激光焊接基于效率很高，在汽车白车身和零部件生产中日益受到欢迎，单台激光焊接机器人即可替代多达5台传统点焊机器人。借助于高功率碟片或光纤激光器，再结合振镜激光焊接头和工业机器人执行飞行焊接，每分钟可以完成100多个焊接点。
这就提出了一个挑战：如果产量很大，如何才能确保产出质量高、品质稳定的焊接点？通常，汽车行业需要生产防碰撞部件，这使得焊接质量尤为重要。专注于焊接设备生产的荷兰企业AWL-Techniek为帮助客户应对这一挑战提供了解决方案（图1）。
图1：AWL-Techniek 的激光焊接设备。（图源：AWL-Techniek）
本文探讨了确保设备稳定生产的三个方面：设备本身、质检人员的局限性，以及自动化质量检验。
激光焊接设备
“质量”取决于焊接设备。激光焊接夹具必须能稳定地夹持住部件，即便部件的公差比较大，比如常规的冲压金属部件。
通过操作人员的操作，夹具必须能防止出错。好的激光焊接夹具会在焊接开始前，探测出所有的部件是否均装载正确。需要用到防呆防差错系统（一种日本开发的精益生产流程机制，可以帮助设备操作人员防止出错）、产品检测传感器以及设计良好的公差链。还要注意清洁气体的供应和烟雾的排放，夹具必须易于清洁和维护。
AWL-Techniek开发出了专业的机器人软件，使得工业机器人更为精确。这款软件可以在不使用焊缝跟踪系统的情况下生产出边缘焊点。同时，软件对于有高精度要求的曲线焊点，例如圆边焊点而言是必要的工具。这些例子表明，设计和制造激光焊接夹具以及激光焊接设备是一项复杂的工作，需要具备高超的技能和丰富的经验。
人类视觉和自动化检测
对于焊接质量控制系统，有些人认为，操作人员在处理部件时，可以很容易地进行肉眼质量检测。这不一定是正确的。来自航空工业的研究显示，对于质量控制工作而言，质检人员很容易漏掉小的瑕疵，在工作了仅仅一小时后，他们会忽视几乎70%的瑕疵（图2-3）。
图2：用肉眼检验焊接质量时，很容易漏掉小的瑕疵。
显然，检验人员的视觉评估是不可靠的，因此，自动化的质检系统就成为一种替代方案。市场上有不同系统可供，AWL-Techniek也已经有多套此类系统被客户应用。
图3：检验人员的检验出错率随着时间的推迟大幅下降。
许多受欢迎的质检系统是基于对激光焊接加工过程中发出的光的监测来实现的。在这些系统中，焊接加工过程中发出的光可以由一只或多只光电二极管监测到。质量监测系统对测得的光电二极管的信号与已知的合格焊点所发出的信号进行比较。如果测量值比较接近，系统就认为这个焊点是合格的。如果信号有差异，系统会得出焊点不合格的结论（图4）。
图4：基于光电二极管的激光质量监测示意图。
二极管系统具有快速和自动化的优势，可以在实际焊接的过程中对焊接质量进行评估，因此生产线上不需要设置额外的检查站点。当然，这种方式仅适用于可靠度高的系统。
但是，光电二极管系统的缺点是，其测量不是直接的。二极管测量的是焊接过程中的光并将之与焊接质量进行关联，但这不是实际的焊接质量。这会导致未检测到的瑕疵（假阴性）和被检测为瑕疵的合格焊点（假阳性）。AWL-Techniek的实验表示，二极管类自动化检测系统的可靠性不是完美的，但是如果比较自动质量检测系统与人工检测的效果，很显然，经过良好调校的自动化系统的准确率要高很多。
很重要的一点是，必须认识到质量监测系统需要调整，而且不只是在安装时需要进行精调，在全面量产时，更需要精调。要在灵敏度之间取得平衡（不会错过真正的瑕疵），不会出现假阳性错误。要让维修团队参与到安装工作中去，这样，他们在进行这些优化工作时会感到比较顺利。因此，工厂管理层应给予有力的支持和理解。
差错处理策略
所面临的挑战是，如何设计出包括正确应对假阳性错误的理想的差错处理策略。常规部件可能会有几百个焊接点。因此，即便单个焊点的假阳性错误比率很低，也会导致整个部件出现相当多的假阳性错误次数。
所以，要制订部件质量规则，如，规定部件达到怎样的焊接瑕疵比率就必须剔除。对系统在生产和精调过程中的结果进行统计分析会有所帮助。如果瑕疵处理策略不够有效，用户就会对质量控制系统产生不满。
展望
未来，市场上有望出现更可靠的系统。就当前已经推出的几种系统来看，出现的一种趋势是，由光学相干断层扫描（OCT）对激光焊接的实际深度以及表面轮廓进行测量。这就可以对激光焊接特征进行直接评估，从而确保可靠性。最终的步骤是，将这个测量信号作为激光焊接过程的反馈控制信息。另一种可能性是，使用基于激光的三角测量系统来检查焊接表面的质量。这些系统特别适用于边焊。
显然，近年来，随着激光焊接设备生产效率的不断提高，激光焊接质量监测的重要性越发提升。质量监测挑战仍存，但至少市售的这些监测系统可以提供很大的帮助。
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