王永亮，廖新明，王振江

（日本電產(chǎn)三協(xié)電子（東莞）有限公司，廣東東莞523325）

0 引言

光學(xué)防抖制品[1]在各大領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，市場對光學(xué)防抖制品的需求日趨強烈，同時企業(yè)生產(chǎn)勞動力成本的增加，迫使國內(nèi)各光學(xué)防抖制品的制造企業(yè)爭相開展制造技術(shù)革新，在此背景下，許多先進創(chuàng)新型技術(shù)在很多瓶頸工程得以應(yīng)用，并取得顯著效果。在光學(xué)防抖制品的眾多制造工藝工程中，彈簧片、鋼球等微細金屬部件的焊接工程更屬于瓶頸工程，生產(chǎn)效率極其低下且工序繁瑣，工藝精度要求高，急需技術(shù)設(shè)備革新。激光焊接技術(shù)具有焊接精度高、可持續(xù)作業(yè)性強、耗能低、安全性好等優(yōu)點，隨著激光焊接技術(shù)的成熟發(fā)展再配于先進自動化控制技術(shù)，研究開發(fā)新型激光焊接設(shè)備，運用在光學(xué)防抖制品彈簧片鋼球焊接工程上，結(jié)合前后工程工序的銜接合理性，從人工傳統(tǒng)焊接作業(yè)不斷改進轉(zhuǎn)化，新型彈簧片鋼球激光焊接設(shè)備不僅具有焊接功能，也具有來料檢查判斷功能。

本文介紹了激光焊接的分類及工藝特點，對激光焊接技術(shù)在光學(xué)防抖制品制造領(lǐng)域中的應(yīng)用及焊接技術(shù)進行了深入地探討研究，致力于減少企業(yè)人力成本、優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，提升行業(yè)生產(chǎn)自動化程度，為逐步實現(xiàn)光學(xué)防抖制品的智能制造打下基礎(chǔ)。本文從激光焊接技術(shù)在光學(xué)防抖制品[1]制造領(lǐng)域中的應(yīng)用及其焊接技術(shù)出發(fā)，探究光學(xué)防抖制品應(yīng)用激光焊接技術(shù)的創(chuàng)新成果。

1 激光焊接分類

激光焊接[2]是激光材料加工技術(shù)應(yīng)用的重要方面之一。按激光發(fā)生器輸出能量方式的不同，激光焊接分為脈沖激光焊接和連續(xù)激光焊接。

（1）脈沖激光焊接。主要用于薄片金屬材料的點焊和縫焊，其焊接過程屬于熱傳導(dǎo)型，即激光輻射加熱工件表面，再通過熱傳導(dǎo)向材料內(nèi)部擴散，通過控制激光脈沖的波形、寬度、峰值功率和重復(fù)頻率等參數(shù)，使工件之間形成良好的連接。脈沖激光焊接最大的優(yōu)點是工件整體溫升很小，熱影響范圍小，工件變形小。

（2）連續(xù)激光焊接。主要是以光纖激光器或者半導(dǎo)體激光器對工件表面連續(xù)加熱進行焊接。

2 激光焊接工藝方法

激光焊接的工藝方法如下。

（1）片與片間的焊接：包括對焊、端焊、中心穿透熔化焊、中心穿孔熔化焊等工藝方法。

（2）絲與絲的焊接：包括絲與絲的對焊、交叉焊、平行搭接焊、T型焊等工藝方法。

“No surgeon who wished to preserve the respect of his colleagues would ever attempt to suture a wound of the heart”[27].

（3）金屬絲與塊狀元件的焊接：采用激光焊接可以成功實現(xiàn)金屬絲與塊狀元件的連接，在焊接中應(yīng)注意絲狀元件的幾何尺寸。

（4）不同金屬的焊接：焊接不同類型的金屬要解決可焊性與可焊參數(shù)范圍，不同材料之間的激光焊接只有某些特定的材料組合才有可能。

3 激光焊接在光學(xué)防抖制品制造的應(yīng)用優(yōu)勢

光學(xué)防抖制品是一種體積較小的高精密制品，是由許多精密五金件及精密電子元器件組成，一般來說，光學(xué)防抖制品的裝配及制造工藝[3]較高，故其對部組件的寸法要求也極其高。因此，光學(xué)防抖制品的五金部品經(jīng)過焊接加工后其寸法不可出現(xiàn)較大差異。以往使用傳統(tǒng)的焊接工藝對光學(xué)防抖制品部件進行加工，往往因焊接的客觀條件及焊接效果不理想而導(dǎo)致諸多不良品產(chǎn)生，且生產(chǎn)效率低下。激光焊接技術(shù)工藝出現(xiàn)，因其焊接熱變形小、熱影響區(qū)小、焊縫效果好、焊接精度高、焊接環(huán)境無特別要求等諸多優(yōu)點，很快便被應(yīng)用在光學(xué)防抖制品制造領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。

4 光學(xué)防抖制品彈簧片鋼球焊接機激光焊接的應(yīng)用

光學(xué)防抖制品彈簧片鋼球自動焊接始終以提升產(chǎn)品品質(zhì)、提高生產(chǎn)效率和減少工人勞動強度為目標，采用高精度分度盤作為部品工序自動轉(zhuǎn)移載體，合理應(yīng)用精密氣缸作為下壓治具動力元件，高精準影像視覺判別系統(tǒng)作為工序判別，以米亞基光纖傳輸激光器[4]作為焊接能量設(shè)備，同時考慮設(shè)備故障時如何快速維修調(diào)整為中心，最終在優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)光學(xué)防抖制品彈簧片鋼球自動激光焊接，有效提高生產(chǎn)效率。

光學(xué)防抖馬達制品彈簧片鋼球組完整部組件有兩個部件構(gòu)成：彈簧片單體和直徑為1.0 mm的鋼球。依工藝流程兩者先進行精密組裝，組裝完畢后，進行微小高精度激光焊接將兩者有效熔接。如圖1所示。

圖1 鋼球組

4.1 設(shè)備整體

圖2 激光熔接設(shè)備

4.2 防抖制品彈簧片鋼球激光焊接設(shè)備工藝難點

（1）彈簧片和鋼球的移送精度不足時，焊接就不易操作，所以設(shè)備移送精度為首要考慮要素。

（2）彈簧片與鋼球自動下壓機構(gòu)的設(shè)計不到位，會造成彈簧片浮起、鋼球偏移、彈簧片壓傷、鋼球壓傷等眾多不良多發(fā)。

（3）彈簧片鋼球激光焊接機采取雙工作頭同步作業(yè)，故設(shè)備中兩工作頭相對坐標位置與分度盤上的雙受臺相對位置必須盡量保證一致，否則容易出現(xiàn)兩受臺焊接作業(yè)產(chǎn)出效果差異過大而不良多發(fā)。

（4）設(shè)備部組件之間的位置精度要求高，且分度盤表盤動態(tài)轉(zhuǎn)動時要求4個號位水平度在0.05以下，故對表盤加工精度要求更高，所以設(shè)備裝配調(diào)整難度大、耗時長。

（5）激光焊機的合理焊點參數(shù)[5]與焦點位置的尋找耗時長、若焊點參數(shù)設(shè)置不合理，容易導(dǎo)致鋼球發(fā)黑、假焊接、彈簧片凹槽位熔穿等不良發(fā)生。如圖3所示。

圖3 焊接不良實物寫真

4.3 防抖制品彈簧片鋼球激光焊接設(shè)備重要機構(gòu)

（1）工作頭機構(gòu)

工作頭機構(gòu)由動力氣缸、線性導(dǎo)軌、激光焊頭、可調(diào)滑塊及相關(guān)非標治具組成，如圖4所示。工作頭機構(gòu)內(nèi)置雙激光焊頭，兩激光焊頭分別鎖固在對應(yīng)的定位治具上，定位治具鎖固在可調(diào)滑塊上（可上下、左右、前后3個方向調(diào)整），可調(diào)滑塊鎖固在工作頭機構(gòu)主活動板上。因設(shè)備采用雙頭同步作業(yè)模式，所以設(shè)備焊點調(diào)整時要把兩焊點的聚焦高度位置必須調(diào)整至保持一致，兩焊點的水平相對位置必須調(diào)整到與受臺上兩定位槽的相對位置相等。工作頭機構(gòu)內(nèi)置的兩激光焊頭之間設(shè)有排煙管口用于安裝排氣管，將焊接時產(chǎn)生的有害氣體及時排出。因焊接時會產(chǎn)生火星顆粒，若長時間焊接作業(yè)，會導(dǎo)致鏡頭玻璃表面附有大量焊渣顆粒而影響激光能量輸出，所以在鏡頭玻璃面上方追加一塊保護鏡片（可更換），保護鏡片需要定期更換保障激光能量輸出正常。

圖4 工作頭機構(gòu)

（2）分度盤機構(gòu)

分度盤機構(gòu)由動力伺服馬達、主體圓盤、受臺治具及相關(guān)非標治具組成，如圖5所示。分度盤機構(gòu)的主體圓盤上的四等分位置追加工凹槽以便于四受臺治具更換時能更快更好地精準定位，降低四受臺的相對位置的差異。

圖5 分度盤機構(gòu)

（3）壓緊機構(gòu)

壓緊機構(gòu)由2個動力氣缸、線性套筒導(dǎo)軌、壓緊板、壓緊治具組成，如圖6所示。壓緊機構(gòu)采用兩端氣缸壓緊作業(yè)模式有利于受力平衡，2個動力氣缸可共用1個電磁閥，以確保兩氣缸的動作同步。氣缸帶動壓緊板上下動作，壓緊治具通過活動彈性套管鎖固在壓緊板上，可具有彈性活動功能，有效防止彈簧片壓傷，兩氣缸上裝有上、下限感應(yīng)器，為控制系統(tǒng)提供壓緊機構(gòu)位置信息，壓緊板兩端對應(yīng)氣缸為鎖固了2個限位螺絲，限位螺絲可用于調(diào)整壓緊板下壓極限位置，從而調(diào)整壓緊力度。

圖6 壓緊機構(gòu)

（4）影像視覺CCD機構(gòu)

影像視覺CCD[6]機構(gòu)由固定支架、動力氣缸、線性導(dǎo)軌及CCD判別配套系統(tǒng)組成，如圖7所示。影像視覺CCD的鏡頭鎖固在定位治具上，定位治具鎖固以動力氣缸上，動力氣缸帶動鏡頭左右移動分別對受臺上兩定位槽進行檢測，從而判別部品供料是否正常，有效避免因供料異常而引起的誤焊接，防止激光打傷受臺治具。

圖7 影像視覺CCD機構(gòu)

4.4 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)[7]由三菱PLC和威綸觸摸屏組成。設(shè)備操作分手動模式和自動模式，在手動模式下運用威綸觸摸屏對設(shè)備各氣動執(zhí)行元件進行單動的獨立控制，根據(jù)設(shè)備自動運行模式下的實際動作執(zhí)行時的作業(yè)實際，在手動模式下的設(shè)備參數(shù)設(shè)置界面設(shè)置調(diào)整相關(guān)對應(yīng)焊接坐標位置的參數(shù)。調(diào)整OK確認后轉(zhuǎn)到自動模式便可實施生產(chǎn)，后續(xù)不需要再作調(diào)整。如需PASS某坐標位的焊接動作，也可在手動模式的功能界面修改即可。自動模式為設(shè)備的自動生產(chǎn)時所處的狀態(tài)。為了確保生產(chǎn)運行安全，設(shè)備的執(zhí)行元器件單動功能在自動模式下操作不可。

5 設(shè)備測試及關(guān)鍵技術(shù)

設(shè)備運行測試記錄實驗結(jié)果如表1所示。

表1 光學(xué)防抖制品彈簧片鋼球自動焊接設(shè)備實測結(jié)果

本項目在實施過程中主要解決了以下關(guān)鍵點。

（1）精密氣缸、高精度分度盤的運用使設(shè)備執(zhí)行動作的精確性得到保障，從而可以高效、準確地完成鋼球彈簧片的組配。

（2）精密彈性壓緊機構(gòu)的設(shè)計，有效解決彈簧片鋼球組組裝壓緊壓傷的不足問題，有效避免了因異常來料而發(fā)生的彈簧片壓緊變形。

（3）精密激光焊技術(shù)的應(yīng)用，有效解決傳統(tǒng)焊接的精度不足問題，有效避免了因精度不足而發(fā)生的鋼球焊接變形及焊點偏移等問題。

6 結(jié)束語

本文通過對激光焊接技術(shù)的應(yīng)用、焊接工藝[8]及其相關(guān)輔助非標設(shè)備的深入探討，了解到激光焊接作為一種高質(zhì)量、高精度、低變形、高效率和高速度的焊接方法，在光學(xué)防抖制品制造領(lǐng)域中的應(yīng)用越發(fā)成熟，隨著激光焊接技術(shù)的發(fā)展，其可靠性、經(jīng)濟性和耐久性進一步提高，智能化、數(shù)字化激光焊接技術(shù)和激光復(fù)合焊接技術(shù)已成為今后的主要研究方向，激光焊接技術(shù)的創(chuàng)新成果也并將在汽車制造、航天、電子、造船等其它諸多領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。