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       雖然傳統(tǒng)激光焊接使用機(jī)械手或Cartesian系統(tǒng)操縱光束或工件，但是，遠(yuǎn)程焊接使用相對(duì)較長(zhǎng)的聚焦光纖（在此稱(chēng)為“遠(yuǎn)程”）和掃描鏡，以控制工件上的聚焦光束。然而，真正增加光束有效工作時(shí)間的措施是大幅降低關(guān)閉時(shí)間。由于采用較輕重量和高度動(dòng)態(tài)的掃描振鏡，因此可以實(shí)現(xiàn)快速的移動(dòng)焊接，只是意味著激光器花費(fèi)更多的時(shí)間焊接部件以及更少的時(shí)間處于等待位置以執(zhí)行下次焊接。結(jié)果產(chǎn)出量更高，工作站更少，且成本降低。圖1、遠(yuǎn)程焊接汽車(chē)部件遠(yuǎn)程掃描焊接用于許多汽車(chē)應(yīng)用，包括：座椅（傾斜器、框架、導(dǎo)軌、面板）、白色車(chē)身（行李箱、后面板、車(chē)門(mén)/懸掛部件、側(cè)壁、支柱）以及內(nèi)部（儀表板梁、后部支架/帽架）；參見(jiàn)圖1。與傳統(tǒng)激光焊接相比，遠(yuǎn)程掃描焊接具有下列優(yōu)點(diǎn)：

● 降低周期時(shí)間（通過(guò)減少定位時(shí)間實(shí)現(xiàn)）；

● 針對(duì)焊接形狀編程（能夠量身定制焊接形狀以?xún)?yōu)化部件強(qiáng)度）；

● 加工大型支架（防護(hù)玻璃使用壽命更長(zhǎng)）； 

● 降低夾具數(shù)量（通過(guò)降低工作站數(shù)量實(shí)現(xiàn)）。

       遠(yuǎn)程激光焊接或者“飛行焊接”可組合一臺(tái)機(jī)械手和掃描儀光纖將聚焦的激光光束定位到移動(dòng)工件上。它只需要幾秒鐘時(shí)間焊接元件（例如車(chē)門(mén)），激光焊接的效果卓越。機(jī)械手臂沿著工件上面大約半米的平滑路徑引導(dǎo)著掃描儀光纖。精致的掃描振鏡在極短時(shí)間內(nèi)將聚焦點(diǎn)從焊縫導(dǎo)向到焊縫。通過(guò)光纖傳輸?shù)墓虘B(tài)激光器（例如TRUMPF公司的TruDisk碟片激光器）位于遠(yuǎn)處的加工站，它是提供焊接能量的源動(dòng)力。掃描光學(xué)器件或可編程聚焦鏡組（PFO）器件位于激光器光纖光纜端部，將激光焦點(diǎn)精確定位到將要焊接的元件上的中央。PFO內(nèi)部的兩個(gè)掃描振鏡引導(dǎo)光束通過(guò)“扁平區(qū)域”光學(xué)裝置，該區(qū)域?qū)⒐馐劢沟狡胀ǖ木劢蛊矫?。PFO還配有一個(gè)電動(dòng)鏡頭，可以沿著Z軸方向上下移動(dòng)聚焦平面。從整個(gè)工作范圍的一端將聚焦激光光束重新定位到另一端只需要30毫秒。

 

       遠(yuǎn)程飛行焊接具備三個(gè)基本前提條件：首先，需要一個(gè)固體激光器提供光源。固體激光器能夠通過(guò)高度靈活的光纖纜線(xiàn)輸送激光束。尤其在使用多軸機(jī)械手來(lái)焊接位于三維空間內(nèi)的元件時(shí)，要求配有這種光纜。其次，要求具有卓越的光束質(zhì)量和合適功率的激光器。光束質(zhì)量是激光器聚焦能力的一種表現(xiàn)，遠(yuǎn)程焊接要求較長(zhǎng)聚焦長(zhǎng)度，可以產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)的光束質(zhì)量（即4至 8 mm-mrad），以在工件上達(dá)到合適的聚焦點(diǎn)尺寸（即大約0.6毫米）。汽車(chē)車(chē)身生產(chǎn)中的遠(yuǎn)程焊接一般使用4-6千瓦的激光功率。圖2、對(duì)門(mén)板的遠(yuǎn)程焊接顯示了具有線(xiàn)型焊跡和各種尺寸的“C”形或釘形焊接。第三個(gè)重要的前提條件是精確定位焊縫的位置。這要求機(jī)械手和掃描控制裝置之間實(shí)現(xiàn)軸同步。這也允許掃描儀控制裝置根據(jù)焊接形狀進(jìn)行編程，例如“C”形，機(jī)械手以變化的速度在焊接部件上方移動(dòng)，形成真正的“C”形。一些控制裝置采用“時(shí)間”同步的方式。問(wèn)題是，如果機(jī)械手的速度由于任何原因有所變化，則焊接形狀也將變化——因?yàn)檩S沒(méi)有同步。

 

     當(dāng)使用PFO執(zhí)行飛行焊接時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)任何可選形狀和尺寸的焊接模式。精準(zhǔn)的焊接形狀并不依賴(lài)于機(jī)械手的移動(dòng)速度，它適用于焊接元部件——這是那些笨拙且不精確的機(jī)械手無(wú)法完成的任務(wù)。雖然線(xiàn)性焊接要求的凸緣寬度比電阻點(diǎn)焊低得多，但是有時(shí)其它形狀（例如C形或釘形焊接）可以在增加強(qiáng)度和降低重量之間提供理想的平衡（圖2）。不管是短線(xiàn)、圓形、C形或S形焊接，激光焊縫的尺寸、布置和方向都考慮到優(yōu)化焊接組件的重量和強(qiáng)度。除了能夠通過(guò)對(duì)焊縫形狀進(jìn)行戰(zhàn)略布置以?xún)?yōu)化強(qiáng)度和重量以外，與雙側(cè)操作電阻點(diǎn)焊相比，單側(cè)操作激光焊接具有另一種優(yōu)點(diǎn)。與開(kāi)放式橫斷面和成型金屬板相比，閉合式橫斷面（例如用于框架的管道和型材）剛度更大，因此提高了汽車(chē)的強(qiáng)度，同時(shí)降低重量和成本。

 

     與電阻點(diǎn)焊相比，激光飛行掃描焊接可有效用于日益增多的汽車(chē)元部件焊接。使用遠(yuǎn)程掃描焊接，避免將點(diǎn)焊槍從一個(gè)焊接位置移動(dòng)到另一個(gè)焊接位置，節(jié)省了相對(duì)較長(zhǎng)的重新定位時(shí)間。掃描頭的連續(xù)移動(dòng)和掃描鏡激光焦點(diǎn)的快速定位對(duì)于大幅增加產(chǎn)量有著重要作用。不僅如此，產(chǎn)生具有與電阻點(diǎn)焊相同強(qiáng)度的激光焊接只需要很少的時(shí)間。節(jié)約工作時(shí)間，就能增加焊接組件的產(chǎn)量以及在其上產(chǎn)生的焊縫數(shù)量。白色車(chē)間內(nèi)，對(duì)于金屬板厚度0.6-1.8毫米的車(chē)身，通常每個(gè)焊接點(diǎn)要求大約2秒的時(shí)間，但同樣效果的激光焊縫可以以不到0.4秒鐘的時(shí)間生成。因此，僅僅焊接時(shí)間就降低五倍。

 

     戴姆勒公司（Daimler AG）是在系列生產(chǎn)中使用遠(yuǎn)程飛行焊接的第一家汽車(chē)制造商。為此，戴姆勒開(kāi)發(fā)了“RobScan”工藝，自2007年以來(lái)一直在其德國(guó)工廠(chǎng) （Bremen和Sindelfingen）以及南非（East London）用于焊接C級(jí)汽車(chē)的車(chē)身部件。目前，已有幾乎70臺(tái)RobScan系統(tǒng)投入使用。RobScan系統(tǒng)配有PFO 33掃描裝置和超過(guò)30個(gè)二極管泵浦碟式激光器，輸出功率范圍為3千瓦至4千瓦。圖3、PFO三維圖顯示了三維工作范圍。

       
       自2009年1月以來(lái)，戴姆勒一直采用第二代RobScan工作。由于縮短周期時(shí)間和提高裝置激光功率的使用，進(jìn)一步優(yōu)化了生產(chǎn)質(zhì)量和成本效率。通過(guò)四種創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了這些優(yōu)點(diǎn)：1) 激光光束的焦距位置可以沿著Z軸變化；2) 降低焊接穿透程度；3) 進(jìn)一步發(fā)展在線(xiàn)焊接質(zhì)量控制；以及4) 系統(tǒng)編程的離線(xiàn)模擬。由于PFO 3D中具有額外的Z軸，因此能夠從掃描光學(xué)裝置的不同距離或者上下傾斜進(jìn)行焊接，但無(wú)需改變機(jī)器人在Z軸方向的路徑（圖3）。將焊透程度從全部降低到部分，從而降低了焊接濺落的數(shù)量、加快了焊接速度且不影響焊接強(qiáng)度?？梢允褂眯碌腃AD模擬工具對(duì)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)路徑進(jìn)行離線(xiàn)編程。系統(tǒng)測(cè)試所有焊縫的通路，執(zhí)行與夾緊設(shè)備發(fā)生的碰撞測(cè)試，并優(yōu)化機(jī)器人和掃描儀移動(dòng)的協(xié)調(diào)性。這樣可以降低安裝和切換時(shí)間，提高周期時(shí)間，以及有助于執(zhí)行復(fù)雜裝置中的設(shè)備規(guī)劃。離線(xiàn)模擬還可以確保已經(jīng)優(yōu)化機(jī)器人路徑和運(yùn)行速度。Sindelfingen工廠(chǎng)的E級(jí)產(chǎn)品生產(chǎn)中已經(jīng)添加了20個(gè)配有PFO三維掃描儀的新一代RobScan系統(tǒng)。在C級(jí)和E級(jí)車(chē)身加工中，新型RobScan工藝的飛行焊接已經(jīng)替代了15%的電阻焊點(diǎn)。在Sindelfingen工廠(chǎng)，使用七臺(tái)6千瓦的盤(pán)式激光器生產(chǎn)E級(jí)車(chē)身。由于使用新的掃描裝置和先進(jìn)的機(jī)械手路徑和模擬工具，因此，公司能夠進(jìn)一步降低E級(jí)系列生產(chǎn)需要的遠(yuǎn)程系統(tǒng)的數(shù)量。

 

 

      一個(gè)激光飛行焊接站可以替代最多五個(gè)傳統(tǒng)的電阻點(diǎn)焊工作站。同時(shí)，只需要一個(gè)或兩個(gè)夾緊工作站就足夠焊接結(jié)構(gòu)構(gòu)件。因?yàn)榭梢栽谝粋€(gè)激光焊接站加工不同的元件，或者開(kāi)展不同的工藝（例如除了激光焊接之外的激光凹槽），所以用戶(hù)能夠在生產(chǎn)中利用自由空間。與電阻點(diǎn)焊相比，生產(chǎn)時(shí)間已經(jīng)降低80%。如果只是比較處理速度，激光功率為4千瓦時(shí)的焊接速度大約要快六倍；在6千瓦時(shí)大約要快十倍。在較高負(fù)載周期和最高激光輸出功率時(shí)，可以達(dá)到五倍的更高生產(chǎn)能力。圖4、與電阻點(diǎn)焊相比，激光焊接可以降低或消除凸緣。 

 

     這些優(yōu)點(diǎn)不僅僅是數(shù)量方面的，而且還有部件質(zhì)量方面的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)檫h(yuǎn)程激光焊接降低了生產(chǎn)公差。一方面，部件承受的熱輸入和機(jī)械應(yīng)力比普通的焊接工藝更少。部件變形不大，結(jié)構(gòu)幾何形狀不受影響。另一方面，定位和夾緊程序的數(shù)量減少，因此焊接元件以及整個(gè)車(chē)身的尺寸穩(wěn)定性更大。

遠(yuǎn)程激光焊接與電阻點(diǎn)焊相比，盡管生產(chǎn)工具和激光器成本相對(duì)較高，但是整體成本仍然較有優(yōu)勢(shì)?？梢栽谕贿h(yuǎn)程焊接線(xiàn)上焊接不同的車(chē)身款式，所節(jié)約的成本與工藝靈活性相關(guān)聯(lián)。長(zhǎng)期以來(lái)，遠(yuǎn)程加工的運(yùn)用并不局制于金屬車(chē)門(mén)、側(cè)壁或者后部中心組件。越來(lái)越多的汽車(chē)部件供應(yīng)商采用此技術(shù)加工其它組件，例如保險(xiǎn)桿、搖桿導(dǎo)軌、輪罩或儀表板支架。