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第 10 卷 - 2022 年 12 月刊
自动化和机器人化金属表面激光毛化、清洗或打标的优势
图1：与Laserax合作，Ferročrtalič激光技术高科技中心隆重开幕
图2：同时利用激光进行清洁和毛化
图3：4级激光束安全方面概述
图4：此处为激光器如何在设定的周界内操作的图示
图5：激光毛化前后的图像比较
激光技术正在许多行业和我们生活的其他领域中稳步走向前沿。其以节能、速度快、运行维护成本低、精度高、工艺重复性好等优点取代了传统工艺，并对加工方法进行了升级。与此同时，与自动化和机器人化的结合使得这项技术引入了以前不可能实行的全新加工方法。在FerroČrtalič，我们正努力加快促进这项技术的突破。
选择正确技术
脉冲光纤激光技术的光束在近红外(NIR)光谱中，波长为1064nm，最合适金属表面的处理。根据预先设定的参数，用快速移动的激光束脉冲穿过表面，从而实现对表面的处理。
当在自动化和/或机器人化应用程序中使用脉冲光纤激光器时，2D或3D激光解决方案效果最佳。它是一种通过光纤导体产生并传导激光束(脉冲)的装置，然后其经由可移动的反射镜(扫描镜)通过激光透镜将激光束引导到表面。
利用2D激光头，激光束根据预设参数和编程的移动路径以脉冲形式沿两个轴(X轴和Y轴)的方向覆盖工件表面。在不移动头部或工件的情况下，光束在表面上的大小取决于透镜类型的选择。不同透镜类型的选择，会影响焦平面上的光束光斑大小，从而产生不同的光斑尺寸，进而影响光斑能量的集中。
3D激光头与2D激光头的不同之处在于，其比2D激光头多一个用于定义第三轴(Z轴)的透镜。这使得激光器能够在斜坡和具有阶梯式表面的物体上运行。
自动化和机器人化的优势
在Ferročrtalič，作为表面处理自动化和机器人化解决方案领域的长期参与者，我们立即被激光技术的诸多优势所吸引。超过55年的经验使我们有信心为客户提供最佳的自动化和机器人化激光解决方案，以应对其面临的挑战。
工业生产流程自动化和机器人化的优点众所周知。同样，激光应用程序工作流程的自动化和机器人化与传统技术和手动激光表面处理解决方案相比也具有相当大的优势。当然，有必要强调的是，激光还不能取代传统工业表面处理工艺的所有功能，但只要有可能，向激光转变是完全合理的。
安全
安全和健康的工作环境无疑是每个工作流程中最重要的两个考虑因素。尽管激光束从根本上来说是一种危险的东西，但在工业自动化或机器人化应用中，与传统解决方案相比，操作员的安全性得到了提高。
激光束的安全方面
当前版本的主要ANSI(美国国家标准协会)Z136.1标准(Z136.1-2000)根据造成生物损害的可能性，将激光列为四大危险等级(1、2、3a、3b和4)之一。等级的确定依据于CW(连续波)或重复脉冲激光器的曝光时间、激光波长和平均功率以及脉冲激光器的每脉冲总能量的计算。
鉴于所有用于金属表面处理的激光设备都被归类为激光安全第4等级(与某些激光标签上的罗马数字“IV级”相同)，因此安全是第一位的。4级激光可能会对裸眼造成危害，也可能灼伤皮肤和材料，尤其是近距离的深色和/或轻质材料。因此，使用时应格外小心。
对于可见光激光器，4级激光器的输出功率为500毫瓦及以上。第4等级没有上限——为最危险的激光等级。
自动化和机器人化允许激光束在封闭和受控的环境中进行操作，而不会造成人员伤害和设备损坏的潜在危险。这些应用被归类为1级激光解决方案。
工作环境特点
1级激光安全设备所在的工作环境是100%安全。此外，与传统技术不同，操作人员不需要处理化学品，不需要佩戴防护设备，更换耗材时也不需要停止操作——因此，不仅工作环境更安全，更清洁，工艺周期也更快。
可重复性
在自动化激光解决方案中，可重复性或控制过程的能力几乎可达到100%。激光头可安装在固定位置、可移动机械手或机器人上。除了所有移动过程的可编程性之外，激光器还可以根据各种参数进行编程。
在脉冲操作模式下，以设定的重复率释放短脉冲。脉冲激光束可达到较高的峰值功率，是激光打标和激光清洗的理想选择。该模式包括以下参数：
-脉冲能量：脉冲能量是每个脉冲所包含的毫焦耳数。通常，每个脉冲包含1mJ的能量。您可以通过改变光斑大小或减少脉冲能量来改变能量密度。
-脉冲持续时间：脉冲持续时间，也称为脉冲长度或脉冲宽度，是每个脉冲的时长(一个脉冲开始与下一个脉冲的开始之间的时间量)。较短的脉冲在较短的时间内集中相同的能量，从而达到较高的峰值功率。脉冲持续时间可以用微秒、纳秒、皮秒或飞秒表示。
-重复率：脉冲重复率即为每秒释放的脉冲数。也被称为脉冲频率，用kHz表示，其中100kHz等于每秒100,000次脉冲。
除上述参数外，还可通过计算机设置以下参数：
-光束的工作表面(X轴和Y轴坐标)——光束操作的表面边界。通过输入数字图像，我们可以非常精确地界定激光束的操作边界和模式。通过这种方式，可以使用在数字图像(QR码、标识等)中创建的高分辨率标签，或者执行选择性的油漆去除、清洗或毛化处理区域，从而避免保护不需要处理的区域。
-焦距–只有3D激光版能够对焦距进行计算机编程。焦距会在流程中根据编程参数自动变化。当工件由不同标高的曲面制成时，这一功能就很有用。散焦也可用于放大光斑尺寸，但应牢记，散焦时光斑尺寸会增加得非常快。光斑尺寸越大，能量密度越低。
-单个脉冲之间的间隔——取决于预期效果，脉冲可以相互重叠，或者它们之间的间距可能大于其直径。脉冲之间的间距越长，处理速度就越高。
-线与线之间的距离——除了各个点之间的间距，我们还可以设置线与线之间的间距，因为激光束以直线穿过表面。
通过在应用程序中添加传感器，我们可以实时自动检查流程的质量(图像比较)、刻印标记的可读性(可追溯性标记–QR码、条形码等)以及要在运行中执行的流程。因此，每个工件都以完全相同的方式进行加工，结果一致且可完全可预测。
单个流程中的多个任务
单个激光应用程序可以适用于不同类型的激光处理且可对不同工件进行加工，而机器本身几乎不需要人工干预。一个工作站可用于执行各种任务。如果该设备的主要功能是激光清洗，则可以将其与激光打标相结合，以实现可追溯性，并与流程质量的自动视频检查相结合。其中一个例子是在连接前对电池触点进行激光清洗，并同时进行以便追溯的打标处理。此外，我们还可以对毛化进行类似的操作。另一个有趣的应用例子是，在一个单一的步骤中，焊接前对两个金属部件的接触部位进行激光清洗，然后进行焊接本身和焊缝的激光清洗。
简而言之，必须有多种组合才能将此技术实施到单个应用程序中。
能源和时间效率
能源效率：
表面处理，如喷砂和化学蚀刻工艺，需要磨料介质，如钢砂，或化学品，如用酸溶解纹理表面。大多数情况下，这些工序需要大量的压缩空气来加速磨料或者需要对介质进行加热。满足这些需求需要大量能量。
随着激光的应用，耗电量明显减少。激光束和烟雾提取的加工流程非常节能。不需要强大的压缩机、大型介质过滤机或介质加热器。
时间效率：
激光束的参数和操作区域的精确编程，不仅实现了灵活性，还节省了时间。我们常发现只有工件所在的某些区域需要处理，而周围区域须保持未处理状态的情况。在传统工艺中，这种情况就需要进行手动遮蔽，过程耗时且不可控。
维护：
与传统的处理方法不同，激光加工不需要耗材，激光束工作时也没有物理接触，不会对设备组件造成磨损或损坏，因此维护和备件费用确实很低。
总结：从长远来看，这些设备将在影响生产速度、产品质量和员工健康的各个领域带来显著改善，同时为公司提供更好的环境足迹和更高的成本效益。在Ferročrtalič，我们随时准备帮助所有需要进步和更清洁环境的公司探索利用光纤激光技术处理金属表面的尚未发现的可能性。
FerroČrtalič d.o.o.
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