Лазерный мир

После своих выступлений в AKL и LASYS Тибо Баутце, менеджер по продажам в Blackbird Robotersysteme, рассказывает о преимуществах использования оптической когерентной томографии (OCT, optical coherence tomography) для применения в процессе дистанционной сварки.

Дистанционная лазерная сварка приобрела популярность в автомобильной промышленности как универсальный инструмент для соединения. Это позволило создать инновационные конструкции деталей и улучшить рабочий цикл, особенно в сочетании со сваркой «на лету». Пока еще эта технология требует улучшения с точки зрения удобства использования, рентабельности и функциональности. Использование датчиков может улучшить общий процесс сварки, например, предлагая коаксиальное отслеживание и осмотр  шва. Со стороны применения сварные угловые швы могут помочь уменьшить вес конструкций, а также избежать зазора для  дегазации при сварке оцинкованных сталей. Но из-за небольших отклонений между деталями и необходимости точного направления лазерного луча на кромку шва, необходимо осуществлять предварительное отслеживание кромки.

Уровень техники для задач обеспечения качества основан в основном на интерпретации видеоизображений от камеры в процессе сварки, оптических излучений от процесса и лазерной триангуляции после обработки. У каждого метода есть свои преимущества и недостатки, и все они имеют жесткие ограничения — например, лазерная триангуляция приводит к принудительному направлению обхода при сварке и небольшой рабочей зоне, сводя на нет большой размер поля дистанционного сварочного сканера и возможность сварки в любом направлении.  Системы на базе камер и фотодиодов могут нуждаться в повторной калибровке после небольших изменений качества детали или процесса.

Было показано, что дистанционный лазерный сварочный сканер с датчиком на основе OCT может выполнять задачи обеспечения качества и слежения за кромкой, избегая при этом некоторых ограничений, упомянутых выше. Кроме того, датчик OCT добавляет новые возможности для дистанционной системы сварки, такие как измерение зазора между металлическими листами в конфигурациях углового шва и регулировка параметров сварки в режиме реального времени.

Для всенаправленного использования OCT в пределах полной рабочей зоны 3D-сканера датчик адаптирован коаксиально к сварочной головке. При использовании светоделителя в коллимированном луче лазерный луч и измерительный свет OCT объединяются. Вместе они фокусируются с помощью оптики, установленной между светоделителем и зеркальными гальванометрами. Эта оптическая установка, иногда называемая сканером с предварительной фокусировкой, предотвращает хроматические аберрации, которые могут возникнуть при использовании оптики f-theta, обычно устанавливаемой после зеркальных гальванометров.

Датчик OCT имеет свои четыре степени свободы. Два зеркальных гальванометра и моторизованная коллимация необходимы для размещения фокусного пятна OCT в любом месте вокруг фокуса лазера. Дополнительный регулируемый оптический эталонный путь необходим для смещения измерительного поля OCT. Для обеспечения контура сварки и обеспечения качества с полной возможностью на лету, особенно для изогнутых швов и в направлении z, необходимо точное знание положения и движения всех осей. Три оси сварочного сканера, четыре оси ОКТ-сканера и шесть осей робота должны быть идеально синхронизированы. Кроме того, необходимо учитывать погрешность отслеживания, время ускорения и замедления гальванометров.

Функция отслеживания шва активируется в пользовательском интерфейсе. В качестве первого пробного запуска сварные швы могут быть записаны без активации алгоритма отслеживания кромки. Все записи сохраняются в базе данных с отметкой времени, серийным номером (если имеется) и параметрами сварки, и могут быть доступны через программное обеспечение или экспортированы. Отслеживание края активируется, если можно получить профили высоты OCT. Аналогично, проверка шва OCT может быть активирована для каждого сварного шва. Сразу после выполнения сварного шва профиль высоты доступен через собственную базу данных системы.

Предлагаемое решение — 3D-сканер, оснащенный коаксиальным датчиком ОКТ, способным получать профили высоты в областях до и после обработки, — является универсальным инструментом. Он сочетает в себе эффективность обычной дистанционной лазерной сварочной системы с гибкостью фиксированной оптики, оснащенной одним или несколькими оптическими датчиками. Угловые соединения могут быть сварены в любом направлении и практически в пределах всей рабочей зоны сканера. Отслеживание шва выполняется онлайн без каких-либо ограничений по геометрии шва.

Будущие задачи включают надежное измерение глубины канала проплавления при сварке. В отличие от фиксированной оптики, высокая скорость обработки сканеров и быстрое изменение направления очень затрудняют получение стабильного сигнала из нижней части канала проплавления. При последовательном сканировании до, во время и после OCT измерение глубины канала проплавления будет прервано, что усложнит интерпретацию сигнала глубины замочной скважины. Тенденция пространственного колебания лазерного луча противоречит использованию OCT, как это делается сегодня, поскольку луч OCT уступает той же схеме колебаний, что означает, что точное получение профилей высоты не может быть достигнуто. Новые концепции сканеров и программного обеспечения устранят это ограничение в среднесрочной перспективе.

Со времени своего первого публичного появления в 2013 году в качестве инструмента для улучшения процесса лазерной сварки, технология OCT была испытана и реализована в многочисленных конфигурациях. Процесс дистанционной лазерной сварки требует дальнейших разработок, пока он не сможет в полной мере воспользоваться преимуществами этой технологии, но существующие ограничения известны и будут устранены. В результате технология дистанционной лазерной сварки с помощью OCT, интегрированная в один инструмент, может решить большинство современных задач лазерной сварки и контроля процесса.

Источник: https://www.lasersystemseurope.com/analysis-opinion/implementation-oct-sensor-remote-laser-welding