锂电池激光飞行焊接方案:卡门哈斯振镜系统在BDU、Busbar、PACK及圆柱电池中的应用,动力电池和储能行业对生产节拍的要求越来越高,尤其是在BDU、Busbar、电池模组、PACK以及大圆柱电池等环节,焊点数量多、产品结构复杂,传统的“移动—停止—焊接—再移动”方式,在高速产线上越来越容易成为效率瓶颈。
为了进一步缩短设备空行程和等待时间,激光飞行焊接开始在锂电生产线上得到更多应用。卡门哈斯结合高功率振镜焊接系统、焊接场镜、准直光学模块、运动控制以及视觉定位技术,针对锂电池高速焊接场景推出振镜激光飞行焊接方案,可与机器人、直线伺服平台、转塔及圆盘机构配合,实现焊接头或产品在持续运动状态下完成激光加工。
飞行焊接为什么适合锂电生产线
普通激光焊接在完成一个焊点后,机器人或伺服机构需要移动到下一个位置,等机械轴稳定后再开始焊接。
单个焊点来看,这部分时间并不明显。但对于一个拥有几十个甚至上百个焊点的电池模组或PACK来说,频繁启停、定位和等待累计起来,会占用相当一部分生产节拍。
飞行焊接的思路有所不同。
机器人或伺服机构不需要在每个焊点前完全停下来,而是保持连续运动。控制系统实时获取外部运动轴的位置和速度,同时将运动产生的位置变化补偿到振镜坐标中。
简单来说,就是让机械运动负责“大范围移动”,振镜负责“小范围高速定位和焊接”。
两者配合以后,焊接头可以一边移动,一边完成多个焊接位置的加工,从而减少机械轴反复加速、减速和停止所消耗的时间。
Busbar、BDU及PACK焊接应用
Busbar汇流排是动力电池模组和PACK中非常重要的连接部件,常见材料包括铝、铜以及铜铝复合结构。
由于一个电池模组上往往分布着多个极柱和Busbar焊接位置,如果完全依赖机器人逐点定位,生产节拍会受到机械运动速度的限制。
采用振镜飞行焊接后,可以让机器人或伺服轴带着激光振镜焊接头沿着电池模组连续移动。
当焊接头经过目标区域时,振镜根据当前位置快速调整激光焦点,完成圆形、直线、摆动或其他设定轨迹的焊接。
对于BDU、电池连接排以及PACK内部铜铝连接件,同样可以采用类似方式。
如果产品存在装配偏差,还可以配合同轴CCD视觉进行位置识别。视觉系统先确定实际焊接位置,再将偏差数据传递给控制系统,由振镜完成精确补偿。
这样可以降低对工装定位精度的过度依赖,也更适合自动化程度较高的电池生产线。
振镜与伺服如何配合
飞行焊接最关键的并不是单独把振镜速度做得多快,而是振镜与外部运动轴之间能否保持同步。
例如,伺服平台带着振镜焊接头以固定速度向前移动。
如果不做补偿,激光轨迹会因为焊接头自身的移动而发生偏移。
控制系统需要实时读取伺服轴编码器或机器人位置信息,并根据当前速度、位置和焊接轨迹计算补偿量。
振镜在执行原有焊接轨迹的同时,再叠加这一部分运动补偿。
最终在工件上看到的焊缝,仍然保持在设定位置。
这也是飞行焊接与普通振镜焊接最大的区别之一。
对于较长的电池模组或PACK,可以由伺服轴完成大行程移动,振镜只需要负责自身工作幅面内的快速焊接。这样既利用了伺服的大范围运动能力,也发挥了振镜高速扫描的优势。
大圆柱电池转塔飞行焊接
除了模组和PACK,大圆柱电池也是飞行焊接比较典型的应用方向。
在大圆柱电池生产线上,电芯通常随着转塔或圆盘连续运行。如果每个电芯到达焊接位置后都停止一次,再完成焊接,会影响整机节拍,也会增加转塔机构频繁启停带来的机械负担。
采用转塔飞行焊接后,电芯可以保持连续运动。
控制系统实时读取转塔编码器位置,根据电芯所在角度、转塔转速以及焊接轨迹,计算振镜需要进行的动态补偿。
在电芯经过焊接区域的同时,振镜完成集流盘、极柱、盖板或其他位置的焊接。
这种方式特别适合圆柱电池高速连续生产,可以明显减少等待和停顿时间。
卡门哈斯振镜飞行焊接系统的特点
对于锂电飞行焊接来说,真正影响系统稳定性的并不仅仅是振镜本身。
激光器、准直镜、振镜、焊接场镜、控制系统、视觉系统以及机器人或伺服机构之间,都需要进行匹配。
卡门哈斯长期从事激光光学系统和振镜扫描系统研发,可针对新能源电池焊接提供从光学器件到振镜焊接头及控制系统的配套方案。
针对铜、铝等高反射材料焊接,可以配置适合高功率激光应用的振镜和光学系统,降低高功率长时间工作带来的热漂移影响。
根据不同产线需求,系统还可以集成CCD视觉、同轴测距、功率监测以及焊接过程监测模块。
对于存在高度差的电池模组,可以通过3D动态聚焦或测距补偿方式调整激光焦点;对于位置存在偏差的Busbar和极柱,则可以利用视觉系统完成定位修正。
在实际项目中,卡门哈斯更关注的是整套系统能否与客户现有自动化设备稳定配合,而不是单纯提高某一个部件的参数。
从单点焊接向连续高速焊接发展
随着动力电池和储能生产线不断提高自动化程度,激光焊接设备正在从过去的单工位、单焊点加工,逐步向连续化、高节拍方向发展。
对于BDU、Busbar、电池模组和PACK来说,机器人或伺服机构负责大范围运动,振镜负责快速扫描和精确定位,是一种比较合理的分工方式。
对于大圆柱电池,则可以通过转塔连续运动与振镜动态补偿,提高单位时间内的电芯加工数量。
飞行焊接的价值,并不只是简单地“焊得更快”,而是尽可能减少生产过程中没有产生有效焊接的时间。
卡门哈斯将继续围绕新能源电池激光焊接应用,完善高功率振镜、焊接光学系统、运动控制及飞行焊接技术,为BDU、Busbar、模组PACK以及大圆柱电池高速生产线提供更加稳定、灵活的激光焊接解决方案。
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