Лазерный мир

Человеческий глаз не в состоянии идти в ногу со скоростью, с которой работают лазерные сварочные системы. Сканирующие головки увеличивают  скорость сканирования по рабочему изделию, делая точные металлические швы за долю секунды. Таким образом, чтобы ошибки не проскальзывали, процессы соединения контролируются в режиме реального времени. Видение Photonics 4.0 уже в значительной степени реализовано в процессах лазерной сварки.

Рис. Там, где лазеры сваривают и припаивают, встроенный контроль качества не отстает. Оптические системы отслеживают процессы соединения в реальном времени для предотвращения производственных сбоев.

Как и сами лазерные процессы, встроенный мониторинг основан на фотонике. Новый подход в этой области — оптическая когерентная томография (OCT), с которой, среди прочего, две дочерние компании SCANLAB и Blackbird Robotics осуществляют мониторинг на 360 градусов. С помощью этого метода топография до и после точки сварки измеряется с высокой степенью пространственного и временного разрешения. Для этого измеряющее излучение датчика OCT коаксиально соединена непосредственно с оптическим контуром головки лазерной сварки и позиционируется на деталь через зеркало сканатора. Это позволяет контролировать всю область процесса — и, в отличие от мониторинга со стороны, никаких препятствий нет.

Точные данные топографии как первопроходцы для 4.0 процессов

Система проверяет кромки и перекрытия непосредственно перед процессом соединения, а во время процесса измеряет глубину канала проплавления и каждое отклонение от заданного значения, а затем проверяет качество и положение сварного шва. Поры и кратеры в расплавленном металле обнаруживаются немедленно. Для дальнейшего развития технологии и внедрения сложных процессов с осциллирующими лазерными лучами Blackbird с такими партнерами, как BMW, Precitec и Технический университет в Мюнхене, работают над проектом RoKtoLas в рамках инициативы по финансированию правительства Photonics для гибкого сетевого производства. Цель состоит в том, чтобы сделать OCT подходящим для удаленной сварки лазерным лучом в высокогибких процессах в цепочках производства автомобильных кузовов.

Справочная информация. Автомобильная промышленность настоятельно нуждается в качественных решениях для небольших серий электромобилей.

Scansonic Group, базирующаяся в Берлине, Германия, также специализируется на решениях для дистанционной лазерной сварки и недавно анонсировала четвертое поколение полностью интегрированных серий ALO SCeye. SCeye объединяет высокоскоростную CMOS-камеру, переключаемый модуль лазерного / светодиодного освещения и вычислительный блок с емкостью хранения в течение восьми часов записи процесса в сварочной головке. Здесь также процесс соединения контролируется и документируется с «высоты птичьего полета». С синхронизированной записью видеопотока камеры, данных процесса, номера детали и сварного шва можно проанализировать конкретные причины сбоев и снижения стабильности процесса. Но есть еще и большее: если параметры оптимального процесса сохранены, соответствующие алгоритмы машинного обучения могут сравнивать запущенные процессы и сразу распознавать ошибки. Scansonic оценивал такую систему управления. Даже в фазе оценивания, включающей 20 000 сварных швов с десятками неисправностей, обнаружена каждая ошибка. Это создает основу для автоматизированных процессов самоконтроля 4.0. Некоторая точная настройка по-прежнему требуется для исключения ложных тревог и расширения проверок для устранения поверхностных дефектов в субмиллиметровом диапазоне.

Взаимодействие различных оптических датчиков

Одним из подходов к повышению надежности систем управления обучением является объединение нескольких оптических систем. В то время когда высокопроизводительные камеры и диодные системы отслеживают лазерные процессы в видимом и инфракрасном диапазонах, датчики OCT измеряют топографию, а когда эти данные сравниваются с определенными параметрами процесса, путь к замкнутым контурам управления с замкнутыми обратными связями  находится уже недалеко.

Компания Plasmo Industrietechnik GmbH совместно с Volkswagen вместе с другими компаниями работает над созданием потока данных с сенсоров, оптимизирующих процессы с помощью программного обеспечения глубокого обучения (deep learning software). В этом контексте важно визуализировать информацию, которая важна для пользователя, поэтому ее можно использовать сразу для управления производством. Если процесс выходит из установленной структуры, система контроля качества делает это видимым в реальном времени. Для этого алгоритмы больших  данных в крупных производственных сетях анализируют миллионы наборов данных и фильтруют соответствующую информацию.

Plasmo уже имеет мультисенсорные системы, такие как описанная, в промышленных приложениях. Производится до 30 000 изображений в секунду, когда разные системы обеспечивают данные и параллельные измерения световых эмиссий, мощности излучения лазера в пучке, лазерной триангуляции и измерения ОКТ. Полученные данные делают все возможным: это не только документы, в которых зафиксированы бездефектные сварные швы, но на основе данных можно быстро обнаружить и устранить причины отклонений, несмотря на чрезвычайно высокий уровень сложности.

В среднесрочной перспективе, вполне вероятно, что встроенные системы заменят разрушающий контроль. В долгосрочной перспективе они проложат путь для полностью автоматизированной Фотоники 4.0 process.

Перевод: https://world-of-photonics.com/about/industry-topics/technologies/2018/inline-monitoring-for-laser-processes/index.html