Отслеживание лазерной сварки: Понимание принципа работы

Головка датчика слежения за сваркой состоит из CCD-камеры и одного или двух полупроводниковых лазеров. Лазерная полоса проецируется на поверхность заготовки под заданным углом в качестве структурного источника света. Камера непосредственно наблюдает полосу в нижней части датчика. На передней панели камеры установлен оптический фильтр, который пропускает лазер, отфильтровывая при этом весь остальной свет, например сварочную дугу. В результате датчик располагается очень близко к сварочной дуге.

Рис. 1 Головка датчика слежения за сваркой.

Датчик обычно устанавливается перед горелкой на заданном расстоянии, называемом ведущим, чтобы наблюдать за сваркой. Высота установки, или расстояние между корпусом датчика и заготовкой, зависит от типа установленного датчика.

Для обеспечения точного наблюдения сварочный пистолет должен быть правильно расположен над сварным швом, чтобы сварной шов находился около центра полосы, что позволит камере наблюдать как лазерную полосу, так и сварной шов.

Рис. 2 Положение сварного шва.

Лазерная полоса проецируется под определенным углом. Если заготовка находится слишком близко к датчику, положение лазерной полосы будет относительно близким. С другой стороны, если заготовка находится далеко от датчика, положение лазерной полосы на поверхности заготовки смещается относительно назад.

Камера наблюдает за положением лазерной полосы, а датчик измеряет вертикальное расстояние от заготовки. Анализируя форму полосы, датчик также может определить контур поверхности и положение сварного шва на полосе, что позволяет измерить поперечное положение сварного шва.

Рис. 3 Заготовка с обычным расстоянием

Рис. 4 Заготовка с большим расстоянием

Рис. 5 Заготовка с близкого расстояния

Камера снимает изображение, которое обрабатывается контроллером и преобразуется в цифровое изображение лазерной полосы. Затем программное обеспечение разделяет полосу на несколько линий, образующих сварной шов. По положению этих линий система может рассчитать положение сварного шва и преобразовать его в расстояние в миллиметрах, используя калибровочные данные, сохраненные в головке датчика.

В процессе отслеживания система использует скорость сварки и расстояния вперед для определения времени задержки, обеспечивая, чтобы горелка следовала за сварным швом, а не за датчиком. Стратегия управления разработана таким образом, чтобы обеспечить плавное расстояние вперед, что приводит к ровному сварному шву. Если датчик столкнется с резким изменением траектории, он отреагирует плавно, как показано на рисунке ниже.

Рис. 6 Плавный отклик.

Датчик состоит из нескольких ключевых компонентов, включая ПЗС-камеру и фильтр, полупроводниковый лазер и оптические элементы, а также микропроцессор для контроля температуры и хранения калибровочных данных. Контроль температуры помогает защитить лазер от повреждения в случае отказа системы охлаждения. Важно отметить, что если лазер будет работать при температуре, превышающей предельную, срок его службы значительно сократится.

Сохранение калибровочных данных позволяет заменять головки датчиков без дополнительных затрат и модификаций, обеспечивая минимальное время простоя в случае повреждения или выхода из строя датчика. Сайт процесс сварки защищена от копоти и брызг черным медным брызгозащитным кожухом, снабженным прозрачной сменной пластиковой пленкой, которую необходимо регулярно заменять, когда на ее поверхности скапливается грязь.

Датчик необходимо охлаждать с помощью сварочного защитного газа или чистого, сухого и безмасляного воздуха, чтобы поддерживать температуру электронных компонентов ниже 50°C, предотвратить накопление пыли и защитить оптические компоненты. Обычно используется расход газа 5 л/мин.

При необходимости монтажная плата с водяным охлаждением может обеспечить дополнительное охлаждение головки датчика. С другой стороны, если температура полупроводникового лазера опускается ниже +5°C, на датчик следует установить дополнительный нагреватель.