依托绿色制造、“双碳”等政策的大力推行，全球新能源汽车市场强劲增长，作为新能源汽车的紧密配套行业，动力电池需求旺盛，同时动力电池生产制造核心工艺——激光焊接产业迅速崛起。激光焊接工艺在动力电池生产的中道和后道生产过程中得到了广泛应用，其中包括电池模组连接片焊接、防爆阀焊接、电池顶盖以及极耳等焊接等关键工序。

　　文/深圳市正运动技术有限公司

　　1传统激光焊接存在的问题

　　新能源汽车动力电池工艺中的焊接质量，直接关系到电池的可靠性、安全性和使用寿命，优化传统激光焊接工艺流程存在的问题势在必行。

　　在进行高速焊接的复杂轨迹运动过程中，传统的丝杆导轨伺服电机系统会在机构高速运行时导致焊接头在复杂加工轨迹下出现过度加工、焊缝深宽比过大等问题，尤其是在倒角处，焊接头的运动速度会降低，从而造成焊接过程的速度不稳定，导致激光加工能量密度分布不均，影响焊接效果的现象。

　　2 正运动技术解决方案

　　正运动技术的开放式激光振镜运动控制器ZMC408SCAN-V22，凭借其高效稳定、开放易用以及振镜控制、激光控制和轴控三合一的优势，在激光振镜焊接市场应用中占有一席之地。

图1 系统拓扑图

　　ZMC408SCAN-V22支持高速PSO、PWM、速度前瞻等功能，可确保激光加工轨迹平滑，提高产品品质和产能。当应用于高功率激光振镜系统进行软连接片的焊接时，ZMC408SCAN-V22可实现以每秒200-300毫秒的速度进行圆弧轨迹焊接，甚至在一些模组上应用于S形、螺旋曲线等复杂的激光加工轨迹，可完美规避传统系统存在的问题。

　　3开放式激光振镜运动控制器|产品介绍

　　独立式激光振镜运动控制器ZMC408SCAN-V22，集成激光控制、振镜控制和总线轴/脉冲轴控制，帮助用户实现高效精准的EtherCAT总线运动控制+激光振镜解决方案。

图2 ZMC408SCAN-V22

　　硬件特性如下：

　　l 可选6-64轴运动控制(脉冲+EtherCAT总线);

　　l 2路带反馈激光振镜接口、1路LASER和1路FIBER激光电源专用接口;

　　l 支持一维/二维/三维PSO功能，可做视觉飞拍、精密点胶和激光能量控制;

　　l 激光振镜控制与运动控制相互融合，可灵活构建多轴联动等方式的激光加工系统;

　　l 多维位置同步输出PSO，板载24路通用输入和20路通用输出，其中4路高速色标锁存，4路PSO和8路PWM输出(图3)。

　　非PSO焊接效果                                                        PSO焊接效果

图3

　　4 开放式激光振镜运动控制器|激光振镜焊接应用解决方案

　　(1)系统架构(见图4)

图4 激光振镜焊接系统架构

　　(2)工艺流程

　　采用示教编辑方式，自动生成加工轨迹，支持螺旋线，渐开线等焊接工艺曲线(图5)。

图5

　　操作流程如下：

　　①根据激光器类型及接线配置相应激光器参数;

　　②通过校正软件校正振镜畸变，保存校正参数;

　　③根据产品焊缝大小编辑对应的焊接轨迹与工艺;

　　④设置加工速度及延时工艺参数;

　　⑤触发标刻、观察检测焊接效果并调整参数

　　(3)焊接效果图(见图6)

图6 实际焊接效果图

　　5 开放式激光振镜运动控制器|激光振镜焊接核心工艺

　　(1)螺旋线型轨迹(图7)

　　在高能束焊接中，较大的焊缝深宽比是激光焊接的特点。当不希望焊缝深宽比过大时，例如，在进行电池模组连接片焊接时，通常要焊缝有更大的宽度(以新增载流面积)，降低焊缝深度(以使用更薄的电池极柱，获得更大的电芯空间)采用螺旋线形轨迹焊接，通过光斑沿焊接方向高速旋转运动，可以在不改变外光路条件的情况下，获得不同焊缝的深宽比。

图7

　　(2)激光功率控制(图8)

　　激光焊接中功率(模拟量电压、PWM调制)控制至关重要，其控制好坏直接影响加工效果。激光加工中的功率控制包括功率控制、功率与运动的同步控制两方面内容，功率控制是指生成适当的控制信号控制激光器输出所需功率，功率与运动的同步控制指功率紧跟加工位置或速度变化以保证一致的加工质量。

图8

　　6 开放式激光振镜运动控制器|激光振镜焊接应用方案亮点

　　(1)振镜轴与伺服轴联动插补，提升激光加工效率;

　　(2)可根据激光器类型及接线配置自由调整相应激光器参数，使用灵活、便利;

　　(3)可设置加工速度和延时工艺参数，精准控制焊接过程，适应不同材料和焊接需求;

　　(4)支持C++、C#等多种开发方式，提供专用激光函数库及应用案例，缩短系统开发周期;

　　(5)螺旋线形轨迹焊接功能：通过光斑沿焊接方向高速旋转运动，实现不同焊缝深宽比，无需改变外光路条件。