利用金属和玻璃对汽车前灯和尾灯进行组装已落后于时代潮流，作为现代材料，塑料让汽车设计呈现出全新面貌。现在，通过一项全新的技术手段，可实现汽车车灯设计风格与尺寸大小的多样化。史陶比尔六轴机器人与乐普科光电(LPKF)公司的激光复合焊接系统配合，作为系统关键部件配合实现能源输入，并为创新的焊接工艺提供灵活的夹具安装，完成标准ABS或者ABS/PC复合塑料灯罩与透明有机玻璃镜片的焊接。
乐普科TwinWeld3D系统
如果没有精巧的塑料灯组装，人们无法想象现代汽车是什么样。不为人知的是，如今汽车设计师在车灯生产过程中对尺寸大小以及形状的选择仍然十分有限。采用标准的振动或热板的低应力焊接，只有在工件达到一定尺寸且形状相对平坦时才可实现。此外，还要利用透明有机玻璃镜面的黑色注入边缘来隐藏不规则的焊缝。
激光复合焊接则完全摒弃了传统塑料焊接技术的缺点，无论对于标准ABS还是PC/ABS复合塑料灯罩与透明有机玻璃镜面的焊接，都是理想的选择。这项技术在带来较低的机械应力的同时完成高等级的三维焊接，诀窍在于设定精准的光束强度。乐普科光电（LPKF）公司及其合作伙伴已开发了利用机器人的激光复合焊接工艺，且自2005以来已有数项典型应用。该专利技术在批量生产中的可靠性也得到了验证，韩国现代公司的大型汽车尾灯焊接便得益于此。
在乐普科最新一系列的车灯制造解决方案中，史陶比尔高精度的六轴机器人和旋转工作平台被大量应用，不仅有效地缩短了处理周期、降低了材料和工具的成本，并且避免了耗时的热处理流程，展现了塑料件的完美外观，凸显了全新的设计理念。基于这些创新元素和优点，高度自动化的乐普科TwinWeld3D焊接单元将全面革新传统塑料焊接方式。
不同于简单的激光焊接，复合激光焊接不仅对底部的、可吸收激光的部件有效，对位于上端的透明塑料元件同样有效。由于单色激光束无法直接对透明的连接元件进行加热，要实现这种焊接方法，需要将单色激光束与长波多色卤素光进行配对，根据需焊接在一起的部件的熔点选择最佳的焊接温度。能量源的组合省去了退火处理，不仅提高了加工速度，低应力对接焊接还实现了部件完美地外观。
对焊接在一起的部件进行统一的加热与冷却，意味着其他塑料焊接方法中用于释放压力的退火工序在复合激光焊接中被彻底摒弃，这使得组装照明系统便利了不少。加上可以将非常大的塑料灯与设计大胆、形状各异的表面焊接，让乐普科TwinWeld3D系统成功地赢得了市场的青睐。
图1：TX90L机器人的高负载和高刚性，实现焊接装置的高度集成
史陶比尔TX90L机器人
史陶比尔TX90L机器人利用旋转分度台来控制装有气动调节设备的复合组焊单元内部的操作。激光束以及卤素光在机器人手臂精确引导的操控下，协同对工件进行加工。在机器人记录工件的轮廓时，集成的气动弹簧张力辊对工件施加300N的压力，以确保连接在一起的两个塑料件实现完美贴合。最终，焊接边缘毫无磨损，工件呈现出低应力、精确且纤细的对接焊缝，这样，即便是用于可视化装饰工件也没有问题。当然，只有具备极高精度的六轴机器人才可能实现精准的路径轨迹，从而完成复合激光焊接。乐普科表示，在众多品牌中选择史陶比尔机器人是基于以下原因：±0.035mm的可重复精度使得史陶比尔机器人比其他品牌机器人具有更高的路径精准度；即便受限于给定的L型工作路径和负载，结构紧凑的机器人在1200mm的工作范围内依然游刃有余。开放的VAL3控制系统满足了单元集成的特殊订制，提供给客户功能强大且用户友好的操作系统。
仔细察看焊接单元中的机器人，就会发现，除了张力辊施加的高压以外，机器人还要负责整个焊接工艺。激光能量源连同自身复杂的高性能冷却装置必须集成在机器人中，从而避免冗长的光纤电缆带来的影响。史陶比尔工程师研发的定制手腕配有旋转卤素光源的复杂焊头可放到第五轴上，无需使用同向机架。卤素光和激光束穿过中心，透过复杂的馏金反射镜无限放大，两个光源通过一个镜片聚焦到一个点上，这就是该系统的创新所在。焊接过程中需要进行大量的数学运算，按照不同的焊接速度，来控制激光与卤素光的输出。即使焊接速度达到80～150mm/s，创新的流程监督系统仍可度量元件的高度，当元件容差发生变化时，可以通过改变控制参数弥补更正。PLC连接到基于VAL3语言的史陶比尔CS8C控制器上，稳定地操控焊接过程。质量保障系统建立于焊缝密封的反射特性基础上，并融合于焊头内。而触摸屏的应用也展示出极大的用户友好性，带给客户极佳视觉体验。对工件数据的全面掌握便于操作员迅速调整机器人的轨迹点，这种情况是非常常见的，具体要看每批塑料部件尺寸偏差的大小。必要的话，还可以使用Staubli手动控制器。
与其他塑料焊接方法不同，该系统不需要上模板，由于整个焊头和张力辊都被集成在机器人中，惟一的元件成本由下模板产生，这个下模板由乐普科提供，用作工程与设计支持活动的一部分。凭借机器人的高速与灵活，结合一流的焊接技术，这项创新性的机器人激光复合焊接系统树立了行业标杆，焊接一个普通的尾灯大约只需要30秒，彻底省去了以往长达30分钟的退火处理过程。生产企业可以在焊接之前就将灯和发光二级管组装起来，这无疑将在未来更频繁地影响整个汽车的设计，汽车尾灯设计时代更是自此翻开了不受束缚的新篇章。
作者：史陶比尔
