Die Prozessüberwachung in Echtzeit-ist für die Sicherstellung der Schweißqualität beim Laserschweißen von entscheidender Bedeutung. Die auf Visionen basierende Sensorik ist als berührungslose Überwachungsmethode zu einer der am weitesten verbreiteten Techniken geworden. Durch die Erfassung optischer Signale aus der Schweißzone ermöglichen Bildverarbeitungssysteme dem Bediener die Beobachtung der Schweißbaddynamik und des Schlüssellochverhaltens und liefern wertvolle Daten für die Qualitätsbewertung und Prozesssteuerung.
InLaserschweißenEchtzeit-Prozessüberwachungssysteme werden basierend auf dem Erfassungswinkel des optischen Signals hauptsächlich in zwei Konfigurationen eingeteilt: außer-Achse und koaxial.
- Aus-Achsenüberwachung:Erfasst Prozesssignale von oben oder von der Seite des Schweißbades in einem bestimmten Winkel relativ zum Laserstrahl.
- Koaxialüberwachung:Extrahiert Bildsignale direkt über dem Schweißbad und dem Schlüsselloch, ausgerichtet an der Achse des Laserstrahls.
Darüber hinaus kann die visuelle Wahrnehmung basierend auf der Beleuchtungsquelle in aktive und passive Systeme eingeteilt werden. Aktive Systeme nutzen eine Hilfslichtquelle zur außeraxialen oder koaxialen Beleuchtung des Schmelzbads und des Schlüssellochs. Im Gegensatz dazu nutzen passive Systeme die vom Plasma emittierte natürliche Strahlung oder die Wärmestrahlung des flüssigen Metalls im Schmelzbad als Bildsignal.
Off-Axis Vision Sensing: Vor- und Nachteile
Bei der außeraxialen Bilderfassung sind die Sensorpositionierung und -installation relativ einfach und bequem, und der optische Pfad für die Bilderfassung ist unkompliziert. Auch eine konventionelle Off-Axis-Beleuchtung ist einfach zu implementieren. Allerdings hat diese Konfiguration einen erheblichen Nachteil: Sie kann die ebene Geometrie des Schlüssellochs nicht klar erfassen. Darüber hinaus erfordert die Unterbringung des Off-{5}}Axis-Vision-Sensors und seiner Montagevorrichtungen viel Platz um den Schweißkopf herum.
Koaxiale Bilderkennung: Vorteile und technische Herausforderungen
Koaxiale Vision-Sensoren überwinden Platzbeschränkungen, indem sie direkt von oben in das Schlüsselloch blicken. Durch die Verarbeitung der erfassten koaxialen Bilder des Schmelzbades und des Schlüssellochs kann das System den Status des Schweißprozesses in Echtzeit überwachen und bewerten. Im Vergleich zu außeraxialen Sensoren bietet die koaxiale Konfiguration bemerkenswerte Vorteile, darunter eine kompakte Struktur, minimaler Platzbedarf und eine nahtlose Integration mit der Laserfokussierungslinse.
Dennoch bleibt die Trennung und Extraktion des koaxialen Bildsignals vom Hochleistungslaserstrahl die größte technische Herausforderung.
Glücklicherweise konnten Fortschritte in der Herstellung optischer Komponenten diesen Engpass wirksam beseitigen:
Für Festkörperlaser mit kurzer -Wellenlänge (z. B. Nd:YAG- oder Faserlaser):
Typischerweise ist ein Strahlteiler in den Strahlengang des Lasers integriert. Dadurch können die vom Schmelzbad reflektierten optischen Signale in den Kamerasensor umgelenkt bzw. gefiltert werden, wodurch eine saubere Trennung vom Hauptlaserstrahl erreicht wird.
Für langwellige Laser (z. B. CO₂-Laser):
Das Bildsignal aus dem Schmelzbad wird traditionell durch Schaben oder Fokussieren von Licht durch ein Mikroloch im Drehspiegel extrahiert, um Variationen in der Schlüssellochtiefe zu überwachen. Diese Methode weist jedoch inhärente Einschränkungen auf, da die Genauigkeit der Ergebnisse stark durch schwankende Schweißbedingungen und Plasmainterferenzen beeinflusst wird.