工业激光应用白皮书-BeamWatch动力电池激光焊接在线检测系统

前言：    动力电池是所有新能源汽车的核心部件，与新能源汽车的续航能力和安全性息息相关。动力电池的可靠程度直接决定了新能源汽车是否为广大消费者所接受。德国宝马公司在2013年推出了宝马首台电动汽车i3, 在其动力电池产线上也大规模使用了动力电池激光焊接工艺。为了保证动力电池激光焊接质量与长时间的稳定性，德国宝马公司在近年引入了Ophir公司的BeamWatch激光光束品质分析仪，得以在上料下料时间内即可快速的完成焊接激光综合参数的测量，从而保证每个动力电池的最优焊接质量，并进一步保证了动力电池在整个寿命期间内的安全性。     激光焊接在动力电池单元生产中需要绝对的精度。焊接前需要定期检查焊接激光的关键参数，Ophir公司的Helios在线激光功率计可以实时的反馈当前激光功率值。 Ophir Helios在线激光功率计     如果精益求精的考量，实时检测激光功率就够了么？显然不是！因为在焊接过程中，直接影响到焊接质量的不单单是激光功率这一点。焊缝处的激光功率密度更为重要，只有保证了焊缝处的激光功率密度稳定和统一，才能保证所有动力电池焊缝的高质量和长寿命。影响到焊缝处焊接激光功率密度的因素就远不止激光功率这一点了，我们简单的罗列一下，至少会包含： 激光功率激光焦斑大小激光焦斑位置激光焦斑的位置漂移     Ophir公司的BeamWatch Integrated在线式激光光束品质分析仪可以集成在激光焊接机上，测量速度快到可以在上料下料周期内（此时焊接激光并不作用在工件焊缝上）完成上述所有激光参数的自动测量，并自动给出可继续焊接的建议或者给出警示，提醒产线人员清洁镜片或调整激光。BeamWatch Integrated是利用高能激光在空气中传输时，在空气中的产生的微小散射来完成其非接触的测试，可以在秒的量级内完成激光绝对功率，焦斑大小，焦斑位置，焦斑漂移，激光发散角，激光倾斜角，激光m2因子等综合参数测量并实时传输数据。 BeamWatch Integrated在线式激光光束品质分析仪热漂移：    在动力电池激光焊接生产中观察到，激光焦斑是会有缓慢漂移的，而激光焦斑的漂移会直接影响到焊接深度的一致性，当激光焦斑漂移达到毫米级别时，建议适时调整激光与光路。 镜片污染：    高功率激光焊接机在实施焊接过程中不可避免的会产生飞溅，为此一般会设置保护玻璃尽量保护激光输出光路不被污染。在激光焊接生产过程中还发现到，逐渐肮脏的保护玻璃会小幅度影响到有效焊接激光功率，更为重要的时，离散的飞溅物对于保护玻璃的污染，还会直接影响到焦斑直径和焦斑位置漂移，从而比前文提及激光功率减弱更严重的影响到了作用到焊缝上的有效激光功率密度，结果是导致焊接深度明显过浅。而我们可以在BeamWatch Integrated操作软件上设置阈值，超过阈值即给出警示，产线人员得以及时清洁保护窗片或激光镜片，保证激光焊接与焊缝质量的长时间稳定性。 BeamWatch Integrated实时测量界面     Ophir公司的BeamWatch Integrated在线式激光光束品质分析仪已经被标准内置在全球所有生产宝马第五代电池模块的自动化生产线中，如前文所言，在上料下料周期内完成焊接激光的综合参数测试，并实时反馈给中央控制器。另外在全负荷,满速度生产时，还可设定比如每五个或每十个动力电池模块焊接后自动做一次综合测试等设置。 设备BW-Integrated-150适用波长980- 1080nm束腰直径精度±5%束腰位置精度±125um相机视场32.17mm×8.55mm最大光束口径12.5mm焦点漂移精度±50μmBPP精度±3.5% rms发散角精度±3.5% rmsM²精度±3.5% rms气体充灌干燥气体(空气，氮气，氩气),5~10L/min,6bar功率测量范围500W～9999W(可订制30kW级)功率探头处最大功率密度 10kW/cm²,<15mm光束7kW/cm²,15-20mm光束5kW/cm²,20-40mm光束4kW/cm²,40-45mm光束 功率探测响应时间最大2.7s(9999W)背散射<1% 参考文献来源： “ Automobile manufacturer counts on 100% inspection with Ophir BeamWatch Integrated systems”--  Casestudy_BMW_01/23 @MKS Instruments, Inc.编译人：北京卓立汉光仪器有限公司 业务发展部 吴京航ZLolix|卓立汉光卓立现在着眼未来光电仪器事业中心2023年应用案例第17期 工业激光应用白皮书 -BeamWatch 动力电池激光焊接 在线检测系统 前言： 动力电池是所有新能源汽车的核心部件，与新能源汽车的续航能力和安全性息息相关。动力电池 的可靠程度直接决定了新能源汽车是否为广大消费者所接受。德国宝马公司在2013年推出了宝马首 台电动汽车i3， 在其动力电池产线上也大规模使用了动力电池激光焊接工艺。为了保证动力电池激光 焊接质量与长时间的稳定性，德国宝马公司在近年引入了 Ophir 公司的 BeamWatch 激光光束品质分 析仪，得以在上料下料时间内即可快速的完成焊接激光综合参数的测量，从而保证每个动力电池的最 优焊接质量，并进一步保证了动力电池在整个寿命期间内的安全性。 激光焊接在动力电池单元生产中需要绝对的精度。焊接前需要定期检查焊接激光的关键参数，Ophir 公司的 Helios 在线激光功率计可以实时的反馈当前激光功率值。 Ophir Helios 在线激光功率计 如果精益求精的考量，实时检测激光功率就够了么?显然不是!因为在焊接过程中，直接影 响到焊接质量的不单单是激光功率这一点。焊缝处的激光功率密度更为重要，只有保证了焊缝处的激 光功率密度稳定和统一，才能保证所有动力电池焊缝的高质量和长寿命。影响到焊缝处焊接激光功率 密度的因素就远不止激光功率这一点了，我们简单的罗列一下，至少会包含： ●激光功率 激光焦斑大小 激光焦斑位置 激光焦斑的位置漂移 Ophir 公司的 BeamWatch Integrated 在线式激光光束品质分析仪可以集成在激光焊接机上，测 量速度快到可以在上料下料周期内(此时焊接激光并不作用在工件焊缝上)完成上述所有激光参数的 自动测量，并自动给出可继续焊接的建议或者给出警示，提醒产线人员清洁镜片或调整激光。BeamWatch Integrated 是利用高能激光在空气中传输时，在空气中的产生的微小散射来完成其非接 触的测试，可以在秒的量级内完成激光绝对功率，焦斑大小，焦斑位置，焦斑漂移，激光发散角，激 光倾斜角，激光m²因子等综合参数测量并实时传输数据。 BeamWatch I ntegrated 在线式激光光束品质分析仪 一.热漂移： 在动力电池激光焊接生产中观察到，激光焦斑是会有缓慢漂移的，而激光焦斑的漂移会直接影响 到焊接深度的一致性，当激光焦斑漂移达到毫米级别时，建议适时调整激光与光路。 二.镜片污染： 高功率激光焊接机在实施焊接过程中不可避免的会产生飞溅，为此一般会设置保护玻璃尽量保护 激光输出光路不被污染。在激光焊接生产过程中还发现到，逐渐肮脏的保护玻璃会小幅度影响到有效 焊接激光功率，更为重要的时，离散的飞溅物对于保护玻璃的污染，还会直接影响到焦斑直径和焦斑 位置漂移，从而比前文提及激光功率减弱更严重的影响到了作用到焊缝上的有效激光功率密度，结果 是导致焊接深度明显过浅。而我们可以在 BeamWatch Integrated 操作软件上设置阈值，超过阈值即 给出警示，产线人员得以及时清洁保护窗片或激光镜片 ，保证激光焊接与焊缝质量的长时间稳定性。 BeamWatch Integrated 实时测量界面 Ophir 公司的 BeamWatch Integrated 在线式激光光束品质分析仪已经被标准内置在全球所有生 产宝马第五代电池模块的自动化生产线中，如前文所言，在上料下料周期内完成焊接激光的综合参数 测试，并实时反馈给中央控制器。另外在全负荷，满速度生产时，还可设定比如每五个或每十个动力 电池模块焊接后自动做一次综合测试等设置。 设备 BW-Integrated-150 适用波长 980-1080nm 束腰直径精度 ±5% 束腰位置精度 ±125um 相机视场 32.17mm×8.55mm 最大光束口径 12.5mm 焦点漂移精度 ±50um BPP精度 ±3.5% rms 发散角精度 ±3.5% rms M²精度 ±3.5% rms 气体充灌 干燥气体(空气，氮气，氩气)，5~10L/min，6bar 功率测量范围 500W~9999W(可订制 30kW 级) 功率探头处 10kW/cm2，<15mm 光束 功率探测响应时间 最大 2.7s(9999W) 背散射 <1% 参考文献来源： “ Automobile manufacturer counts on 100% inspection with Ophir BeamWat c h Integrated systems"--一 Casest u dy_BMW_01/23 @MKS I nstruments， Inc. 编译人： 北京卓立汉光仪器有限公司业务发展部吴京航 详细资讯请联系 Ophir 公司在华独家代理商先锋科技股份有限公司各地办事处： 北京办公室： 北京市海淀区上地七街一号汇众大厦2号楼6层 电话：01062634840 上海办公室： 上海市普陀区武宁路501号鸿运大厦17楼1701-1710室 电话：02162227575 深圳办公室： 深圳市龙华区民治梅龙路七星商业广场B1101-1103 电话：075583293053 成都办公室： 成都市顺城大街206号四川国际大厦七楼G座 电话：02884895322 西安办公室： 西安市高新区科技一路40号盛方科技园B座三层东区 电话：02989562755 郑州办公室： 郑州市中原区建设西路荣成大厦1215室 电话：13910017428