中距離レーザー溶接追跡センサー

中距離レーザー溶接追跡センサーは、レーザーを使用して溶接シームの表面に照射してレーザー光帯を形成し、高解像度カメラで受信して画像化します。アルゴリズム処理により、溶接シームの3次元特徴が、溶接ジョイントの座標、ずれ、ギャップなどの構造化情報に変換されます。この情報はロボットコントローラーに送信され、ロボットに溶接に必要な軌道とプロセスパラメーターを提供し、ロボットを溶接に誘導したり、ワークピースの偏差をリアルタイムで修正したりして、完璧な溶接作業を実現します。他のソリューションと比較して、レーザーシームトラッキングは、非接触、高精度、高速、優れた適応性などの利点があります。

中距離レーザー溶接追跡センサーは、主にCCDカメラ、半導体レーザー、レーザー保護レンズ、防滴バッフル、風冷装置で構成されています。三角測量の原理を利用して、レーザースキャンエリア内の各ポイントの座標情報を取得し、複雑なプログラムアルゴリズムを通じて一般的な溶接シームのオンラインリアルタイム検出を実現し、スキャンデータに応じてロボットが作業軌道を調整するように誘導します。

手動または中距離レーザー溶接追跡センサーは、溶接作業者の判断とプロセスパラメータの調整に依存して、溶接シームの追跡を完了します。産業用ロボットに溶接シーム追跡システムを装備すると、機器はセンサーを介して検出された溶接シームとロボットのティーチング軌道との誤差を計算し、誤差データを出力します。その後、動作実行メカニズムによってリアルタイムで修正され、溶接ガンを正確に誘導して自動溶接を実行します。これは、ロボットに目を与えるようなものです。

ロボットや自動溶接機などの中距離レーザー溶接追跡センサー装置の場合、動作にはロボットのティーチングプログラミングと軌道再現が主に必要となるため、溶接ガンがプロセスの許容精度範囲内で溶接シームを位置合わせできるように、ワークピースとそのアセンブリの精度を確保する必要があります。

しかし、多くの場合、ワークピースとその組み立ての精度と一貫性は、大規模なワークピースや自動溶接の大量生産の要件を満たすことができません。同時に、溶接プロセス中に、ワークピースの過熱によって引き起こされる制御できない応力と変形の影響があります。したがって、これらの状況に遭遇すると、手動溶接作業者の目と手と同様の操作を実行するアクティブトラッキングデバイス、つまり中距離レーザー溶接トラッキングセンサーが機器をガイドして作業する必要があります。

溶接欠陥のシミュレーション
中距離レーザー溶接追跡センサーとハイブリッド レーザー溶接に関する知識、およびレーザー溶接のエンド ユーザーとの話し合いに基づいて、生産時に発生する可能性のある潜在的なパラメーターの変動が確立されました。プロセス パラメーター、ジョイントの準備、フィットアップに関連するこれらの要因は、さまざまな溶接欠陥の原因であると考えられます。
 

実験のセットアップ
自溶性レーザー溶接試験は、製造された中距離レーザー溶接追跡センサーを使用して実施されました。レーザービームは、直径 600µm のステップインデックス光ファイバーを介して、200mm 集束レンズを使用する出力ハウジングに送信され、直径 0.6mm の公称最小スポットサイズが生成されました。サーボロボットシームトラッカーを使用して、溶接中にジョイントシームを追跡しました。プルーム抑制ガスジェット (アルゴン) は、ワークピースの表面に対して 40 度の角度で、レーザービームを追跡し、衝突点はレーザービーム焦点の 1mm 上にあります。高圧エアナイフを使用して、溶接中にレーザー光学系を保護しました。実際のハウジングとシームトラッカーはロボットに取り付けられ、溶接中に固定ジグに保持された試験片上で配置を移動しました。
 

溶接の工程内モニタリング
中距離レーザー溶接追跡センサーと呼ばれる最初のセンサーは、600nm未満の波長範囲の放射線を検出します。レーザー光で鋼を溶接する場合、イオン化されたプラズマではなく、高温で熱的に励起されたガスまたは「プルーム」が予想されます。実際には、これらのプルームはスペクトルの可視部分で非常にエネルギーが高いため、溶接中の問題による中距離レーザー溶接追跡センサーの変動がプラズマセンサーを使用して可視化されることが期待されました。「温度」センサーと呼ばれる2番目のセンサーは、スペクトルの赤外線部分（1100-1800nm）に敏感で、溶融した溶接プールからの信号を拾うように配置されています。「後方反射」または「反射率」センサーと呼ばれる3番目のセンサーは、処理中にワークピースから反射された1.06µmの波長（つまりレーザー波長）を中心とした狭い帯域の放射線を検出します。

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