Il monitoraggio del processo-in tempo reale è fondamentale per garantire la qualità della saldatura nella saldatura laser. Il rilevamento-basato sulla visione, come metodo di monitoraggio senza-contatto, è diventato una delle tecniche più ampiamente adottate. Catturando i segnali ottici dalla zona di saldatura, i sistemi di visione consentono agli operatori di osservare le dinamiche del bagno di saldatura e il comportamento del buco della serratura, fornendo dati preziosi per la valutazione della qualità e il controllo del processo.
Insaldatura laser, i sistemi di monitoraggio dei processi in tempo reale-sono principalmente classificati in due configurazioni in base all'angolo di acquisizione del segnale ottico: fuori-asse e coassiale.
- Monitoraggio fuori-asse:Cattura i segnali di processo dall'alto o dal lato del bagno di saldatura con un angolo specifico rispetto al raggio laser.
- Monitoraggio coassiale:Estrae i segnali di imaging direttamente da sopra il bagno di saldatura e il buco della serratura, allineati in linea con l'asse del raggio laser.
Inoltre, in base alla fonte di illuminazione, il rilevamento visivo può essere classificato in sistemi attivi e passivi. I sistemi attivi utilizzano una sorgente luminosa ausiliaria per l'illuminazione fuori-asse o coassiale della pozza di fusione e del buco della serratura. Al contrario, i sistemi passivi si basano sulla radiazione naturale emessa dal plasma o sulla radiazione termica del metallo liquido all'interno del bagno fuso come segnale di imaging.
Rilevamento della visione fuori-asse: pro e contro
Nel rilevamento visivo fuori-asse, il posizionamento e l'installazione del sensore sono relativamente semplici e convenienti e il percorso ottico per l'acquisizione delle immagini è diretto. Anche l'illuminazione fuori asse convenzionale-è facile da implementare. Tuttavia, questa configurazione presenta uno svantaggio significativo: non può catturare chiaramente la geometria planare del buco della serratura. Inoltre, l'alloggiamento del sensore di visione fuori-asse e dei relativi dispositivi di montaggio richiede una notevole quantità di spazio fisico attorno alla testa di saldatura.
Rilevamento della visione coassiale: vantaggi e sfide tecniche
I sensori di visione coassiali superano i limiti di spazio guardando direttamente nel buco della serratura dall'alto. Elaborando le immagini coassiali acquisite del bagno di fusione e del buco della serratura, il sistema può monitorare e valutare lo stato in tempo reale-del processo di saldatura. Rispetto ai sensori fuori-asse, la configurazione coassiale offre notevoli vantaggi, tra cui una struttura compatta, requisiti di spazio minimi e un'integrazione perfetta con la lente di focalizzazione del laser.
Tuttavia, separare ed estrarre il segnale di imaging coassiale dal raggio laser ad alta-potenza rimane la sfida tecnica principale.
Fortunatamente, i progressi nella produzione di componenti ottici hanno risolto efficacemente questo collo di bottiglia:
Per laser a stato solido-a lunghezza d'onda corta- (ad es. laser Nd:YAG o a fibra):
Un divisore di raggio è generalmente integrato nel percorso ottico del laser. Ciò consente ai segnali ottici riflessi dal bagno di fusione di essere deviati o filtrati nel sensore della fotocamera, ottenendo una separazione netta dal raggio laser principale.
Per laser a-lunghezza d'onda lunga (ad es. laser a CO₂):
Il segnale di imaging proveniente dal bagno di fusione viene tradizionalmente estratto raschiando o concentrando la luce attraverso un micro-foro nello specchio girevole per monitorare le variazioni nella profondità del buco della serratura. Tuttavia, questo metodo presenta dei limiti intrinseci, poiché la precisione dei risultati è fortemente influenzata dalle condizioni di saldatura fluttuanti e dall’interferenza del plasma.