塑造高功率激光束，实现卓越焊接

　　作者：Gwenn Pallier（Cailabs）

　　激光加工需要极高的精度。高功率激光在焊接应用中的一个关键问题是焦点偏移。Cailabs开发了创新的光束整形模块，可最大限度地减少焦点偏移，并最大程度地提高焊缝质量。为了分析激光束并证明该技术的卓越效果，该团队依赖于知名机构和MKS公司的测量技术。

　　Cailabs的成功故事始于2010年由Cailabs联合创始人兼首席执行官Jean-François Morizur和Nicolas Treps发明的专利技术MPLC（多平面光转换）。自2013年公司正式成立以来，Cailabs已为工业、电信和航天领域的核心应用，设计和制造了突破性光子产品。

　　在工业领域，该公司一直处于开发新光束整形技术、挖掘新潜力以及提高高功率激光应用的效率、质量和安全性的前沿。这家高科技公司与全球多家研究机构密切合作，将其技术带入现实世界，帮助合作伙伴优化工艺。2024年，Cailabs在德国亚琛举行的AKL国际激光技术大会上荣获2024年激光技术创新奖（三等奖）。

　　焊接和测量挑战

　　激光焊接在汽车生产中具有众多优势，并为电动汽车开辟了新的技术设计，例如连接单个电池单元的激光焊接母线，或取代传统绕线设计的发夹式定子。将两种材料连接在一起通常并非易事。在焊接金属时，输入的热量必须尽可能减少飞溅，不出现裂缝，熔化区域既不塌陷也不出现多孔。这时，光束成型技术就能大显身手：光束的形状对焊缝的质量有重大影响。

　　然而，为了提高焊接效果，需要事先仔细确定激光参数，并在整个焊接过程中保持稳定。在使用高功率时，挑战也随之而来：由于应用了高能量，发射光学元件会发热，有可能发生热透镜现象，导致工作平面上的焦点偏移。一旦焦点偏移，光束的参数就会发生显著变化，导致质量大幅下降。为了避免这种影响，Cailabs的Canunda-HP光束整形模块不仅可以改变光束的形状，而且只使用反射光学元件来实现这一目的。

　　测试和分析光束

　　在开发基于高功率激光的创新技术的过程中，会遇到如何分析和验证新成型技术结果的问题。除了利用MKS测量技术（如Ophir功率传感器和测量仪）进行内部测量外，Cailabs的专家还与Maupertuis研究所建立了紧密的合作关系。

　　这家拥有高质量测试平台和设备的法国工业技术中心，采用了MKS的高端测量技术Ophir BeamWatch非接触式光束轮廓测量系统。Cailabs的产品线经理Gwenn Pallier解释说：“我们深知，测量焦距偏移是验证模块效率的关键。Maupertuis研究所已经在使用唯一一款可以进行实时测量的非接触式光束轮廓测量设备，这与我们的目标不谋而合。Ophir BeamWatch扫描系统提供的结果，是我们开发过程的关键。”

　　优化母线焊接

　　Cailabs的光束成型模块应用广泛，其中许多应用于汽车行业。例如，用于铜焊接的 Canunda-HP焊头在Maupertuis研究所用于对10毫米厚的Cu ETP铜样品进行焊接，以优化母线焊接工艺。

　　输送的光束由一个高强度的核心和一个功率较低的环形光束组成。测试在最佳条件下进行（8 千瓦，6米/分钟），改变焦点位置。焦点位置由BeamWatch设备进行测量。Maupertuis研究所首席技术官David Lemaître概述道：“Ophir BeamWatch扫描系统通过测量激光束的瑞利散射来提供关键参数。由于光束本身根本不会被接触到，因此能够分析没有上限的高功率激光束，同时设备本身也很轻便，易于操作。”

　　测量技术激发信心

　　汽车行业遵守严格的流程和法规。引进新的制造技术需要进行严格测试，以确保所生产部件的质量。Canunda-HP环形整形机能产生具有长景深和最小焦距偏移的环形光束轮廓。这些特性只能通过非接触式实时光束轮廓测量技术进行测量，因此在Maupertuis研究所使用Ophir BeamWatch设备进行的测量对Cailabs至关重要。

　　正如Pallier解释的那样：能够验证光束整形模块的稳定性，对于潜在客户来说非常重要。我确信，正是因为使用Ophir BeamWatch设备进行了测量，我们才赢得了一些客户。