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【第十届全球汽车产业峰会】通快纪江华:汽车

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4月26日,2018第十届全球汽车产业峰会在北京举办,本次论坛以创新技术引领产业未来为主题,会议期间,通快(中国)投资有限公司激光技术部行业与产品总监纪江华发表了精彩演讲,演

  4月26日,2018第十届全球汽车产业峰会在北京举办,本次论坛以“创新技术引领产业未来”为主题,会议期间,通快(中国)投资有限公司激光技术部行业与产品总监纪江华发表了精彩演讲,演讲内容如下:

  谢谢大家,非常荣幸前面的姚老师和王总介绍的非常多激光在汽车上的应用,以及激光的技术,这边我就可以省很多的力气了。所以,刚才在下面对我之前做的演讲稿做了一些调整。

  首先介绍一下我们公司,通快是一家德国家族企业,来自于德国斯图加特,跟博士、戴姆勒,包括保时捷等公司都在一个地区,所以我们在汽车制造这边应用非常广,跟大家的合作非常紧密。

  这边可以看到通快的介绍,就是一个家族企业。主要的业务有机械装备,就是钣金加工的机械装备和激光这两大块。当然现在我们有很多的创新技术,比如刚才王总介绍过3D打印,通快也有这样技术的发展。

  刚才说有机床、激光两大业务,具体到激光业务这边,工业应用或者材料加工的各种激光应用,我们都有涉及到,都有相应的非常合适的产品。可以看到激光切割焊接、钎焊以及微加工、3D打印。

  最近很火热的中兴芯片事件就提到半导体制造,用于芯片的制造有一个光刻技术,不知道大家最近有没有关注。通快为光刻提供的光源,可以做到最新的7纳米制程,而且只有通快能够提供这个光源。我们是ASML唯一供应商,他们也是我们唯一客户。除此之外,我们也提供一些科研用的激光器。

  针对汽车行业的话,主要用的都是大功率光源。所以有不同的光源,可以针对不同的应用。包括用于厚板切割焊接的二氧化碳激光器,TruDisk碟片激光器可用远程焊接、钎焊等等,半导体激光器用于钎焊或者是一些浅的熔焊,还有一些用于汽车电子里面连接片焊接的脉冲激光器,超快激光用于电子行业显示面板的加工,以及还有激光打标机可以进行可追溯的激光打标。

  我们会根据客户的应用去选择 一款最合适的产品,因为咱们没有一款通用型或者万能的东西。我们需要根据应用来选择最合适的激光器,以及整个激光系统。

  这个就是刚才说的光刻的激光器,是用了4台2万瓦的二氧化氮激光器,把它合速成一个超高功率的二氧化碳激光,再打靶打到锡滴上产生等离子光源,大概是13.5纳米波长的光,然后实现光刻,可以实现7纳米制程。

  这是3D打印,3D打印我们只做金属。金属3D打印有两种技术,一种是激光熔覆(LMD),另外一种是激光金属选区熔化(LMF),这两种技术我们都有相应的产品和技术,我们也是全球唯一一家能够提供这两种金属3D打印技术的厂家。

  刚才看到我们的产品都是非常高科技的,所以肯定要跟上时代的步伐。其实我们不只是跟上时代的步伐,还在引领时代的潮流。我们在德国斯图加特跟德国的博士、奔驰、西门子这几家企业,都是德国工业4.0发起者。所以,在整个工业4.0首先要求企业数字化转型,包括企业内部的数字化和对外的数字化,包括产品的素质化,后面会详细介绍我们怎么实现数字化。

  最后提一点在中国这块,今年正好是通快在中国的18周年,我们说是成人礼,进入中国市场的时间也非常长。我们的总部在江苏太仓,离上海虹桥机场40分钟的车程。那边有我们机床床的组装厂。激光部门所有的产品都在国外研发生产制造,然后整机进口。但是在中国我们有一个激光应用中心,有各种各样的激光加工设备,提供各种各样的激光加工测试验证,包括工艺的开发。

  我们的激光应用中心的实力在通快内部排第二,除了德国总部之外,我们是全球最强的一个激光应用中心。所以,大家有任何激光应用的需求,自己又没有工艺开发设备没有关系,可以一起合作。

  接下来进入具体应用,首先激光本身就是一种智能制造的工具,是非常灵活的一套制造工具。我这边有一个样件,这一个样件拥有7种激光加工工艺。当然这不是一个实际的产品,但是它展示了所有的激光技术,包括3D打印,比如说最左端这个零件,3D打印制造成一个非常复杂的零部件结构,再把它焊接到轴上,轴上有激光熔覆3D打印的方式做成螺旋状的一圈。这个轴还经过激光淬火进行表面硬化,还有通过激光结构化来实现金属塑造的连接,以及激光打标,激光清洗等应用。所以激光本身就是一个非常灵活、非常智能的一个工具。就算咱们不把它做成智能化,它本身已经非常智能了。

  但是设备也要变得更加智能。通快不提供最终非标解决方案,但是我们是一个标准解决方案的公司。我们提供给客户提供从光源到光纤,到加工镜头,以及最后的工艺,和工艺的智能监控,包括一些智能监控传感器等等这一整套的解决方案。当然需要做一整套的设备,我们需要一个非标的设备供应商来做一个系统集成,一个大的框架,就像汽车里面的发动机到变速箱,到轮子都做好了,外面再加上一个壳子就可以造成一辆车了。

  首先,最核心的部分就是激光器,就像车里面的发动机。激光器用得最广泛的一个产品是碟片的固体激光器,目前在中国或者是全球的汽车行业最为流行,市场占有率最高,适用范围最广。这个产品也已经推出了有十几年,一直在不断的更新换代、不断的进步。

  最新一代的底片固定激光器应该是去年推出来的,那么这里面最主要就是更加智能化。怎么智能化呢?首先我们内部的传感器,应该有超过30个传感器,监控整个激光内部的系统里面所有的数据、信息。其实这个已经很早就做到了,去年更新是什么?我们有一个精准的时间协议。因为以前传感器,我们把每一个传感器的数据单独进行一个监控、分析、判断。但是现在把所有的传感器信息进行综合起来,对应起来进行一个综合的判断分析。

  就像咱们中医看病,不可能只是头疼医头,脚痛医脚。应该综合看,判断是什么样的状态。所以,所有的信号需要进行一个同步。你必须在同一时间点上整合信号,才能够进行对应的关系分析。

  另外就是智能的加工头,我们最新一代的IPFO,其实PFO也是用得非常多的,比如激光的飞行焊接,奔驰用的最多。最新一代的,我们叫IPFO。这个智能的加工头,它智能化在哪里?它跟机器人的配合,包括整个工件系统的配合,可以实现智能化的编成,包括运行。它会实时获取所有的位置信息,自动进行换算,然后实现非常精准的焊接。

  包括编程上,我们可以直接把这个零部件的三维数模放到三维离线编程软件里面去,跟机器人、镜头三者合一,做一个整套系统进行编程,非常的简便。

  另外智能加工传感器,因为最终的目的是要实现比较好的加工结果,比如说焊接,要实现好的焊接质量,所以需要监控整个过程,包括最后的质量。

  我们开发了很多的传感器,包括激光的工具或者是镜头各方面的校准传感器。另外就是工件的识别传感器,还有最后的工艺过程监控的传感器。

  现在再举几个例子,是我们的功率和焦点位置校准的传感器,这也是一个闭环控制的。我们校定之后,进行一个闭环的调整,调整焦点的位置,也可以调整激光的功率进行闭环的控制。要确保咱们用的工具是没有问题的,这是自动校准的功能。

  你的零件,尤其咱们汽车大的钣金件,很难做到公差控制在0.1毫米的范围,需要一个焊缝跟踪。所以我们开发了这样一个焊缝跟踪系统来实时寻找焊缝位置,然后实时调整激光处的一个位置,并进行焊接。焊接完成之后,接下来后面还有一个焊后的和质量的监控、检查,所以可以通过这个表面的形貌,基本上就可以判断出来咱们焊缝的成型,以及焊缝的质量。

  因为这是一个角接焊缝,所以,通过后面形貌的判断,一个拍照,也一样可以判断出整个焊缝的质量。

  这是在我们实验室演示的一个视频,底下这是我们两条金属版,进行搭接在一起,然后焊接到上层板的边缘。

  我们特意把这个零件边缘做成是一个不规则的边缘形状,然后通过焊缝追踪系统,自动去找到这个焊缝位置。

  现在的焊接基本上都是没有问题的,但是我们会把其中一个焊缝的激光参数给它改一下,让它的功率不足,焊后的质量会达不到要求。这个时候它的焊缝的质量评估,可以通过上面右上角的图看到,它每个点前面都是绿了。最后一个也是绿的,当我们改掉参数的话,它就变成了一个红色,显示出它的焊接质量是有问题的。

  最初该公司“雨诗桐”品牌定位中端市场,经过设计师的调研分析,基于产品品质,该品牌定位更加明确——高端群体。正是由于将设计贯穿了产品选材、工艺、款式、品质等全过程,今年“雨诗桐”品牌被评为“河北省十大服装品牌”。

  比如说一个车门的焊接,有这么多焊缝,可能几十条上百条。如果只有一条的焊缝达不到要求,我们不可能把整个零件都废掉掉。所以我们有一个质量评估体系,一个系统一个软件,我们把所有的焊缝综合起来进行一个评估,可以设定一些边界条件,认为哪些焊缝必须是达到要求的,有些可能是有一定的比例,可以有不良比例,从而就能评估整个零件的质量。

  这是个一整套系统,从前面焊缝追踪到焊缝质量监控,以及整个零件的一个质量评估,这是角接焊缝。那么同样的,有这样一个焊缝的追踪传感器,它可以找到焊缝的位置,比如说如果没有去进行追踪的话,它这个是有一定的跳动的,

  如果说我先进行一个焊缝的追踪,然后它把这个焊接头跟着那个焊缝的位置进行一个自动的追踪。包括我们用这个PFO也是一样的,也可以来实现对接焊缝这样一个追踪的位置,这是焊前的焊缝追踪。

  至于焊后,焊接过程当中同样存在质量监控的问题,刚才姚老师讲了是一个非常大的难题,那么这个现在在欧洲那边,大家都在开发一个叫OCT的一个传感器,可以用来监控焊缝的一个熔深,比如说焊接过程当中的一个小孔,通过一束光可以实时的,同步的探索在焊接过程中形成的熔深,最后可以把整个零件、整个焊缝的熔深给它汇总出来,最后实现一个质量的判断。

  如果有必要,也可以实现信号来进行一个闭环控制来反馈,实现零件焊缝的一个闭环控制的焊接。

  我们在信号采集之后,我们就需要对它进行数据分析、数据重组,所以我们也提供这样一个平台,一个区块链平台,实现所有的数据的分析、监控,同时进行设备的一个预防性的维护报警。

  这边是我们的一个仪表盘,比如说这个客户它里面有几十台我们的激光器,每台激光器的状态都可以显示,在我们的iPad或者手机上,我们可以看到所有设备的状态。

  这些已经在我们的客户那边得到实际应用了,比如德国奔驰,反馈效果非常好。这就是我们整个系统自己构建一个平台,可以通过它将数据全部传输过来,同时我们还有一个子公司提供这样一个云平台、云服务。

  所以,我们最终的目标是通过这样一个垂直的整合,从它的加工传感器数据的监控,到最终控制,实现整个工艺单元上的垂直整合和智能监控,当然我们还有其他的一些数据平台,也可以实现整个工厂的质量化管理,并实现整个横向的整合。

  这是我们的智能化解决方案,接下来看一些具体的应用案例。首先在汽车上,目前的一个解决方向我觉得在轻量化、电气化这两个方面,不论哪个方向都有非常多的应用。

  首先是轻量化。轻量化目前主要的材料有热成型、铝合金,还有一些复合材料。这里面都有运用了非常多的激光加工工艺,比如说热层型钢,可以用精进行涂层的剥除,激光的切割,以及激光焊接;铝合金的话,需要用到激光焊接;复合材料可以用激光切割,也可以用激光来实现连接。

  目前轻量化我觉得应该是铝的焊接。铝的焊接要实现轻量化的话,除了用轻量化的材料,我们希望通过其他的方式,比如说轻量化设计、轻量化工艺来实现更进一步的减重。

  所以,最终我们觉得是一个铝的角接焊缝,激光焊接是最优化的一个方案,这样的话就用到我们的焊缝追踪传感器,并配上我们的IPFO智能振镜,实现智能的激光分析和焊接,可以实现减重的目的。

  从咱们的电阻点焊到中间的搭接激光焊,到最右边的角接激光焊,逐步进行减重。这是在德国奔驰迈巴赫S级车门上的一个应用,我们在激光展也展了这个车门,已经在实际生产当中。

  另外一些轻量化,比如说碳纤维,可以实现激光切割。如果说有兴趣的话,我们可以进一步测试,激光切割的热影响区基本上可以控制在100-500微米。

  

  还有一个最新的工艺是实现不同材料之间的连接,因为轻量化现在是需要各种不同的材料来组合使用,这个连接工艺是一个很大的前提条件。

  罗德与施瓦茨公司(R&S公司)成立于1933年,七十多年来,在测试与测量、信息技术和通信领域,一直雄踞技术前沿。是欧洲最大的电子测量仪器生产厂商和专业无线通信、广播、信息技术安全技术的领导厂商,以创新、精确和品质享誉世界。

  我们提供了一个方案,通过激光来实现金融和塑料的连接,通过激光打磨金属表面之后,把塑料给它稍微的挤压进到这个模块的结构里面去,从而可以实现金属的塑料连接。这是我们这两年刚刚开发出来的公益,如果大家有什么实际的应用需求的话,我们可以进一步的进行实际量产方面的研究。

  这是轻量化,目前在电气化,尤其这是北京车展,基本上每一个展台都应该有这种电动车或者混动车的一个展示。所以说,在电动车上,激光的应用也是非常的多,从电池到电机,到最后的控制系统等各方面。这边说所有的应用,包括电池的焊接,电池包的焊接,电机里面的焊接,还有电控里面的一个焊接。

  我们开发了一个绿光的激光器,实现了一个更高质量的焊接。因为红外光对它反射非常强,绿光它的吸收率会强很多,这样的话,它的焊接质量、焊接效率会大大的提高。

  这个是我们在电机上的应用。Hairpin,也就是发卡式绕线电机,需要用到激光首先把剥除它这个包层,然后通过激光来实现电机绕线的焊接,这个一样是需要我们的传感器,因为要先找到绕线端头的实际位置,然后再进行焊接,这就用到了我们的图像识别处理技术,来找到它实际铜线的位置,然后再进行焊接。焊接完成之后,一样可以通过这样的一个图像处理,来识别它焊缝的成型和质量。

  最后一个是焊接的质量优化。焊接过程中,很多时候有飞溅。我们通过一个二合一的光纤的技术,把光束内部的能量分布进行优化,实现了一个无飞溅的焊接。我们很多的客户都非常感兴趣,激光的焊接飞溅的问题,对动力传动系统、电路系统和电子系统都是一个非常大的挑战。可以看出它的飞溅以及它的速度效率的提高地非常明显。这些是我今天介绍的主要内容,即所有的智能激光应用,包括我们的产品。

  从贴在围墙上的施工公告中可以看出,这座建筑已经成为危房,需要抢险排危拆除。

  我们可以提供从成品,应用,到咨询服务一套全方位体系的支持给客户。大家如果有兴趣的话,我们可以明天上午还在这里,有一个介绍激光技术在汽车制造中的应用的专题研讨会,会有一个更详细的介绍和交流。大家可以明天上午继续参加我们的活动。

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