Лазерный мир

После четырехлетнего проекта в ЕС была продемонстрирована лазерная технологическая головка с управлением сваркой в реальном времени. Даниэль Ллойд, инженер-разработчик лазерной оптической техники, рассказывает о работе
Технологический центр производства (MTC, Manufacturing Technology Centre) в Ковентри продемонстрировал лазерную технологическую головку, предназначенную для замыкания контура управления сваркой в реальном времени. Проект «Система динамического управления в режиме реального времени для лазерной сварки (Radicle)» получил финансирование от программы Horizon 2020 Европейского Союза, которая позволила разработать, изготовить и испытать инструмент в течение четырехлетнего периода.
Координатор проекта Марк Холден сказал: «Эти демонстрации объединились благодаря общеевропейскому сотрудничеству с участием компаний из Великобритании, Швеции, Финляндии, Швейцарии и Италии.
В то время как проект финансировался ЕС, им руководила группа ведущих производителей, в том числе GKN Aerospace и GE Power. Клайв Графтон-Рид из Rolls-Royce прокомментировал: «Было здорово участвовать в этом проекте с самого начала. Качество сварки имеет решающее значение в аэрокосмической промышленности, и возможность применения такого инструмента придаст нам еще большую уверенность в процессе лазерной сварки. Это поможет нам повысить эффективность производства благодаря уменьшению необходимости рентгеновских снимков крупных компонентов, что позволит сэкономить на переделках ».
Джузеппе Д’Анжело из Centro Research Fiat отметил: «Пока мы производим автомобили, качество сварных швов для нас абсолютно необходимо. Возможность производить меньше сварных швов лучшего качества позволит нам оптимизировать прочность автомобиля и снизить вес. Эти два параметра необходимы для современных водителей всех брендов Fiat.

Вначале концепция проекта заключалась в повышении эффективности за счет уменьшения количества материала, потраченного впустую в результате плохих сварных швов, и энергии, необходимой для доработки. Эти цели не ограничиваются только партнерами, участвующими в сварке.
Ядро продемонстрированного технологического инструмента было изготовлено шведской фирмой по лазерным системам Permanova, с дополнительными технологиями и датчиками, предоставленными Laser Optical Engineering (LOE) и Bit Addict, а также с машинным обучением для управления Центром технических исследований Финляндии (VTT).

Анна Вальнер руководила проектом для Permanova и описала совместный процесс интеграции специального сварочного инструмента. Она сказала: «К настоящему моменту мы произвели много лазерных головок для широкого круга клиентов, и Radicle расширяет возможности сбора и обработки данных в соответствии с требованиями Industry 4.0. Используя наши оптические знания, мы определили длины волн для улучшения интеграции процессов ».

Рис Обрабатывающая головка, разработанная в рамках проекта Radicle

Это означало, что Permanova пришлось тесно сотрудничать с партнерами по проекту Bit Addict и LOE, чтобы определить ключевые длины волн для датчиков и рассмотреть другие коммерческие системы, которые клиенты хотят использовать в будущем.

Уолнер прокомментировал: «Получение оптических компонентов с соответствующей длиной волны и спецификацией мощности было сложной задачей, но мы справились».

LOE работал с MTC и Институтом сварки (TWI), чтобы определить ключевые излучения от сварного шва, которые можно практически контролировать. Джон Тайрер, доктор медицинских наук LOE, сказал: «Несмотря на то, что существует много научных исследований, многие из них используют датчики и установки, которые не могут быть преобразованы в практические промышленные системы. Нам нужно было найти способы сбора эмиссий из сварочного канала, которые говорят нам о том, что происходит, и позволяют делать прогнозы в далеко не идеальных условиях».

В результате компания LOE разработала сенсорный блок, который можно установить на головку Permanova для мониторинга целого ряда оптических излучений, как видеоизображений, так и на различных длинах волн с высокой скоростью, а также акустических излучений. Этот пакет датчиков расположен рядом с камерой, которую Bit Addict использует для отслеживания шва.

Никлас Викстром из Bit Addict сказал: «Несмотря на то, что в прошлом отслеживание швов осуществлялось разными способами, мы считаем, что разработанная нами система имеет ряд преимуществ. Она полностью интегрирована с головкой, что требует меньшего количества обслуживания и юстировки, а использование камеры и освещения позволяет нам одновременно просматривать канал проплавления и сварочную ванну, что большинство других систем не может сделать ».

Олли Нурми из VTT столкнулся с проблемой понимания данных, сгенерированных различными датчиками, что было сделано с помощью машинного обучения. Нурми сказал: «Объем данных сам по себе невелик, но он генерируется несколькими способами, что затрудняет форматирование данных для анализа. Затем требуется сопоставить данные о качестве, что, по-видимому, раньше не делалось ».

Radicle предоставила возможность определить и расширить границы автоматизации процесса. Данные о качестве сварного шва были получены MTC и TWI в значительном пакете работ в соответствии со стандартами, установленными конечными пользователями.

Ник Бланделл (Nic Blundell) из MTC и технический руководитель Radicle объяснил: ‘Каждый конечный пользователь — в действительности, каждое потенциальное приложение — имеет свои собственные критерии и требования, и на первый взгляд это может показаться сложной задачей. Однако сварщик понимает, как выбор и контроль надежных параметров могут реализовать такие приложения. Хитрость заключается в том, чтобы получить автоматизированную систему, способную применять один и тот же уровень понимания, аргументации и реакции. Radicle предоставила возможность определить и расширить границы автоматизации процессов и поддержать подлинный бизнес-драйвер ».

Крис Аллен из TWI также отметил, что, хотя у многих компаний есть свой собственный процесс сварки, он, как правило, является запатентованным и не используется совместно. В результате окна процесса могут быть очень узкими и плохо понимаемыми. Этот проект позволил нам расширить эти карты для ряда материалов, помогая лазерным сварщикам лучше понимать чувствительность и допуски процесса ».
Тони Праманик из MTC сказал: «Хотя MTC и TWI используют одинаковые лазеры, из-за различий в системах транспортировки луча параметры процесса и получающиеся сварные швы различаются. Было действительно интересно увидеть влияние этих различий в сигналах, которые мы собирали.

«Возможность сопоставления характеристик в сварных деталях и сигналах действительно помогла нам понять влияние изменений процесса на допуски параметров сварки».
Андре Цереха из EWF возглавлял усилия по информированию потенциальных пользователей проекта. ‘Мы разрабатываем новую программу обучения, которая будет распространяться через наши аккредитованные центры для операторов и инженеров по сварке. Было действительно интересно наблюдать за захватывающими событиями во главе с другими партнерами по проекту ».

В настоящее время проект завершает свой период развития, финансируемый ЕС, и партнеры изучают пути дальнейшего развития системы до полностью коммерческого продукта. Как сказал Matthias Hoebel из GE: «Несколько компаний пытались создать эту систему и приблизились к результату. Этот инструмент и развитие знаний продвинули современное состояние. Мы с нетерпением ожидаем завершения разработок и использования системы на наших заводах ».

Источник: https://www.lasersystemseurope.com/analysis-opinion/gaining-control-over-laser-welding