線的位置，然后再進行焊接。焊接完成之后，一樣可以通過這樣的一個圖像處理，來識別它焊縫的成型和質量。

最后一個是焊接的質量優化。焊接過程中，很多時候有飛濺。我們通過一個二合一的光纖的技術，把光束內部的能量分布進行優化，實現了一個無飛濺的焊接。我們很多的客戶都非常感興趣，激光的焊接飛濺的問題，對動力傳動系統、電路系統和電子系統都是一個非常大的挑戰。可以看出它的飛濺以及它的速度效率的提高地非常明顯。這些是我今天介紹的主要內容，即所有的智能激光應用，包括我們的產品。

我們可以提供從成品，應用，到咨詢服務一套全方位體系的支持給客戶。大家如果有興趣的話，我們可以明天上午還在這里，有一個介紹激光技術在汽車制造中的應用的專題研討會，會有一個更詳細的介紹和交流。大家可以明天上午繼續參加我們的活動。

謝謝大家！