在高速高精度的激光焊接生产过程中，必须可靠的保证激光射束能够快速、准确的找到焊接位置，并严格的按照焊接轨迹运动。对此，专门研发生产的电动机和空心传动轴保证了极高的运行质量和运行特性。

Michael Heins

在强烈的激光射线照射下CO2板式激光焊接设备已创纪录的焊接速度完成了高精度的激光焊接。工业企业利用千瓦级的大功率激光器切割各种不同钢板和大面积的零部件。利用传统的切割方法来完成上述切割工作要耗费大量的时间和精力。

30多年以来，采用不同激光源的激光焊接设备在工业化生产中得到了广泛应用，在许多应用领域激光焊接都占有一席之地。尤其是在汽车制造领域，激光焊接几乎已经成为不可或缺的工艺技术。它越来越多的代替了传统的电焊工艺技术，并且能够对不同材质的材料进行焊接，包括塑料材料的焊接。

Rofin-Sinar公司开发的RWS远程遥控焊接系统使用了功率强大的CO2板式激光器或者固体激光器;可以在高达400m/min的运动速度下完成高精度的焊接。

与Rofin-Sinar公司和Robot公司合作，Harmonic公司研发了第三代Drive驱动系统。该系统有着很高的运行精度和特性，保证了激光射束极高的导向精度、激光器的动态性能以及定位精度。即使在聚焦距离2?m的情况下也能够自动完成高速焊接，并始终保持极高的质量和承载能力。两坐标控制下的激光射束能够在微秒级的时间里准确找到焊接位置，高速快进，即使是在3D弯曲轨道上行驶时也能以很高的速度完成焊接。留在激光器身后的是高质量的焊缝，按照这样的焊接速度普通焊接工艺决不可能达到如此高的焊接质量(图1)。

图1 在强烈的激光射线照射下CO2光焊接设备已创纪录的焊接速度完成了高精度的激光焊接

聚光焊接避免温度升高

激光焊接设备的功率高达8kW，在RWS远程遥控焊接系统中激光射线经透镜聚焦到一点，经折射镜直达焊接区域。折射镜的重量经过优化设计，并采用了背面冷却方式。折射出的激光射线准确的聚焦于焊接点。无需使用任何焊接辅料，激光就能以很高的精度和运行抛物线一点点的熔化被焊接金属材料，完成焊接。典型的聚光点直径为0.6?mm，可以毫无问题的完成细丝和薄板的焊接。由于高能激光作用的时间很短，因此可以避免向被焊接金属材料深层传递大量的热量，从而也保证了金属材料的晶格不会发生变化。

今天，利用不同激光源的激光焊接技术已经开启了高速度、高精度、高可靠性以及高效率焊接生产的大门。与传统的点焊工艺技术相比，远程遥控焊接设备的生产能力提高了4~5倍，在某些应用中甚至可以提高10倍。其一分钟内可以完成最多200个焊点的焊接。现代化的RWS远程遥控激光焊接设备在2000万个工作循环之内有着很高的可用性，焊缝总长度在300km内都无需更换工业应用情况下产生的磨损件。

驱动轴的运动要有足够的精度

新的RWS远程遥控激光焊接设备RWS-flex满足了市场提出的高要求，尤其是汽车制造业提出的高要求。在汽车制造领域，车门和座椅等零部件都要用大面积的铁板焊接而成。除了很高的配合要求外，其还要求很高的焊接可靠性和焊接强度。

这一激光焊接工艺也可以在其他工业焊接的场合中使用。其准确性和很好的焊接工艺性能、无需使用焊丝和辅料等突出特点使其满足了特殊焊接的前提条件。基于较大的工作空间和长达2m的聚焦长度，该设备在折射镜同步调节时所需的转角很小。这样就有可能结合大功率的激光光源实现快速焊接和很短的定位时间(图2)。返回运动时需要很高的线性和旋转轴以保证折射镜能够在X轴和Y轴上实现可靠的准确定位;这就对滑动和定位运动提出了很高的要求。在运动过程中很小的不确定性都会对定位和焊缝的质量带来不利影响。只有驱动链中所有运动部件最佳的协同运动才能保证理想的焊接效果。

图2 远程遥控焊接设备工作时的运动速度快、定位时间短

实时的位置调节满足高速要求

利用Heidenhain公司生产的高清晰度位置检测系统对Harmonic公司生产的电动机位置进行检测，检测精度在弧秒级范围内;由上一级ABB控制系统对检测结果进行评判和处理。焊接速度的控制装置根据这些检测数据实时调节激光器的工作位置。利用一个专用的电路，可以将集成式行程检测系统检测到的高清晰度信号提供给ABB机器人。Harmonic公司的电动机是专门针对这一使用环境生产制造的，使用了具有很高动态性能和保证极佳运动特性的空心轴。利用水冷的折射镜和电动机，此激光焊接系统的功率可高达8?kW：功率允差非常严格，功率数值非常准确，即使是在自动化工况下也能保证无故障的工作。

Harmonic公司几十年来一直在高精度驱动系统领域中开展经营活动，为各种不同的应用领域提供高质量的产品。

20世纪90年代初，Harmonic公司就开始在公司总部研发生产特殊应用的变速器和伺服驱动装置。其总部的生产厂不断扩建，并持续提升产品研发和生产能力。发展至今，该公司的产品线已经非常广泛，能够为用户提供合适的驱动解决方案。同步电动机是Harmonic公司除机械变速系统外的另一大关键产品。近两年，其不仅扩建厂房，提升产能，还招募了一批经验丰富的专业技术人员。

紧凑装置保证了低噪声的平稳运行

Harmonic公司5种型号的CHM系列空心轴电动机的输出扭矩覆盖了2.8~37?Nm的扭矩范围;最高转速可达4000~6500r/min。这些电动机的级间耦合电压为直流电压，范围为48~680V。电动机的工作环境温度在0~40℃之间，可选配电机制动器。特种电动机的工作环境温度可达-40℃，能满足安全防护等级IP 65的要求，也能符合用户对特种电压的要求。

CHM空心轴电动机涉及到的是一种高质量水平的电动机技术(图3)。紧凑的结构形式和大内径的空心轴保证了这种电动机有着比传统电动机结构形式更多的优点：整体尺寸能够更加紧凑。Yukondrive公司研发生产的、带所有常规现场总线接口的伺服调节器是对这一系统最好的补充。通过有目的的绕组和电磁回路的优化，扭矩脉动和磁阻转矩都减小到了最低程度。当CHM空心轴电动机在对称的、正弦波形的三相系统中工作时，噪声很低。

图3 CHM系列空心轴液压马达保证了激光焊接设备的焊接精度