CZ307993B6 - Zařízení a způsob pro on-line řízení dálkového transmisního laserového svařování materiálů - Google Patents
Zařízení a způsob pro on-line řízení dálkového transmisního laserového svařování materiálů Download PDFInfo
- Publication number
- CZ307993B6 CZ307993B6 CZ2012-176A CZ2012176A CZ307993B6 CZ 307993 B6 CZ307993 B6 CZ 307993B6 CZ 2012176 A CZ2012176 A CZ 2012176A CZ 307993 B6 CZ307993 B6 CZ 307993B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- laser
- thermal imaging
- sections
- section
- materials
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K28/00—Welding or cutting not covered by groups B23K5/00 - B23K26/00
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K5/00—Gas flame welding
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
Abstract
Zařízení pro on-line řízení dálkového transmisní laserového svařování materiálů sestává z termovizního systému (15) a z laserového systému (14), kde termovizní systém (15) je tvořený termovizní kamerou (3) spojenou se členem (13) pro definování procesu a s vyhodnocovacím členem (11) pro vyhodnocení teplotního pole snímaného povrchu materiálu a laserový systém (14) je tvořený řídicím členem (10) spojeným jednak se skenovací optikou (1) a jednak s laserovým zdrojem (12), přičemž termovizní systém (15) je přes vyhodnocovací člen (11) spojen s řídicím členem (10) laserového systému (14). Trajektorie svaru (6) je rozdělena do více úseků, pro řízení laserového svazku (2). Termovizní kamera (3) kopírující trajektorii pohybu laserového svazku (2) snímá teplotní pole vrchního materiálu (5), které je rozděleno na stejný počet úseků jako trajektorie svaru (6). Každému laserovému úseku (8) odpovídá termovizní úsek (7), který může mít jinou velikost i jiné prostorové umístění. Výstup termovizní kamery (3) je přiveden do vyhodnocovacího členu (11). K vyhodnocování minimální, maximální a průměrné teploty jednotlivých termovizních úseků, jejichž hodnoty se přivádějí do řídicího členu (10) skenovací optiky (1) pro řízení laserové technologie na odpovídajícím laserovém úseku (8).
Description
Oblast techniky
Vynález se týká zařízení a způsobu pro on-line řízení dálkového transmisního laserového svařování materiálů, zvláště pro průmyslové laserové svařování plastů.
Dosavadní stav techniky
Laserové svařování je založeno na transmisním principu. Základní materiál, který má být svařován, je kontaktně pokryt vrchní vrstvou z materiálu, který je pro vlnovou délku záření laseru propustný. Vrchní vrstvou prochází laserový svazek. Základní materiál, který je pro vlnovou délku záření laseru nepropustný, je v kontaktu s vrchní vrstvou. Záření laseru je proto efektivně absorbováno na rozhraní mezi oběma vrstvami, kde působením dodaného tepla vznikne svar.
Až doposud bylo dálkové transmisní laserové svařování používáno bez zpětné vazby řízení podle povrchové teploty, nebo je používáno řízení podle zpětné vazby z teplotního senzoru, umístěného do optické dráhy vytvářené pomocí skenovací optiky laserového systému.
Nevýhodou prvního případu je nemožnost regulovat technologické parametry laserového svařování v závislosti na průběhu teploty v místě, či okolí svaru.
V druhém případě je sice pro řízení svařování k dispozici informace o lokální povrchové teplotě v místě působení laserového svazku na materiál, což je určitá výhoda oproti prvnímu případu, ale není možné pro řízení svařování využít teplotu z jiné lokality a tak provádět nej efektivnější svařování.
V některých případech byl tento nedostatek částečně odstraněn využitím termovizního kamerového systému, ale jen jako prostředku monitorování procesů., bez jakékoliv odezvy na řízení samotného technologického procesu.
Všechny výše uvedené způsoby řízení dálkového transmisního laserového svařování materiálů nezajišťují optimální způsob svařování a kvalitu prováděných svarů.
Podstata vynálezu
Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje zařízení a způsob pro on-line řízení dálkového transmisního laserového svařování materiálů podle vynálezu, kde podstata zařízení spočívá v tom, že sestává z termovizního systému a z laserového systému s tím, že termovizní systém je termovizní kamerou spojenou se členem pro definování procesu a s vyhodnocovacím členem pro vyhodnocení teplotního pole snímaného povrchu materiálu, a že laserový systém je tvořený řídicím členem spojeným, jednak se skenovací optikou, a jednak s laserovým zdrojem. Termovizní systém je přes vyhodnocovací člen spojen s řídicím členem laserového systému.
Podstata způsobu prováděného výše uvedeným zařízením spočívá v tom, že trajektorie svařuje rozdělena do více úseků, pro účely řízení laserového svazku, a termovizní kamera, kopírující trajektorii pohybu laserového svazku, snímá teplotní pole vrchní vrstvy, které je rozděleno na stejný počet úseků jako trajektorie svaru. Každému laserovému úseku odpovídá termovizní úsek, který může být jiné velikosti než je velikost laserového úseku a může mít i jiné prostorové umístění. Výstup termovizní kamery je přiveden do vyhodnocovacího členu k vyhodnocování minimální, maximální a průměrné teploty jednotlivých termovizních úseků, jejichž hodnoty se
- 1 CZ 307993 B6 přivádějí do řídicího členu skenovací optiky pro řízení laserové technologie na odpovídajícím laserovém úseku.
Výhodou zařízení a způsobu pro on-line řízení dálkového transmisního laserového svařování materiálů podle vynálezu je optimalizace podmínek svařování podle konkrétních podmínek a dokonale prováděné svary.
Objasnění výkresů
Vynález bude blíže osvětlen pomocí dvou výkresů, kde na obr. 1 je schematicky v nárysu naznačeno zařízení a způsob pro on-line řízení dálkového transmisního laserového svařování materiálů podle vynálezu. Na obr. 2 jsou potom schematicky v půdorysu znázorněny trajektorie pohybu laserového svazku a laserové a termovizní úseky.
Příklady uskutečnění vynálezu
Praktický příklad zařízení a způsobu pro on-line řízení dálkového transmisního laserového svařování podle vynálezu je patrný z přiložených obrázků.
Na obr. 1 je naznačen základní spodní materiál 4 s kontaktní vrchní vrstvou-vrchním materiálem 5. Na základní materiál 4 přes vrchní vrstvu 5 působí laserový svazek 2 vysílaný ze skenovací optiky 1 samotného zařízení, sestávajícího z termovizního systému 15 a laserového systému 14, kde termovizní systém 15 je tvořený termovizní kamerou 3 spojenou se členem 13 pro definování procesu a s vyhodnocovacím členem 11 pro vyhodnocení teplotního pole snímaného povrchu materiálu a laserový systém 14 je tvořený řídicím členem 10 spojeným, jednak se skenovací optikou 1, a jednak s laserovým zdrojem 12, přičemž termovizní systém 15 je přes vyhodnocovací člen 11 spojen s řídicím členem 10 laserového systému 14.
Tepelné pole na povrchu vrchního materiálu 5 vyzařuje tepelné záření 9, které je snímáno termovizní kamerou 3 spojenou s vyhodnocovacím členem 11. Výstup vyhodnocovacího členu H je v podobě minimální, maximální a průměrné teploty přiveden do řídicího členu 10, který řídí pohyb a intenzitu laserového svazku 2. Laserový svazek 2 prochází vrchním materiálem 5 a v základním - spodním materiálu 4 vytváří svar 6.
Na obr. 2 jsou na vrchním materiálu 5 patrné směr pohybu laserového svazku 2, vyznačený šipkou a trajektorie pohybu laserového svazku 2, a to po laserových úsecích 8. Čárkovaně jsou znázorněny termovizní úseky 7. Z obrázku je patrné, že mohou, ale nemusí být stejně velké jako laserové úseky 8.
Laserový svazek 2 prochází vrchním materiálem 5, který je pro vlnovou délku záření laseru propustný. Základní - spodní materiál 4, který je pro vlnovou délku záření nepropustný, jev kontaktu s vrchním materiálem 5. Záření laserového svazku 2 je proto efektivně absorbováno na rozhraní mezi těmito materiály, kde působením dodaného tepla následně vznikne svar 6. Pohyb laserového svazku 2 po trajektorii svaru 6 je vytvářen pomocí skenovací optiky L Pro účely řízení laserového svazku 2 je trajektorie svaru 6 rozdělena do více úseků. Pro každý úsek mohou být definovány odlišné technologické parametry, jako procesní rychlost pohybu laserového svazku 2 po materiálu, výkon laserového zdroje apod. Skenovací optika 1 laserového systému zajišťuje opakovaný pohyb laserového svazku 2 po zvolené trajektorii, jehož výsledkem je kvazisimultánní ohřev materiálu najednou na celé trajektorii a vytvoření svaru 6.
Termovizní kamera 3 snímá bezkontaktně tepelné záření 9 povrchu vrchního materiálu 5 a pomocí zadaných parametrů radiačního procesu vyhodnocuje ve vyhodnocovacím členu 11 časový průběh teplotního pole snímaného povrchu materiálu. Teplotní pole měřeného povrchu,
-2CZ 307993 B6 jako výstup použití termovizní kamery 3, je rozdělen stejně jako pro definici laserového procesu na odpovídající počet termovizních úseků 7, kopírujících trajektorii pohybu laserového svazku 2 po materiálu. Každému laserovému úseku 8 odpovídá určitý termovizní úsek 7. Nemusí však být stejné velikosti a nemusí mít stejné prostorové umístění.
V průběhu procesu svařování jsou pak v návaznosti na termovizní úseky 7 vyhodnocovány jejich teploty (minimální, maximální a průměrná), jejichž hodnoty se využívají v řídicím členu 10 pro řízení laserové technologie na odpovídajícím laserovém úseku 8. Toho lze využít k
- ukončení procesu svařování na příslušném úseku, pokud teplota dosáhne požadované teploty
- regulaci výkonu laserového zdroje, aby se teplota vyvíjela podle požadovaného časového průběhu
- regulaci rychlosti pohybu laserového svazku 2 (procesní rychlost), aby se teplota vyvíjela podle požadovaného časového průběhu
- identifikaci nesprávně provedeného svaru, pokud dochází k nižší rychlosti ohřevu, než je zadaná hodnota nebo teplota na konci procesuje nižší než zadaná hodnota
Výše uvedené platí:
pro případ paralelního působení více laserových systémů s více skenovacími optikami pro případ paralelního nasazení více termovizních kamerových systémů pro snímání jednoho procesu pro případ, kdy jsou skenovací optika 1, termovizní kamera 3 nebo sestava materiálu, poloho vány průmyslovým robotem nebo jiným manipulačním systémem pro případ, kdy je termovizní úsek 7 definován formou bodové, čárové nebo plošné analýzy v termogramu pro případ, kdy je pro řízení využita teplota termovizního úseku 7 vyhodnocená jiným způsobem než minimální, maximální nebo průměrná teplota z teplot jednotlivých pixelů termogramu přiřazených k definovanému termoviznímu úseku 7.
Výhodou řešení podle vynálezu je rovněž skutečnost, že pro řízení lze využít teploty libovolného místa povrchu svařovaných materiálů, nejen z lokality, kde bezprostředně působí laserový svazek 2.
Průmyslová využitelnost
Zařízení a způsob pro on-line řízení dálkového transmisního laserového svařování materiálů podle vynálezu lze s úspěchem využít všude tam, kde pro jakostní svar je nutné přesné definování laserového procesu s ohledem na teplotu svařování, zvláště v průmyslové výrobě při laserovém svařování plastů.
PATENTOVÉ NÁROKY
Claims (2)
1. wZařízení pro on-line řízení dálkového transmisního laserového svařování materiálů, obsahující laserový zdroj a optickou jednotku, vyznačující se tím, že sestává z termovizního systému (15) a z laserového systému (14) s tím, že termovizní systém je tvořený termovizní kamerou (3) spojenou se členem (13) pro definování procesu a s vyhodnocovacím členem (11)
-3 CZ 307993 B6 pro vyhodnocení teplotního pole snímaného povrchu materiálu, a že laserový systém (14) je tvořený řídicím členem (10) spojeným jednak se skenovací optikou (1) a jednak s laserovým zdrojem (12), přičemž termovizní systém (15) je přes vyhodnocovací člen (11) spojen s řídicím členem (10) laserového systému (14).
2. Způsob on-line řízení dálkového transmisního laserového svařování materiálů prováděný zařízením podle nároku 1, vyznačující se tím, že trajektorie svaru (6) je pro účely řízení laserového svazku (2) rozdělena do více úseků, a termovizní kamera (3), kopírující trajektorii pohybu laserového svazku (2), snímá teplotní pole vrchní vrstvy (5), které je rozděleno na stejný ío počet úseků jako trajektorie svaru (6), přičemž každému laserovému úseku (8) odpovídá termovizní úsek (7), který může být jiné velikosti než je velikost laserového úseku (8) a může mít i jiné prostorové umístění, zatímco výstup termovizní kamery (3) je přiveden do vyhodnocovacího členu (11) k vyhodnocování minimální, maximální a průměrné teploty jednotlivých termovizních úseků, jejichž hodnoty se přivádějí do řídicího členu (10) skenovací 15 optiky (1) pro řízení laserové technologie na odpovídajícím laserovém úseku (8).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2012-176A CZ307993B6 (cs) | 2012-03-13 | 2012-03-13 | Zařízení a způsob pro on-line řízení dálkového transmisního laserového svařování materiálů |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2012-176A CZ307993B6 (cs) | 2012-03-13 | 2012-03-13 | Zařízení a způsob pro on-line řízení dálkového transmisního laserového svařování materiálů |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2012176A3 CZ2012176A3 (cs) | 2013-09-25 |
| CZ307993B6 true CZ307993B6 (cs) | 2019-10-09 |
Family
ID=49210342
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2012-176A CZ307993B6 (cs) | 2012-03-13 | 2012-03-13 | Zařízení a způsob pro on-line řízení dálkového transmisního laserového svařování materiálů |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ307993B6 (cs) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01130874A (ja) * | 1987-11-16 | 1989-05-23 | Kawasaki Steel Corp | 溶接状況の観察装置 |
| DE4234339A1 (de) * | 1992-10-12 | 1994-04-14 | Manfred Prof Dr Ing Geiger | Verfahren zum Laserstrahlschweißen überlappender Bleche und Vorrichtung zu dessen Durchführung |
| EP0934797A1 (fr) * | 1998-02-05 | 1999-08-11 | Sollac S.A. | Procédé de réglage de la position d'une caméra de contrÔle thermographique d'une soudure |
| EP2206575A1 (de) * | 2009-01-12 | 2010-07-14 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG | Vorrichtung zur Reparatur der Schaufeln von BLISK-Trommeln mittels Laserstrahlauftragsschweißen |
-
2012
- 2012-03-13 CZ CZ2012-176A patent/CZ307993B6/cs not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01130874A (ja) * | 1987-11-16 | 1989-05-23 | Kawasaki Steel Corp | 溶接状況の観察装置 |
| DE4234339A1 (de) * | 1992-10-12 | 1994-04-14 | Manfred Prof Dr Ing Geiger | Verfahren zum Laserstrahlschweißen überlappender Bleche und Vorrichtung zu dessen Durchführung |
| EP0934797A1 (fr) * | 1998-02-05 | 1999-08-11 | Sollac S.A. | Procédé de réglage de la position d'une caméra de contrÔle thermographique d'une soudure |
| EP2206575A1 (de) * | 2009-01-12 | 2010-07-14 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG | Vorrichtung zur Reparatur der Schaufeln von BLISK-Trommeln mittels Laserstrahlauftragsschweißen |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2012176A3 (cs) | 2013-09-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3065909B1 (en) | Heat energy sensing and analysis for welding processes | |
| US12059744B2 (en) | Laser machining device | |
| CN102497952A (zh) | 激光处理头以及用于补偿激光处理头的聚焦位置的改变的方法 | |
| CN108068345B (zh) | 用于焊接热塑复合零件的高压釜和方法 | |
| EP3666427B1 (en) | Method for melt pool monitoring using geometric length | |
| US11679548B2 (en) | Method for melt pool monitoring | |
| KR102662183B1 (ko) | 유리 워크피스를 용접하는 용접 프로세스를 모니터링하는 방법 및 장치 | |
| EP2837460A2 (en) | Laser irradiation apparatus | |
| CN107427951A (zh) | 利用自适应算法的焊接系统 | |
| CN113165107A (zh) | 用于监测用于焊接玻璃工件的焊接过程的方法和装置 | |
| KR102743624B1 (ko) | 비젼 센서를 이용한 레이저 용접 장치 | |
| JP2006047313A (ja) | 製造に組み込まれ得る、特に燃料電池に用いられる膜・電極接合体の非破壊試験のための試験装置及び試験方法 | |
| CZ307993B6 (cs) | Zařízení a způsob pro on-line řízení dálkového transmisního laserového svařování materiálů | |
| KR101528587B1 (ko) | 반도체 리볼링 장치 및 방법 | |
| CN109890599B (zh) | 用于加热对象的方法和加热设备 | |
| Wippo et al. | Evaluation of a pyrometric-based temperature measuring process for the laser transmission welding | |
| Schmailzl et al. | Process Monitoring at Laser Welding of Thermoplastics: 3D‐scanner with integrated pyrometer enables online temperature monitoring at quasi‐simultaneous laser transmission welding | |
| KR102240095B1 (ko) | 증착 용접 방법에서의 프로세스 모니터링 장치 | |
| CN205684901U (zh) | 一种智能加工机 | |
| CN101432093B (zh) | 激光加工设备和激光加工方法 | |
| US11285671B2 (en) | Method for melt pool monitoring using Green's theorem | |
| JP7199191B2 (ja) | ファイバフィードバック | |
| Holm et al. | A reference architecture for the design of an industrial temperature feedback welding control system | |
| KR101149734B1 (ko) | 레이저 용접용 레이저 초점 조절장치 및 그 방법 | |
| US11020907B2 (en) | Method for melt pool monitoring using fractal dimensions |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20230313 |