Лазерный мир

Рахимов Р.Р., старший преподаватель, Набережночелнинский институт ФГАОУ ВО «Казанский (Приволжский) федеральный университет», // Опубликовано в: Социально-экономические и технические системы: исследование, проектирование, оптимизация. 2021. № 1 (87). С. 74-82.

Аннотация: Изложены особенности формирования сварного шва с прецизионным наведением фокуса лазерного излучения на стык при сварке. На основе экспериментальных исследований показано, что качество технологического процесса сварки зависит не только от энергетических характеристик лазерного технологического комплекса, температуры зоны воздействия, но и от точности наведения фокуса лазерного излучения на стык свариваемых деталей. Оценкой качества технологического процесса сварки выступает точность прецизионного позиционирования фокуса лазерного излучения, которое определяется расположением пятна отраженного светового потока лазерного излучения на фоточувствительных площадках матричного фотоприемника. Разработана структурная схема следящего привода с элементами конструкции для прецизионного наведения фокуса лазерного луча на стык свариваемых деталей.

Введение

Лазерная сварка (ЛС), это технологический процесс получения неразъемного соединения частей изделия путем местного расплавления и последующей кристаллизации металлов шва, в результате чего возникает прочное сцепление, основанное на межатомном взаимодействии. Поэтому в качестве оценки технологического процесса (ТП) сварки выступают показатели качества (ПК) лазерного излучения (ЛИ), энергетические характеристики роботизированного лазерного технологического комплекса (РЛТК), температура плавления, время выдержки для фазовых преобразований микроструктуры, скорость охлаждения и точность прецизионного наведения фокуса относительно стыка свариваемых деталей конструкции [1,2].

Прецизионное наведение фокуса при сварке деталей

Прецизионное наведение фокуса относительно стыка свариваемых деталей конструкции производят за счет введения в систему автоматического управления (САУ) технологического комплекса систему технического зрения (СТЗ) и пьезопривод линзы оптической системы, как регулирующего звена [3].

Преимущества ЛС характеризуются экологической чистотой процесса, высокой производительностью процесса, низкой трудоемкостью, высоким качеством сварных соединений, минимальными деформациями. На лазерный луч не влияют магнитные поля свариваемых деталей и технологической оснастки, что позволяет получать устойчивое качественное формирование сварного шва по всему контуру.

В качестве оценки качества ТП сварки выступают стабильность энергетических характеристик РЛТК, температура плавления, время выдержки для фазовых преобразований микроструктуры, скорость охлаждения и точность позиционирования фокуса относительно шва [4,5].

Современные методы металлообработки по производству прецизионных изделий сложной конфигурации, сварочные и сборочные процессы выдвигают постоянно возрастающие требования к следящим системам по точности воспроизведения заданных параметров механических движений сложной траектории на плоскости. Для слежения за траекторией движения используются неконтактные методы, в частности, основанные на измерении светового потока, как собственного теплового излучения металла, так и отраженного от свариваемых поверхностей.

Решение задачи контроля положения фокуса ЛИ возможно с помощью 4-х квадрантного матричного фотоприемника (МФП). На рисунке 1 показано расположение пятна отраженного от поверхности стыка ЛИ излучателя на фоточувствительных площадках МФП [6,7].

Рисунок 1. Расположение светового пятна ЛИ излучателя на площадках 4-х квадрантного МФП.

Чувствительный слой МФП состоит из отдельных элементов, заключенных в одном корпусе. Размер фоточувствительных площадок МФП составляет 100×100 мкм. Применение МФП упрощает построение некоторых типов оптико-электронных преобразователей (ОЭП), так как исключает механическое сканирование. Просмотр же углового поля зрения в ОЭП с МКФ осуществляют с помощью быстродействующих коммутаторов, подключающих отдельные элементы МФП к входу электронного тракта обработки сигнала.

Изменение кривизны стыка, а также воздействие мешающих факторов, приводит к изменению соотношения между освещенной и неосвещенной площадями поверхностей площадок МФП. Это приводит к изменению соотношения между сопротивлениями площадок ФП. Поворот ФП на угол Δφ позволяет уравновесить эти соотношения, а также по разработанному алгоритму рассчитать управляющий сигнал на привод оптической системы (ОС) с учетом пространственного положений МФП и лазерной головки РЛТК.

Перемещение МФП на Δx позволяет уравновесить эти соотношения, и по разработанному алгоритму, рассчитать управляющий сигнал на привод робота- манипулятора с лазерной головкой и на пьезопривод фокусирующей линзы лазерной головки.

Полное содержание статьи: https://elibrary.ru/contents.asp?id=45662200