BR112021000911A2 - Sistemas e métodos para monitorar e/ou controlar processamento de oscilação utilizando formação de imagem coerente em linha (ici) - Google Patents

Abstract

a presente invenção refere-se a um sistema e método que pode ser utilizado para monitorar e/ou controlar processamento de material onde um feixe de processo é movido em um padrão de oscilação, tal como um processo de soldagem por oscilação. apesar de somente um feixe de processo ser movido de acordo com um padrão de oscilação sobre um local de processamento (por exemplo, um local de solda) de uma peça a trabalhar, um sistema de ici move um feixe de formação de imagem pelo menos parcialmente independentemente do feixe de processo para uma ou mais localizações de medição sobre o padrão de oscilação e obtém medições de ici (por exemplo, medições de profundidade) naquelas localizações. a(s) medição(ões) de ici podem ser utilizadas, por exemplo, para avaliar características de buraco de fechadura e/ou poça de fundido durante um processo de soldagem. apesar do presente pedido descrever processos de soldagem por oscilação, os sistemas e métodos aqui descritos podem também ser utilizados com outras aplicações de processamento de material onde um laser ou outro feixe de energia é oscilado ou tremido durante o processamento incluindo sem limitação, fabricação aditiva, marcação e remoção de material.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMAS E MÉTODOS PARA MONITORAR E/OU CONTROLAR

PROCESSAMENTO DE OSCILAÇÃO UTILIZANDO FORMAÇÃO DE IMAGEM COERENTE EM LINHA (ICI)". PEDIDOS RELATIVO

[001] O presente pedido reivindica o benefício do Pedido Provisório U.S. Número de Série 62/853.368 depositado em 28 de Maio de 2019, intitulado Sistemas e Métodos para Monitorar e/ou Controlar Soldagem Por Oscilação Utilizando Formação de Imagem Coerente em linha (ICI) e reivindica o benefício do Pedido Provisório U.S. Número de Série 62/700.606 depositado em 19 de Julho de 2018, e intitulado "Soldagem Por Oscilação de Ligas de Cobre e Alumínio com Formação de Imagem Coerente em Linha", ambos os quais estão totalmente aqui incorporados por referência.

CAMPO DA TÉCNICA

[002] A presente invenção refere-se a monitorar e/ou controlar processamento de material e mais especificamente, a sistemas e métodos para utilizar formação de imagem coerente em linha (ICI) para monitorar e/ou controlar o processamento de material onde um feixe de processo é movido em um padrão de oscilação, tal como soldagem de oscilação.

INFORMAÇÕES DE HISTÓRICO

[003] A soldagem a laser de ligas não ferrosas para aplicações industriais está expandindo mas também apresenta alguns desafios. A baixa absorção de comprimentos de onda de laser industrial próximo de IR por ligas de alumínio e cobre, por exemplo, resiste à formação inicial de um buraco de fechadura, o qual pode ser necessário para o acoplamento de energia eficiente na peça a trabalhar. Uma vez que um buraco de fechadura é estabelecido, a baixa viscosidade do fundido (por exemplo, se comparado com ligas ferrosas) pode resultar em reduzida estabilidade de processo e maior probabilidade de defeitos.

[004] Para materiais desafiadores, tal como alumínio, cobre e outras ligas não ferrosas, combinando fontes de laser de fibra de alta luminosidade (por exemplo, modo único / modo baixo) com deflexão de feixe dinâmica (ou oscilação de feixe) pode ser uma proposta efetiva para precisamente controlar a distribuição de potência de laser sobre a superfície de material, enquanto mantendo um alto nível de intensidade radiativa no local de interação luz-matéria. Uma técnica de "soldagem por oscilação" para mover o feixe mais rapidamente e precisamente inclui utilizar espelhos móveis para prover padrões de oscilação com o feixe, por exemplo, como descrito em maiores detalhes na Publicação de Pedido de Patente U.S. Número 2016/0368089 a qual é de propriedade comum e totalmente aqui incorporada por referência. Tais processos soldagem por oscilação podem aperfeiçoar a estabilidade de processo, especificamente quando soldando cobre e alumínio, e podem também prover respingos e porosidade reduzidos e um grau extra de controle sobre a geometria de solda acabada. Assim, resultados estáveis, repetíveis e controláveis foram demonstrados com potencial para aplicação industrial difundida.

[005] Uma investigação mais detalhada sobre o buraco da fechadura e a dinâmica de poça de fusão que gera estes resultados acabados industrialmente favoráveis seria de valor para capitalizar adicionalmente sobre o valor de técnicas de soldagem por oscilação. Os graus de liberdade extras introduzidos pela soldagem por oscilação podem, no entanto, adicionalmente complicar a tarefa já difícil de registrar a dinâmica de buraco da fechadura utilizando monitoramento de processo com sensores baseados em fotodiodo ou câmeras de alta velocidade.

SUMÁRIO

[006] De acordo com um aspecto, um sistema de processamento de material a laser inclui uma fonte de feixe de modificação de material para gerar um feixe de processo e um cabeçote de processamento acoplado na fonte de feixe de modificação de material e incluindo pelo menos um atuador de escaneamento de feixe de processo, para direcionar e mover o feixe de processo de acordo com um padrão de oscilação em pelo menos um eixo geométrico em um local de processamento de uma peça a trabalhar. Um sistema de formação de imagem coerente em linha (ICI) oticamente acoplado no cabeçote de processamento e inclui pelo menos um atuador de escaneamento de feixe de formação de imagem para posicionar o feixe de formação de imagem pelo menos parcialmente independentemente do feixe de processo. Um sistema de controle controla pelo menos a fonte de feixe de modificação de material, o atuador de escaneamento de feixe de processo, e o atuador de escaneamento de feixe de formação de imagem. O sistema de controle está programado para fazer com que o cabeçote de processamento escaneie o feixe de processo no padrão de oscilação e fazer com que o atuador de escaneamento de feixe de formação de imagem mova o feixe de formação de imagem para uma pluralidade de localizações de medição no local de processamento em coordenação com o padrão de oscilação.

[007] De acordo com outro aspecto, um método está provido para monitorar o processo de soldagem por oscilação. O método inclui: direcionar um feixe de processo e pelo menos um feixe de formação de imagem de um sistema de formação de imagem coerente em linha (ICI) para um local de solda de uma peça a trabalhar; mover o feixe de processo em um padrão de oscilação sobre o local de solda da peça a trabalhar; mover o pelo menos um feixe de formação de imagem pelo menos parcialmente independentemente do feixe de processo para uma pluralidade de localizações de medição no local de solda; e obter medições de ICI da pluralidade de localizações de medição conforme o feixe de processo move no padrão de oscilação.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[008] Estas e outras características e vantagens serão melhor compreendidas pela leitura da descrição detalhada seguinte, tomada juntamente com os desenhos em que:

[009] Figura 1 é um diagrama de blocos esquemático de um sistema de soldagem a laser que provê padrões de soldagem por oscilação e é monitorado utilizando formação de imagem coerente em linha (ICI), consistente com modalidades da presente descrição.

[010] Figura 1A é um diagrama esquemático de um feixe de laser focalizado com uma faixa de movimento relativamente pequena provida por espelhos duplos para propósitos de oscilação, consistente com uma modalidade da presente descrição.

[011] Figuras 2A-2D são diagramas esquemáticos que ilustram diferentes padrões de oscilação juntamente com soldas de amostra formadas por estes padrões de oscilação, consistentes com modalidades da presente descrição.

[012] Figura 3A é uma micrografia de uma solda padrão, consistente com uma modalidade da presente descrição.

[013] Figura 3B é uma micrografia de uma solda formada utilizando um padrão de oscilação.

[014] Figuras 4 e 5 são vistas em perspectiva de um cabeçote de soldagem a laser com um módulo colimador, módulo oscilador, e módulo de bloco de núcleo montados juntos e emitindo um feixe focalizado, consistente com uma modalidade da presente descrição.

[015] Figura 6 é um diagrama de blocos esquemático de um sistema de ICI que pode ser utilizado para monitorar soldagem por oscilação, consistente com modalidades da presente descrição.

[016] Figura 7 é um fluxograma que ilustra um método de monitorar soldagem por oscilação utilizando ICI, consistente com modalidades da presente descrição.

[017] Figura 8 é uma ilustração de um exemplo de monitorar soldagem por oscilação utilizando ICI movendo um feixe de formação de imagem com um padrão de escaneamento de escaneamento através de um local de solda e abrangendo um padrão de oscilação de feixe de processo.

[018] Figura 9 ilustra mapas de profundidade média para soldas em aço inoxidável com um padrão de oscilação circular e diâmetros de oscilação variáveis formados por escaneamento de escaneamento do feixe de formação de imagem como mostrado na Figura 8.

[019] Figura 10 é uma ilustração de outro exemplo de monitorar a soldagem por oscilação utilizando ICI movendo um feixe de formação de imagem para uma pluralidade de localizações de medição fixas ao longo de um padrão de oscilação de feixe de processo.

[020] Figura 11 é um gráfico da profundidade de penetração como uma função de distância de solda medida nas localizações de medição fixas como mostrado na Figura 10.

[021] Figura 12 é um gráfico de barras da profundidade de penetração média medida nas localizações de medição fixas como mostrado na Figura 10.

[022] Figura 13 é uma ilustração de um exemplo adicional de monitorar a soldagem por oscilação utilizando ICI movendo um feixe de formação de imagem em uma direção oposta à direção do feixe de processo ao longo do padrão de oscilação.

[023] Figura 14 é um gráfico da profundidade de penetração como uma função de distância ao longo de uma solda medida conforme o feixe de formação de imagem move como mostrado na Figura 13.

[024] Figura 15 mostra gráficos da profundidade de penetração média como uma função de ângulo de rotação em diferentes velocidades de solda conforme o feixe de formação de imagem move como mostrado na Figura 13.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[025] Sistemas e métodos, consistente com modalidades da presente descrição, utilizam formação de imagem coerente em linha (ICI) para monitorar e/ou controlar um processamento de material onde um feixe de processo é movido em um padrão de oscilação, tal como um processo de soldagem por oscilação. Enquanto pelo menos um feixe de processo é movido de acordo com um padrão de oscilação sobre um local de processamento (por exemplo, um local de solda) de uma peça a trabalhar, um sistema de ICI move um feixe de formação de imagem pelo menos parcialmente independentemente do feixe de processo para uma ou mais localizações de medição no padrão de oscilação e obtém medições de ICI (por exemplo, medições de profundidade) naquelas localizações. A(s) medição(ões) de ICI podem ser utilizadas, por exemplo, para avaliar as características de buraco de fechadura e/ou poça de fundido durante um processo de soldagem. Apesar do presente pedido descrever processos de soldagem por oscilação, os sistemas e métodos aqui descritos podem também ser utilizados com outras aplicações de processamento de material onde um laser ou outro feixe de energia é oscilado ou tremido durante o processamento incluindo, sem limitação, fabricação aditiva, marcação e remoção de material.

[026] Em uma modalidade, o feixe de formação de imagem é movido para escanear o local de solda em um padrão de escaneamento (por exemplo, escaneamento de escaneamento) através de múltiplas localizações de medição que abrangem o padrão de oscilação para formar um mapa de profundidade do local de solda. Em outra modalidade, um ou mais feixes de formação de imagem são movidos para uma ou mais localizações de medição fixas no padrão de oscilação. Em uma modalidade adicional, o feixe de formação de imagem é movido ao longo do padrão de oscilação em direção oposta ao movimento do feixe de processo. Em ainda outra modalidade, o feixe de formação de imagem é movido em uma direção do feixe de processo ao longo do padrão de oscilação mas independentemente do feixe de processo, por exemplo, para prover um controle de deslocamento dinâmico e/ou correção de alinhamento cíclica.

[027] Como aqui utilizado, "oscilação" refere-se a um movimento de alternação de um feixe de laser (por exemplo, em pelo menos um eixo geométrico) e dentro de um campo de visão relativamente pequeno definido por um ângulo de escaneamento menor do que 10º ou por um deslocamento de ângulo de feixe máximo de ± 5º. Em um exemplo, o sistema de ICI pode ser utilizado com um cabeçote de soldagem a laser com um ou mais atuadores de escaneamento, tal como espelhos móveis, o qual executa operação de soldagem com padrões de oscilação, por exemplo, como descrito em maiores detalhes na Publicação de Pedido de Patente U.S. Número 2016/0368089, a qual é de propriedade comum e totalmente aqui incorporada por referência. Os atuadores de escaneamento proveem um movimento de oscilação de um ou mais feixes dentro de um campo de visão relativamente pequeno, por exemplo, definido por um ângulo de escaneamento de 1-2º. Os atuadores de escaneamento podem incluir, sem limitação, espelhos de escaneamento de galvanômetro, espelhos de escaneamento poligonais, espelhos de escaneamento baseados em MEMs, espelhos de escaneamento piezoelétricos, escaneadores de feixe baseados em difração, prismas rotativos, cristais de óxido de nióbio de potássio tântalo (KTN) e outros tipos de espelhos ou ótica de escaneamento. O cabeçote de soldagem a laser pode também incluir um elemento ótico difrativo para formar o feixe ou feixes sendo movidos.

[028] Como aqui utilizado, formação de imagem coerente em linha (ICI) refere-se a um processo onde um feixe de formação de imagem é direcionado para uma peça a trabalhar juntamente ou "em linha" com um feixe de processo para propósitos de medição de características do processo e/ou peça a trabalhar. O termo "em linha" não requer que os feixes de formação de imagem e de processo sejam coaxiais. O feixe de formação de imagem pode ser coaxial com o feixe de processo ou pode ser deslocado ou inclinado em relação ao feixe de processo. As modalidades descritas na presente descrição podem ser utilizadas com quaisquer sistemas de ICI, por exemplo, como descrito em maiores detalhes nas Patentes U.S. Números 8.822.875, 9.757.817 e

10.124.410, as quais são de propriedade comum e totalmente aqui incorporadas por referência. O sistema de ICI pode estar acoplado no cabeçote de soldagem a jusante dos atuadores de escaneamento de feixe de processo e pode incluir atuadores de escaneamento de feixe de formação de imagem para mover o feixe de formação de imagem independentemente do feixe de processo, como será abaixo descrito em mais detalhes. Os atuadores de escaneamento podem incluir, sem limitação, espelhos de escaneamento de galvanômetro, espelhos de escaneamento poligonais, espelhos de escaneamento baseados em MEMs, espelhos de escaneamento piezoelétricos, escaneadores de feixe baseados em difração, prismas rotativos, e outros tipos de espelhos ou ótica de escaneamento.

[029] A ICI pode ser utilizada para monitorar a soldagem de oscilação em ligas de cobre e alumínio assim como outras ligas não ferrosas. Especificamente, a ICI permite medições diretas, de buraco de fechadura geométrico e podem ser utilizadas para executar mapeamento de profundidade de buraco de fechadura dentro do padrão de oscilação para demonstrar flutuações periódicas no buraco de fechadura que correspondem à posição, as quais não são sempre observáveis em uma solda acabada. A dinâmica de buraco de fechadura e poça de fundido pode ser examinada para condições de soldagem de oscilação de buraco de fechadura tanto rotativas quanto comuns. As medições de ICI podem prover uma janela única na dinâmica de processo de soldagem que utilizam deflexão de feixe dinâmica. As medições de ICI tal como profundidade de penetração de solda ou perfis e/ou medições de parte de pré-processo ou pós- processo, podem também ser utilizadas para controlar os parâmetros de processamento tais como, por exemplo, potência de laser ou padrão de oscilação.

[030] A ICI provê vantagens sobre os sensores baseados em fotodiodo convencionais ou câmeras de alta velocidade quando aplicada à medição de processo de soldagem de buraco de fechadura a laser. Como será abaixo descrito em maiores detalhes, a ICI fornece um feixe de formação de imagem secundário (por exemplo, um feixe infravermelho) através da ótica de processo para fazer medições geométricas diretas do buraco de fechadura, poça de fundido, e material circundante durante a solda. A ICI provê a vantagem de não ser blindada por radiação de corpo negro ou luz de processo retrodispersa e é capaz de diretamente medir a penetração do buraco de fechadura durante uma solda a laser. As medições de ICI são capazes de precisão de microescala e resolução temporal de nível de microssegundo. Utilizando ICI para examinar o comportamento do buraco de fechadura durante a soldagem por oscilação gera novas visões no comportamento neste tipo de processo de soldagem.

[031] Referindo à Figura 1, um sistema de soldagem a laser 100 para soldagem por oscilação pode ser monitorado e/ou controlado utilizando um sistema de ICI 150, consistente com modalidades da presente descrição. O sistema de ICI 150 pode ser utilizado para monitorar e/ou controlar a soldagem por oscilação fazendo uma ou mais medições de ICI em uma ou mais localizações no local de solda e ao longo do padrão de oscilação, com será abaixo descrito em maiores detalhes. Apesar do sistema de ICI 150 ser descrito no contexto de uma modalidade específica do sistema de soldagem a laser 100, o sistema de ICI 150 pode ser utilizado com qualquer tipo de sistemas de soldagem a laser para soldagem por oscilação ou com outros sistemas de processamento de material onde um laser ou feixe de energia é oscilado ou tremido.

[032] Na modalidade ilustrada, a sistema de soldagem a laser 100 inclui um cabeçote de soldagem a laser 110 acoplado a uma fibra de saída 111 de um laser de fibra 112 (por exemplo, com um conector 111a). O cabeçote de soldagem a laser 110 pode ser utilizado para executar soldagem sobre uma peça a trabalhar 102, por exemplo, soldando uma costura 104 para formar um cordão de solda 106. O sistema de ICI 150 pode ser acoplado no cabeçote de soldagem a laser 110, por exemplo, em uma porta de câmera ou outra porta ótica no cabeçote de soldagem 110.

[033] O cabeçote de soldagem a laser 110 e/ou a peça a trabalhar 102 podem ser movidos ou transladados um em relação ao outro ao longo da direção da costura 104. O cabeçote de soldagem a laser 110 pode estar localizado sobre uma plataforma de movimento 114 para transladar o cabeçote de soldagem 110 em relação à peça a trabalhar 102 ao longo de pelo menos um eixo geométrico, por exemplo, ao longo do comprimento da costura 104. Em um exemplo, a plataforma de movimento 114 é um robô de múltiplos eixos geométricos tal como um robô de seis eixos geométricos ABB IRB-4400 e os materiais ou a peça a trabalhar estão presos em um gabarito estático. Além disso, ou alternativamente, a peça a trabalhar 102 pode estar localizada sobre uma plataforma de movimento 108 para mover ou transladar a trabalhar 102 em relação ao cabeçote de soldagem a laser 110.

[034] O laser de fibra 112 pode incluir um laser de fibra de Itérbio capaz de gerar um laser na faixa espectral próxima de infravermelho (por exemplo, 1060-1080 nm). O laser de fibra de Itérbio pode ser um laser de fibra de Itérbio de onda contínua de modo único ou múltiplos modos capaz de gerar um feixe de laser com potência até 1 kW em algumas modalidades e potências mais altas até 50 kW em outras modalidades. Exemplos do laser de fibra 112 incluem os lasers Série YLR SM ou Série YLR HP disponíveis da IPG Photonics Corporation, tal como o laser de fibra YLS-6000 (comprimento de onda 1070) fornecido através de um laser de fibra de processo de núcleo de 100 µm. O laser de fibra 112 pode também incluir um laser de fibra de múltiplos feixes, tal como o tipo descrito no Pedido Internacional Número PCT/US2015/45037 depositado em 13 de Agosto de 2015 e intitulado Sistema de Laser de Fibra de Múltiplos Feixes, o qual é capaz de seletivamente fornecer um ou mais feixes de laser através de múltiplas fibras.

[035] Na modalidade ilustrada, o cabeçote de soldagem a laser 110 geralmente inclui um colimador 122 para colimar o feixe de laser da fibra de saída 111, pelo menos um primeiro e segundo espelhos móveis 132, 134 para refletir e mover o feixe colimado 116, e uma lente de foco 142 para focalizar e fornecer um feixe focalizado 118 para a peça a trabalhar 102. Em um exemplo, o cabeçote de soldagem 110 é um cabeçote de solda IPG D50 Wobble com um colimador de 150 mm e uma ótica de focalização final de 300 mm (para um diâmetro de foco nominal de 200 µm). O sistema de ICI 150 pode estar acoplado no cabeçote de soldagem 110 a jusante dos espelhos móveis 132, 134. Na modalidade ilustrada, um espelho fixo 144 é também utilizado para direcionar o feixe de laser colimado 116 do segundo espelho móvel 134 para a lente de foco 142. O colimador 122, os espelhos móveis 132, 134, e a lente de foco 142 e espelho fixo 144 podem ser providos em módulos separados 120, 130, 140 que podem ser acoplados juntos, com será abaixo descrito em maiores detalhes.

[036] Os espelhos móveis 132, 134 são articuláveis ao redor de diferentes eixos geométricos 131, 133 para fazer com que o feixe colimado 116 mova e assim fazer com que o feixe focalizado 118 mova em relação à peça a trabalhar 102 em pelo menos dois diferentes eixos geométricos perpendiculares 2, 4. Os espelhos móveis 132, 134 podem ser espelhos de galvanômetro que são móveis por galvomotores, os quais são capazes de reverter a direção rapidamente. Em outras modalidades, outros mecanismos podem ser utilizados para mover os espelhos tal como motores de passo. Utilizar os espelhos móveis 132, 134 no cabeçote de soldagem a laser 110 permite que o feixe de laser 118 seja movido precisamente, controlavelmente e rapidamente para propósitos de oscilação de feixe sem precisar mover o cabeçote de soldagem inteiro 110 e sem utilizar prismas rotativos.

[037] Em uma modalidade do cabeçote de soldagem 110, os espelhos móveis 132, 134 movem o feixe 118 dentro de somente um campo de visão relativamente pequeno (por exemplo, um deslocamento de feixe máximo na peça a trabalhar de ± 30 mm) articulando o feixe 118 dentro de um ângulo de escaneamento α menor do que 10º (ou com um deslocamento de ângulo de feixe máximo de ± 5 º) e mais especificamente um ângulo de escaneamento de aproximadamente 1- 2º, como mostrado na Figura 1A, por meio disto permitindo que o feixe oscile. Em contraste, cabeçotes de escaneamento de laser convencionais geralmente proveem movimento do feixe de laser dentro de um campo de visão muito maior (por exemplo, maior do que 50 x 50 mm e tão grande quanto 250 x 250 mm) e são projetados para acomodar um campo de visão e ângulo de escaneamento maiores. Assim, a utilização dos espelhos móveis 132, 134 para prover somente um campo de visão relativamente pequeno no cabeçote de soldagem a laser 110 é contraintuitivo e contrário à sabedoria convencional de prover um campo de visão mais amplo quando utilizando galvoescaneadores. Limitar o campo de visão e o ângulo de escaneamento provê vantagens quando utilizando galvoespelhos no cabeçote de soldagem 110, por exemplo, permitindo velocidades mais rápidas, permitindo a utilização de componentes menos dispendiosos tais como lentes, e permitindo a utilização com acessórios tais como faca de ar e/ou acessórios assistidos por gás.

[038] Devido ao menor campo de visão e ângulo de escaneamento na modalidade exemplar do cabeçote de soldagem 110, o segundo espelho 134 pode ter substancialmente o mesmo tamanho que o primeiro espelho 132. Em contraste, os galvoescaneadores convencionais geralmente utilizam um segundo espelho maior para prover o campo de visão e ângulo de escaneamento maiores e o segundo espelho maior pode limitar a velocidade de movimento em pelo menos um eixo geométrico. Um segundo espelho de tamanho menor 134 (por exemplo, aproximadamente do mesmo tamanho que o primeiro espelho 132) no cabeçote de soldagem 110 assim permite que o espelho 134 mova com velocidades mais rápidas se comparado com espelhos maiores em galvoescaneadores convencionais provendo grandes ângulos de escaneamento.

[039] A lente de foco 142 pode incluir lentes de foco conhecidas para utilização em cabeçotes de soldagem a laser e que têm uma variedade de comprimentos focais variando, por exemplo, de 100 mm a 1000 mm. Os cabeçotes de escaneamento a laser convencionais utilizam lentes de escaneamento de múltiplos elementos, tal como uma lente F-teta, uma lente de achatamento de campo, ou uma lente telecêntrica, com diâmetros muito maiores (por exemplo, uma lente de diâmetro de 300 mm para um feixe de diâmetro de 33 mm) para focalizar o feixe dentro do campo de visão maior. Como os espelhos móveis 132, 134 estão movendo o feixe dentro de um campo de visão relativamente pequeno, uma maior lente de escaneamento múltiplos elemento (por exemplo, uma lente F-teta) não é requerida e não é utilizada. Em uma modalidade exemplar do cabeçote de soldagem 110 consistente com a presente descrição, uma lente de foco F300 plano convexa de 50 mm de diâmetro pode ser utilizada para focalizar um feixe que tem um diâmetro de aproximadamente 40 mm para movimento dentro de um campo de visão de aproximadamente 15 x 5 mm. A utilização da menor lente de foco 142 também permite que acessórios adicionais, tal como faca de ar e/ou acessórios assistidos a gás, sejam utilizados na extremidade do cabeçote de soldagem 110. As maiores lentes de escaneamento requeridas para os cabeçotes de escaneamento a laser convencionais limitavam a utilização de tais acessórios.

[040] Apesar da modalidade exemplar do cabeçote de soldagem a laser 110 incluir dois espelhos móveis 132, 134, outros tipos e números de atuadores de escaneamento podem também ser utilizados para prover o padrão de oscilação. Outros componentes óticos podem também ser utilizados no cabeçote de soldagem a laser 110 tal como um divisor de feixe para dividir o feixe de laser para prover pelo menos dois pontos de feixe para soldagem (por exemplo, em cada lado da solda). Componentes óticos adicionais podem também incluir uma ótica difrativa e podem ser posicionados entre o colimador 122 e os espelhos 132, 134.

[041] Uma janela protetiva 146 pode ser provida na frente da lente 142 para proteger a lente e outra ótica dos detritos produzidos pelo processo de soldagem. O cabeçote de soldagem a laser 110 pode também incluir um acessório de cabeçote de soldagem, tal como uma faca de ar para prover um fluxo de ar de alta velocidade através da janela protetiva 146 ou lente de foco 142 para remover os detritos e/ou um acessório assistido a gás para fornecer um gás de proteção coaxialmente ou fora do eixo geométrico para o local de solda para suprimir a pluma de solda. Assim, o cabeçote de soldagem a laser 110 com espelhos móveis é capaz de ser utilizado com acessórios de cabeçote de soldagem existentes.

[042] Na modalidade ilustrada, o sistema de ICI 150 está oticamente acoplado no cabeçote de soldagem a laser 110, por exemplo, a jusante dos espelhos 132, 134. O sistema de ICI 150 gera um feixe de formação de imagem 152 que é direcionado em linha com o feixe de processo 118. O espelho fixo 144 pode ser um espelho dicróico que reflete o feixe de processo 118 e permite que o feixe de formação de imagem 152 atravesse. O sistema de ICI 150 inclui um ou mais atuadores de escaneamento (não mostrados) para mover o feixe de formação de imagem 152 para as uma ou mais localizações de medição no local de solda e sobre o padrão de oscilação, com será abaixo descrito em maiores detalhes. Em um exemplo, o sistema de ICI 150 inclui um sistema de ICI IPG LDD-700 que incorpora um par secundário de espelhos de escaneador de galvanômetro, permitindo que o feixe de formação de imagem seja posicionado independentemente do feixe de processo. Em outras modalidades, o sistema de ICI 150 pode estar oticamente acoplado a montante dos espelhos 132, 134.

[043] A modalidade ilustrada do sistema de soldagem a laser 100 ainda inclui um sistema de controle 160 para controlar o laser de fibra 112, o posicionamento dos espelhos móveis 132, 134, e/ou as plataformas de movimento 108, 114, por exemplo, em resposta a condições detectadas no cabeçote de soldagem 110, uma localização detectada da costura 104, e/ou movimento e/ou uma posição do feixe de laser 118. O sistema de controle 160 pode também monitorar e/ou controlar a operação de soldagem recebendo dados do sistema de ICI 150, por exemplo, que representam medições de profundidade ao longo do local de solda.

[044] O sistema de controle 160 pode controlar o laser de fibra 112, por exemplo, desligando o laser, mudando a potência de laser, ou ajustando qualquer outro parâmetro de laser ajustável. O sistema de controle 160 pode também controlar os parâmetros de laser (por exemplo, potência de laser) em resposta ao movimento ou uma posição do feixe 118 sem desligar o laser 112. Se um dos espelhos móveis 132, 134 mover o feixe 118 fora de alcance ou muito lentamente, o sistema de controle 160 pode reduzir a potência de laser para controlar a energia do ponto de feixe dinamicamente para evitar danos pelo laser. O sistema de controle 160 pode ainda controlar a seleção de feixes de laser em um laser de fibra de múltiplos feixes.

[045] O sistema de controle 160 pode controlar um ou ambos os espelhos móveis 132, 134 para prover o movimento de oscilação durante a soldagem, como abaixo descrito em maiores detalhes. O sistema de controle 160 pode também controlar os atuadores de escaneamento no sistema de ICI 150 para controlar os movimentos e/ou posicionamento do feixe de formação de imagem 152 sobre o local de solda como abaixo descrito. O sistema de controle 160 pode também incluir sistemas de processamento de dados para corrigir medições de ICI. O sistema de controle 160 pode ainda incluir um gerador de registros para gerar registros das medições de ICI e um sistema de julgamento de qualidade para executar análise de qualidade de peças soldadas.

[046] O sistema de controle 160 assim inclui um controle de laser, controle de oscilação, controle de movimento e controle ICI funcionando juntos para controlar tanto o processo de soldagem por oscilação quanto monitorar o processo de soldagem por oscilação. O sistema de controle 160 pode incluir, por exemplo, um hardware (por exemplo, um computador ou microcontrolador de uso geral) e um software conhecido para utilização em controlar lasers de fibra e galvoespelhos. Um software de galvocontrole existente pode ser utilizado, por exemplo, e modificado para permitir que os galvoespelhos sejam controlados como aqui descrito.

[047] O sistema de soldagem a laser 100 pode também incluir um sistema de medição auxiliar 170 que inclui sensores auxiliares, tais como fotodiodos visíveis e/ou sensíveis a IR, e/ou câmeras, algumas das quais podem estar acopladas no cabeçote de soldagem 110 por meio de fibras óticas. O sistema de medição auxiliar 170 pode estar configurado para medir a radiação de processo, por exemplo, dentro de uma banda espectral de 100 nm a 20 µm. O sistema de medição auxiliar 170 pode incluir elementos óticos, tais como aberturas, lentes, espelhos de escaneamento, fibras óticas (algumas das quais podem estar acopladas no laser de processo, ou no próprio sistema de ICI), para executar medições espacialmente localizadas relativas ao feixe de processo e/ou ao feixe de medição. Exemplos de sensores auxiliares estão descritos em maiores detalhes na Patente U.S. Número

10.124.410, a qual está aqui incorporada por referência. Uma ou mais saídas do sistema de medição auxiliar 170 podem ser utilizadas para dinamicamente deslocar o feixe de formação de imagem do feixe de processo na superfície de peça a trabalhar de acordo com uma posição do feixe de processo dentro do padrão de oscilação durante um processo de soldagem. O sistema de medição auxiliar 170 pode estar configurado para executar a medição espacialmente localizada em uma localização de medição dinamicamente deslocada do feixe de processo com base em pelo menos uma saída do sistema de ICI.

[048] As Figuras 2A-2D ilustram exemplos de padrões de oscilação cíclicos ou repetidos que podem ser utilizados para executar soldagem de agitação de uma costura juntamente com soldas de amostra formadas por meio desta. As Figuras 2A e 2B mostram um padrão circular no sentido horário, a Figura 2B mostra um padrão linear, a Figura 2C mostra um padrão em número 8, e a Figura 2D mostra um padrão de infinito. Apesar de certos padrões de oscilação serem ilustrados, outros padrões de oscilação estão dentro do escopo da presente descrição, incluindo, sem limitação, padrões em espiral. Uma vantagem de utilizar os espelhos móveis no cabeçote de soldagem a laser 110 é a capacidade de mover o feixe de acordo com uma variedade de diferentes padrões de oscilação.

[049] As Figuras 3A e 3B ilustram uma comparação de solda padrão com uma solda formada por um padrão de oscilação. Os sistemas e métodos de soldagem a laser aqui descritos podem ser utilizados para aperfeiçoar a soldagem com materiais, tal como titânio, que são tipicamente difíceis de soldar.

[050] As Figuras 4 e 5 ilustram uma modalidade exemplar de um cabeçote de soldagem a laser de escaneamento 410 em maiores detalhes. Apesar de uma modalidade específica ser mostrada, outras modalidades do cabeçote de soldagem a laser e sistemas e métodos aqui descritos estão dentro do escopo da presente descrição. Como mostrado nas Figuras 4 e 5, o cabeçote de soldagem a laser 410 inclui um módulo colimador 420, um módulo oscilador 430, e o módulo de bloco de núcleo 440. O módulo oscilador 430 inclui o(s) atuador(es) de escaneamento, tais como o primeiro e segundo espelhos móveis como acima discutido e está acoplado entre o módulo colimador 420 e o módulo de bloco de núcleo 440.

[051] O módulo colimador 420 pode incluir um colimador (não mostrado) com um par fixo de lentes de colimador tal como o tipo conhecido para utilização em cabeçotes de soldagem a laser. Em outras modalidades, o colimador pode incluir outras configurações de lente, tais como lentes móveis, capazes de ajustar o tamanho de ponto de feixe e/ou ponto focal. O módulo oscilador 430 pode incluir um primeiro e segundo galvanômetros (não mostrados) para mover galvoespelhos (não mostrados) ao redor de diferentes eixos geométricos perpendiculares. Os galvanômetros conhecidos para utilização em cabeças de escaneamento a laser podem ser utilizados. Os galvanômetros podem estar conectados a um galvocontrolador (não mostrado). O galvocontrolador pode incluir um hardware e/ou software para controlar os galvanômetros para controlar o movimento dos espelhos e assim o movimento e/ou posicionamento do feixe de laser. Um software de galvocontrole conhecido pode ser utilizado e pode ser modificado para prover a funcionalidade aqui descrita, por exemplo, a descoberta de costura, os padrões de oscilação e comunicação com o laser. O módulo de bloco de núcleo 440 pode incluir um espelho fixo (não mostrado) que redireciona o feixe recebido do módulo oscilador 430 para uma lente de foco e então para a peça a trabalhar. O sistema de ICI pode estar acoplado, por exemplo, no módulo do bloco de núcleo 440 e o espelho fixo no módulo de bloco de núcleo 440 pode ser um espelho dicróico que permite que o feixe de formação de imagem refletido passe de volta através do sistema de ICI, com será abaixo descrito em maiores detalhes.

[052] As Figuras 4 e 5 mostram o cabeçote de soldagem a laser montado 410 com cada um dos módulos 420, 430, 440 acoplados juntos e emitindo um feixe focalizado 418. Um feixe de laser acoplado no módulo colimador 420 é colimado e o feixe colimado é direcionado para o módulo oscilador 430. O módulo oscilador 430 move o feixe colimado utilizando os espelhos e direciona o feixe colimado móvel para o módulo de bloco de núcleo 440. O módulo de bloco de núcleo 440 então focaliza o feixe móvel e o feixe focalizado 418 é direcionado para uma peça a trabalhar (não mostrada).

[053] A Figura 6 mostra um exemplo de um sistema de ICI 650 que inclui uma configuração de interferômetro e utiliza interferometria de baixa coerência para monitorar um sistema de soldagem por oscilação como acima descrito. A modalidade ilustrada utiliza um interferômetro do tipo Michelson; no entanto, os sistemas de ICI com outras configurações de interferometria, tal como Mach-Zehnder, podem também ser utilizados com um sistema de soldagem por oscilação e estão dentro do escopo da presente descrição.

[054] O sistema de ICI 650 inclui uma fonte de feixe de formação de imagem 652 para gerar um ou mais feixes de formação de imagem 652 e um divisor / combinador 654 para dividir o(s) feixe(s) de formação de imagem 652 de modo que pelo menos um componente de feixe de formação de imagem 652a seja direcionado para uma peça a trabalhar 602 (isto é, aplicado a um braço de amostra 656) e pelo menos um componente de feixe de formação de imagem 652b seja direcionado para um espelho de referência 657 (isto é, aplicado a um braço de referência 658). Na modalidade ilustrada, o componente de feixe de formação de imagem 652a direcionado para a peça a trabalhar 602 passa através de um espelho dicróico 644 que reflete um feixe de processo 618 utilizado para executar a soldagem por oscilação. Outras óticas de combinação podem também ser utilizadas para combinar o componente de feixe de formação de imagem 652a com o feixe de processo 618, enquanto permitindo que o componente de feixe de formação de imagem refletido 652a passe de volta na direção do combinador 654.

[055] Os componentes de feixe de formação de imagem refletidos da peça a trabalhar 602 e do espelho de referência 657 são então combinados pelo divisor / combinador 654 para prover um sinal combinado como uma saída de interferometria. O sistema de ICI 650 ainda inclui um detector de sinal 655, tal como um detector espectral de alta velocidade, para receber e detectar o sinal combinado formado pelos componentes de feixe de formação de imagem refletidos 652a, 652b, por meio disto produzindo um interferograma da saída de interferometria. O interferograma pode ser provido para um processador de interferograma 661 para processar o interferograma e calcular medições (por exemplo, medições de profundidade) deste. O processador de interferograma 661 pode fazer parte do sistema de ICI 650 ou do sistema de controle 160 mostrado na Figura 1.

[056] Nesta modalidade, o sistema de ICI 650 ainda inclui um ou mais atuadores de escaneamento de feixe de formação de imagem 659, tal como um galvoescaneador de 2 eixos geométricos ou outros dispositivos de deflexão ativa, para escanear o componente de feixe de formação de imagem 652a independentemente do feixe de processo

618. Os atuadores de escaneamento 659 podem ser utilizados, por exemplo, para escanear componente de feixe de formação de imagem 652a para permanecer substancialmente alinhado com o feixe de processo 618 conforme este move em um padrão de oscilação. Os atuadores de escaneamento 659 podem também ser utilizados para escanear o componente de feixe de formação de imagem 652a em vários padrões de escaneamento que abrangem o padrão de oscilação do feixe de processo 618, com será abaixo descrito em maiores detalhes. Em outras modalidades, o sistema de ICI 650 pode incluir múltiplos braços de amostra 656 e/ou múltiplos braços de referência

658. Por exemplo, múltiplos braços de referência 658 com diferentes comprimentos de percurso ótico podem ser utilizados para levar em conta mudanças em comprimento de percurso ótica quando o componente de feixe de formação de imagem 652a é escaneado.

[057] Referindo à Figura 7, um método de monitorar soldagem por oscilação utilizando ICI está mostrado e descrito. O método inclui direcionar 710 pelo menos um feixe de processo (por exemplo, feixe de processo 118, 618) e pelo menos um feixe de formação de imagem (por exemplo, feixe de formação de imagem 152, 652a) de um sistema de ICI para um local de solda. O feixe de processo é movido 712 em um padrão de oscilação sobre o local de solda, por exemplo, como acima descrito. O feixe de formação de imagem é movido 714 pelo menos parcialmente independentemente do feixe de processo para uma ou mais localizações de medição no local de solda incluindo, por exemplo, sobre o padrão de oscilação. Medições de ICI são obtidas 716 das uma ou mais localizações de medição conforme o feixe de processo move no padrão de oscilação. O feixe de formação de imagem pode ser movido para obter as medições de ICI em diferentes localizações permitindo que vários aspectos da soldagem por oscilação sejam avaliados incluindo, por exemplo, características de buraco da fechadura e/ou poça de fundido, como abaixo descrito em maiores detalhes. O feixe de formação de imagem pode também ser movido ao longo do mesmo percurso de oscilação e substancialmente alinhado com o feixe de processo. O feixe de formação de imagem pode também ser tremido ou oscilado localmente nas uma ou mais localizações de medição.

[058] As medições de ICI podem também ser utilizadas para controlar o processo de soldagem por oscilação, por exemplo, ajustando um ou mais parâmetros de processamento e/ou o movimento de oscilação do feixe de processo. Exemplos de controle incluem controle de retorno, por exemplo, como descrito nas patentes U.S. Números

8.822.875, 9.757.817 e 10.124.410, que são de propriedade comum e totalmente aqui incorporadas por referência.

[059] Referindo às Figuras 8 e 9, uma modalidade de monitorar um processo de soldagem por oscilação utilizando ICI inclui mover o feixe de formação de imagem 152 para escanear por varredura o local de solda em um padrão de escaneamento através de múltiplas localizações de medição que abrangem o padrão de oscilação para formar um mapa de profundidade do local de solda. Em um exemplo, o feixe de processo 118 foi oscilado com um padrão circular e movido em uma direção de soldagem 3 para executar soldas de cordão sobre placa lineares em cupões de aço inoxidável (304). Durante cada solda, o feixe de medição de ICI ou feixe de formação de imagem foi escaneado por varredura através de um padrão de grade quadrado medindo 1,5 por 1,5 mm, centrado sobre o eixo geométrico de feixe de processo (quando estático). Medições de profundidade de cada ponto no padrão de grade foram combinadas para formar imagens tridimensionais assíncronas do local de solda. Os parâmetros de processo foram mantidos constantes de acordo com a Tabela 1 abaixo, exceto para o diâmetro de padrão de oscilação, o qual foi variado de 0 µm (equivalente a uma solda ótica fixa) a 500 µm. Imagens tridimensionais de sucessivas soldas foram combinadas calculando a profundidade média de cada localização em (x, y) para construir um mapa de profundidade representativo da superfície de material incluindo aço virgem, buraco de fechadura e poça de fundido. Tabela 1: Parâmetros de Processo Para Experimentos de Forma de Buraco de Fechadura Parâmetro Valor Potência de laser 1500 W Taxa de alimentação de material 50 mm/s Tamanho de ponto de laser 200 µm Frequência de oscilação 500 Hz Diâmetro de oscilação 0 - 500 µm (variado) Forma de oscilação Circular

[060] A Figura 9 mostra mapas de profundidade média para soldas em aço inoxidável com diâmetros de oscilação variáveis (por exemplo, sem oscilação, 100 µm, 200 µm, 300 µm, 400 µm e 500 µm) onde a direção de soldagem é da direita para a esquerda nas imagens. Cada mapa é uma combinação de cinco imagens tridimensionais sucessivas adquiridas durante diferentes soldas com parâmetros idênticos. Uma mudança qualitativa no mapa de profundidade pode ser vista entre os diâmetros de oscilação de 100 µm e 200 µm. Para soldagem de feixe fixo, e para o caso de oscilação de feixe de 100 µm, o processo produz um buraco de fechadura localizado o qual é profundo no centro da imagem.

[061] No diâmetro de 200 µm e acima, a poça de fundido começa a invadir o centro do padrão de oscilação (por exemplo, como indicado por profundidades medidas similares à superfície do material). Acima deste diâmetro, as medições mais profundas do buraco de fechadura caem em uma distribuição em forma de anel. Neste regime, o buraco da fechadura traça um padrão circular dentro de uma poça de fundido maior, seguindo o feixe de processo através de seu movimento. Em outras palavras, aumentar o diâmetro de oscilação para o diâmetro focalizado do feixe de processo resultou em uma transição da distribuição de profundidade de buraco da fechadura de uma única área de buraco de fechadura localizada para um buraco de fechadura rotativo com uma alta região central de fundido, em nível com a superfície de material.

[062] Os resultados são intuitivos quando considerando o diâmetro de feixe de processo. Para estes experimentos, o diâmetro de feixe 1/e^2 nominal no foco era 200 µm. Quando o diâmetro de oscilação é aumentado para coincidir com o diâmetro de feixe, não existe mais uma área apreciável de sobreposição de intensidade no centro através de cada revolução do feixe de processo. Isto resulta em um déficit de pressão de recuo de evaporação sobre o eixo geométrico de processo quando comparado com padrões de oscilação de menor diâmetro, e faz com que o buraco de fechadura transiciona para um movimento orbitante distinto. Para diâmetros de oscilação menores do que o diâmetro de feixe, a distribuição de profundidade de buraco de fechadura parece ser mais similar àquela de um buraco de fechadura de feixe fixo. Pode ainda existir alguma orbitação de pequena escala do buraco de fechadura seguindo o feixe de processo neste regime, o que não seria visível nas imagens mostradas na Figura 9. Isto poderia afetar a dinâmica de poça de fundido e a estabilidade de processo total em um modo não possível quando utilizando um feixe de maior diâmetro com uma distribuição de intensidade de média de tempo equivalente.

[063] Referindo às Figuras 10-12, outra modalidade de monitorar um processo de soldagem por oscilação utilizando ICI inclui mover o feixe de formação de imagem de ICI 152 para uma ou mais localizações fixas ao longo do padrão de oscilação para obter medições de ICI fixas na(s) localização(ões). Em um exemplo, o feixe de processo 118 foi oscilado com um padrão de oscilação circular e movido na direção de soldagem 3 para produzir soldas de cordão sobre placa lineares em cobre (110) com um objetivo de observar e comparar a estabilidade de oscilação de profundidade de buraco de fechadura em pontos fixos específicos dentro do padrão de oscilação. As medições de buraco da fechadura foram adquiridas continuamente em localizações fixas no padrão de oscilação para toda a duração inteira de cada solda. Diferentes posições de medição foram examinadas durante sucessivas soldas com idênticos parâmetros de acordo com a Tabela 2 abaixo. Tabela 2: Parâmetros de Processo Para Estabilidade de Buraco de Fechadura em Pontos Fixos Parâmetro Valor Potência de laser 3000 W Taxa de alimentação de material 50 mm/s Tamanho de ponto de laser 200 µm Frequência de oscilação 500 Hz Diâmetro de oscilação 500 µm Forma de oscilação Circular

[064] Neste exemplo, as medições de profundidade de ICI estáticas foram adquiridas nos quatro pontos cardeais (por exemplo,

152a-d) ao redor do padrão de oscilação circular. Os dois pontos (por exemplo, 152a, 152b) ao longo do eixo geométrico paralelo à direção de soldagem serão referidos como dianteiro (152a) e traseiro (152b), e os dois pontos (por exemplo, 152c, 152d) ao longo do eixo geométrico perpendicular à direção de soldagem 3 serão referidos como rápido (152c) e lento (152d). O movimento do feixe de processo combinado com a velocidade de deslocamento do cabeçote em relação à peça cria uma assimetria na velocidade de deslocamento local do feixe entre os lados rápido e lento do padrão de oscilação. Com base nos parâmetros de oscilação, a velocidade circunferencial do feixe de processo no quadro de referência do cabeçote de processo foi 785 mm/s. No lado rápido do padrão de oscilação, o feixe de processo se deslocou a 835 mm/s na direção de soldagem dianteira 3 (em relação ao material), enquanto no lado lento do padrão de oscilação, o feixe se deslocou a 735 mm/s na direção da traseira da solda.

[065] Os dados de profundidade adquiridos neste modo incluem medições do fundo do buraco de fechadura quando o feixe de processo 118 cruza através do feixe de medição (152a-d), e as medições da superfície da poça de fundido em outros tempos. Os dados de profundidade foram reduzidos para um conjunto de mínimos de buraco de fechadura para pesquisar por um mínimo local dentro de cada intervalo de cruzamento esperado dos dois feixes. A Figura 11 mostra profundidades de buraco de fechadura resultantes para todas as quatro localizações de medição (isto é, as bordas dianteira, traseira, lenta, e rápida do padrão de oscilação) durante diferentes soldas de cordão sobre placa em cobre com parâmetros idênticos. A Figura 12 mostra profundidades médias e desvios padrão para cada uma destas localizações de medição nos pontos cardeais de um padrão de oscilação circular.

[066] Cada um dos quatro conjuntos de medição de profundidade na Figura 11 exibe seus próprios traços de profundidade e estabilidade característicos. As medições dianteira e traseira mostram uma diferença marcada em profundidade de penetração (por exemplo, aproximadamente 400 µm). Quando o buraco de fechadura move através da borda traseira do padrão de oscilação (mais próximo da maioria do volume de fundido), este atinge maiores profundidades de penetração do que o faz na borda dianteira do padrão. As bordas lenta e rápida do padrão exibem diferenças tanto profundidade quanto estabilidade. A borda lenta do padrão de oscilação é observada atingir maiores profundidades na média do que a borda rápida do padrão. Esta penetração aumentada na borda lenta é acompanhada por uma maior variabilidade das medições de profundidade quando comparada com as outras localizações de medição. Os 'picos' mais profundos observados nos dados de borda rápida são consistentes com esta sendo a região menos estável da órbita de buraco de fechadura para os parâmetros aqui testados. Além das diferenças em velocidade de superfície do feixe de processo entre os lados lento e rápido do padrão de oscilação, esta assimetria pode também ser devida em parte à dinâmica de fundido induzida por um efeito de agitação do buraco de fechadura em movimento.

[067] Referindo às Figuras 13-15, uma modalidade adicional de monitorar um processo de soldagem por oscilação utilizando ICI inclui mover o feixe de formação de imagem 152 ao longo do padrão de oscilação em uma direção oposta ao movimento do feixe de processo 118 e em sincronização com o período de oscilação. Em um exemplo, o feixe de processo 118 foi oscilado com um padrão circular e movido na direção de soldagem 3 para produzir soldas de cordão sobre placa lineares em cobre (110) e alumínio (6061) de modo a avaliar a variação da profundidade de buraco de fechadura dentro do padrão de oscilação. Os parâmetros de soldagem foram mantidos constantes para cada material, exceto para a velocidade de soldagem, a qual foi variada, como indicado na Tabela 3 abaixo. O feixe de medição de ICI ou feixe de formação de imagem 152 foi contragirado em relação ao feixe de processo 118, resultando em múltiplos cruzamentos do buraco de fechadura e feixe de medição por período de oscilação. Tabela 3: Parâmetros de Processo Para Variação de Profundidade de Buraco de Fechadura Dentro do Padrão de Oscilação Parâmetro Valor Potência de laser Alumínio: 1500 W Cobre: 3000 W Taxa de alimentação de material 50, 75, 100 mm/s Tamanho de ponto de laser 200 µm Frequência de oscilação 500 Hz Diâmetro de oscilação 500 µm Forma de oscilação Circular

[068] As informações de profundidade resultantes incluem medições do buraco de fechadura (quando os feixes estão alinhados) e a superfície de poça de fundido (quando os feixes estão em diferentes localizações ao redor do percurso de oscilação). Os feixes de medição e processo encontraram em intervalos regulares determinados por suas respectivas frequências de rotação, aqui referido como um 'intervalo de cruzamento'. Um conjunto de mínimos de buraco de fechadura foi extraído de cada conjunto de dados de profundidade pesquisando por um mínimo local dentro de cada intervalo de cruzamento esperado. A Figura 14 mostra profundidades de buraco de fechadura medidas dos pontos dianteiro, traseiro, esquerdo e direito do padrão de oscilação durante soldas de cordão sobre placa em cobre, onde cada localização no padrão de oscilação exibe diferentes características de profundidade e estabilidade.

[069] Estes mínimos de buraco de fechadura foram então representados graficamente como uma função de ângulo polar ao redor do eixo geométrico de processo. Os valores de profundidade foram binados em intervalos de 10 graus ao redor do padrão de oscilação circular, e a média e desvio padrão para cada bin foram calculados. Para ajudar a caracterizar a magnitude da variação de buraco de fechadura, assim como a orientação dos extremos de profundidade do buraco de fechadura em relação à direção de soldagem, uma senoide foi ajustada para cada conjunto de profundidades utilizando somente fase e amplitude como variáveis livres. A Figura 15 mostra a profundidade de penetração média dos mínimos de buraco da fechadura como uma função de ângulo de rotação ao redor do padrão de oscilação para soldas em cobre e alumínio em diferentes velocidades de soldagem. A penetração média em cada caso é ajustada com uma senoide para ajudar a avaliar tanto a quantidade de variabilidade de profundidade presente quanto a orientação dos extremos de profundidade de penetração em relação à direção de deslocamento de solda. Em cada gráfico, a direção traseira está marcada pela linha tracejada a 180 graus, o lado lento do padrão de oscilação é a 90 graus e o lado rápido é a 270 graus.

[070] Com base nos resultados mostrados na Figura 15, dois diferentes efeitos podem exercer uma influência sobre a profundidade de buraco de fechadura em diferentes localizações ao redor do padrão de oscilação. O primeiro efeito assume mudanças na profundidade de buraco de fechadura como uma função de velocidade de deslocamento do feixe de processo sobre a superfície de material. Em isolamento, este feito tenderia a desviar os extremos de buraco de fechadura na direção das bordas lentas e rápidas do padrão de oscilação, onde as velocidades de deslocamento de feixe de processo máxima e mínima ocorrem. O segundo efeito assume mudanças de profundidade de buraco de fechadura como uma função de temperatura do material, a qual é influenciada pela proximidade da maioria de volume de fundido (o qual se desloca atrás do processo). Em teoria, uma vez que a solda progrediu por tempo suficiente para que a poça de fundido seja totalmente estabelecida, o material sobre o qual o feixe de processo está incidente na borda traseira do padrão de oscilação deve estar em uma temperatura mais alta do que aquela borda dianteira.

[071] Com base nos resultados da Figura 15, tanto para alumínio quanto cobre, os extremos de profundidade parecem ocorrer na direção do eixo geométrico dianteiro / traseiro do padrão de oscilação. Isto é consistente com a proximidade do volume de fundido traseiro atuando como o efeito dominante sobre a profundidade de buraco de fechadura dentro do padrão de oscilação. Ainda se esperaria alguma tendência para ou o lado lento ou rápido do padrão de oscilação com base nos efeitos de velocidade de superfície. Tal tendência parece estar presente nas soldas de cobre, com todas exibindo um deslocamento de máximo de profundidade de aproximadamente 20 graus na direção do lado lento do padrão de oscilação. Os resultados de alumínio não exibem uma tendência consistente na direção de bordas ou lenta ou rápida, mas os dados de profundidade de alumínio foram notadamente mais ruidosos do que os dados de cobre e isto pode ter causado inconsistências na posição dos extremos de profundidade ajustados. No caso deste processo específico em alumínio, a variação de profundidade de buraco de fechadura dominante parece estar entre as bordas dianteira e traseira do padrão de oscilação.

[072] Apesar de exemplos de padrões de escaneamento de feixe de formação de imagem serem acima descritos, outros padrões de escaneamentos de feixe de formação de imagem são possíveis e dentro do escopo do presente pedido.

[073] Em outras modalidades, um processo de soldagem por oscilação pode ser monitorado utilizando um sistema de ICI movendo o feixe de formação de imagem na direção do feixe de processo e com sincronização para o período de oscilação. O feixe de formação de imagem pode ser movido na direção do feixe de processo, mas independentemente do feixe de processo, por exemplo, para prover um controle de deslocamento dinâmico e/ou para permitir correção de alinhamento cíclica. O feixe de formação de imagem pode ser alinhado substancialmente coaxialmente com o feixe de processo ou pode ser alinhado para atrasar o feixe de processo para monitorar características que atrasam o feixe de processo, por exemplo, por uma quantidade relativa à velocidade de processamento. Como acima descrito, em certos padrões de oscilação, a velocidade de processamento muda ciclicamente ao redor do padrão de oscilação. Em um padrão de oscilação circular, por exemplo, existe um lado lento e um lado rápido do padrão de oscilação e assim o alinhamento desejado do feixe de formação de imagem pode ser impactado conforme os feixes movem ao longo do padrão de oscilação circular.

[074] Para prover correção de alinhamento cíclica, o sistema de controle pode ser programado de modo que o(s) atuador(es) de escaneamento de feixe de formação de imagem movam o feixe de formação de imagem em relação ao feixe de processo para corrigir o alinhamento do feixe de formação de imagem em relação ao feixe de processo com base, pelo menos em parte, em uma posição dos feixes sobre o padrão de oscilação. Em um padrão de oscilação circular, por exemplo, o alinhamento pode ser mudado ciclicamente para o lado lento e o lado rápido. A correção de alinhamento cíclica pode também ser baseada em outros parâmetros tais como a velocidade de processo, o tipo de material, e a espessura de material.

[075] Em algumas modalidades, o sistema de controle do sistema de soldagem a laser aqui descrito pode ser programado para prover um controle de deslocamento dinâmico do feixe de formação de imagem com base em um ou mais outros fatores ou parâmetros. Estes fatores ou parâmetros incluem, sem limitação: a posição do feixe de processo dentro de seu padrão de oscilação; o padrão de oscilação de feixe de processo (por exemplo, geometria de oscilação, amplitude de oscilação, e/ou período de oscilação); geometria de peça a trabalhar; uma tabela de consulta compreendida de parâmetros de deslocamento com base em material e parâmetros de processo de soldagem; modelos de soldagem termomecânicos; medições de ICI de processos de soldagem anteriores; medições de ICI anteriores dentro do mesmo processo de soldagem; pelo menos um componente do vetor de velocidade instantânea do feixe de processo em relação ao material; o percurso de soldagem curvilíneo através do material; e uma ou mais correções no sistema de fornecimento de feixe de laser (por exemplo, correções de campo de aberração cromática, correções de campo de plano focal, correções de campo de tamanho de ponto, e/ou correções de formato de feixe). Alternativamente ou além disso, as medições de ICI podem também ser corrigidas (por exemplo, utilizando sistemas de processamento de dados) com base em um ou mais dos fatores ou parâmetros acima, por exemplo, para uniformizar medições de ICI e assegura uniformidade em um processo de soldagem.

[076] Os sistemas e métodos aqui descritos podem ser utilizados para monitorar o perfil de penetração de solda. Em um exemplo, o sistema de ICI pode escanear o feixe de formação de imagem transversalmente à direção de solda em vários pontos ao longo da solda (por exemplo, utilizando escaneamento de varredura) para produzir uma indicação de perfil de penetração de solda transversal à direção de solda nestas localizações. Em outro exemplo, o sistema de ICI pode escanear o feixe de formação de imagem ao longo da direção de solda para produzir uma indicação do perfil de penetração de solda ao longo da direção de solda em vários pontos ao longo da solda. Em um exemplo adicional, o sistema de ICI pode escanear o feixe de formação de imagem para produzir uma indicação do perfil de penetração de solda ao longo de uma seção transversal virtual definida por uma superfície geométrica arbitrária. O sistema de controle pode estar configurado para ajustar a potência de laser com base nas medições de penetração de solda do sistema de ICI em mais de uma localização durante um ciclo de oscilação. Especificamente, o sistema de controle pode estar configurado para ajustar a potência do laser de modo a reduzir a variação de penetração de solda através de todo um ciclo de oscilação. Como acima mencionado, as medições de ICI podem ser corrigidas com base em um ou mais fatores ou parâmetros adicionais, por exemplo, para assegurar que as profundidades de solda de oscilação gerem uma profundidade uniforme para garantia de qualidade e/ou que o cordão de solda oscilado não seja deslocado.

[077] Em modalidades adicionais, o sistema de controle pode ajustar o processamento com base nas saídas de medição de parte do sistema de ICI. O sistema de controle pode estar configurado, por exemplo, para ajustar o padrão de oscilação de feixe de processo com base nas saídas de medição de parte de pré-processo e/ou saídas de medição de parte de pós-processo do sistema de ICI.

[078] O sistema de soldagem pode também controlar o feixe de medição em relação ao feixe de processo em outros modos. Onde o sistema de ICI está acoplado a montante dos atuadores de escaneamento no cabeçote de oscilação, por exemplo, o sistema de controle pode ser programado para mover os atuadores de escaneamento de feixe de formação de imagem complementares aos atuadores de escaneamento de feixe de processo e em um modo sincronizado tal que o feixe de formação de imagem seja efetivamente desacoplado do padrão de oscilação de feixe de processo sobre a superfície da peça a trabalhar. Alternativamente ou além disso, o sistema de controle pode ser programado para alternar os atuadores de escaneamento de feixe de processo entre seu padrão de oscilação e uma posição fixa para conseguir medições de ICI da superfície de peça a trabalhar que são desacopladas do padrão de oscilação. O sistema de controle pode também ser programado para disparar medições de sistema de ICI de modo estas sejam temporariamente sincronizadas com o ciclo de oscilação.

[079] Uma das vantagens primárias de soldagem por oscilação está no seu efeito benéfico na qualidade de união de metais dissimilares, tal como permutações de ligas de engenharia comuns de cobre, alumínio, aço, aço inoxidável, titânio e várias suas versões revestidas ou depositadas. A união de metais dissimilares tem utilidade em várias aplicações, incluindo, sem limitação, sistemas de transporte eletrificados (por exemplo, automóveis, trens, e aviões).

[080] Uma vez que um meio efetivo de medir a profundidade de penetração e/ou dinâmica de processo são configurados utilizando um cabeçote de oscilação e um sistema de ICI, as medições de ICI podem ter utilização específica como um simulado para a quantidade de mistura entre os materiais que compreendem a junta de soldagem. Por exemplo, quando soldando sobrepostos cobre e alumínio, uma mistura insuficiente resulta em uma má conexão mecânica e elétrica. Muita mistura cria fragilização devido à presença significativa de fases intermetálicas. Com observação de ICI e/ou controle baseado em ICI do processo de união, estes aspectos da metalurgia da solda podem ser monitorados para garantia de qualidade e/ou controlados para compensar por variações no processo de fabricação, matéria-prima e o meio ambiente. Este processo é ajudado por uma calibração de pré- início e comparação com a análise metalúrgica.

[081] Consequentemente, a formação de imagem coerente em linha (ICI) pode ser utilizada vantajosamente para monitorar a soldagem por oscilação mesmo com os padrões de oscilação complexos formados pelo laser de processo. Utilizando várias técnicas para mover o feixe de formação de imagem para diferentes localizações de medição, vários aspectos da soldagem por oscilação podem ser monitorados, incluindo profundidade de buraco de fechadura e estabilidade assim como a formação de poça de fundido.

[082] Apesar dos princípios da invenção terem sido aqui descritos, deve ser compreendido por aqueles versados na técnica que esta descrição é feita somente por meio de exemplo e não como uma limitação quanto ao escopo da invenção. Outras modalidades são contempladas dentro do escopo da presente invenção além das modalidades exemplares aqui mostradas e descritas. Modificações e substituições por alguém versado na técnica são consideradas estarem dentro do escopo da presente invenção, o qual não deve ser limitado exceto pelas reivindicações seguintes.

Claims (42)

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema de processamento de material a laser, caracterizado pelo fato de que compreende: uma fonte de feixe de modificação de material para gerar um feixe de processo; um cabeçote de processamento acoplado na fonte de feixe de modificação de material e incluindo pelo menos um atuador de escaneamento de feixe de processo, para direcionar e mover o feixe de processo de acordo com um padrão de oscilação em pelo menos um eixo geométrico em um local de processamento de uma peça a trabalhar; um sistema de formação de imagem coerente em linha (ICI) oticamente acoplado no cabeçote de processamento, o sistema de ICI incluindo pelo menos um atuador de escaneamento de feixe de formação de imagem para posicionar o feixe de formação de imagem pelo menos parcialmente independentemente do feixe de processo; e um sistema de controle para controlar pelo menos a fonte de feixe de modificação de material, o atuador de escaneamento de feixe de processo, e o atuador de escaneamento de feixe de formação de imagem, em que o sistema de controle está programado para fazer com que o cabeçote de processamento escaneie o feixe de processo no padrão de oscilação, e em que o sistema de controle está programado para fazer com que o atuador de escaneamento de feixe de formação de imagem mova o feixe de formação de imagem para uma pluralidade de localizações de medição no local de processamento em coordenação com o padrão de oscilação.

2. Sistema de processamento de material a laser, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o cabeçote de processamento é um cabeçote de soldagem para direcionar e mover o feixe de processo de acordo com o padrão de oscilação sobre um local de solda.

3. Sistema de processamento de material a laser, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fonte de feixe de modificação de material é um laser de fibra.

4. Sistema de processamento de material a laser, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende pelo menos uma plataforma de movimento para transladar pelo menos um do cabeçote de processamento e da peça a trabalhar um em relação ao outro enquanto o feixe de processamento é movido no padrão de oscilação sobre a peça a trabalhar.

5. Sistema de processamento de material a laser, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de ICI está oticamente acoplado no cabeçote de processamento a jusante do pelo menos um atuador de escaneamento de feixe de processo.

6. Sistema de processamento de material a laser, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle está programado para fazer com que o atuador de escaneamento de feixe de formação de imagem mova o feixe de formação de imagem ao longo do padrão de oscilação em uma direção oposta ao movimento do feixe de processo e com sincronização para o padrão de oscilação.

7. Sistema de processamento de material a laser, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle está programado para fazer com que o atuador de escaneamento de feixe de formação de imagem mova o feixe de formação de imagem ao longo do padrão de oscilação em uma direção do feixe de processo e com sincronização para um padrão de oscilação.

8. Sistema de processamento de material a laser, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de ICI está oticamente acoplado no cabeçote de soldagem a montante do pelo menos um atuador de escaneamento de feixe de processo.

9. Sistema de processamento de material a laser, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle está programado para fazer com que o atuador de escaneamento de feixe de formação de imagem mova o feixe de formação de imagem de modo que o feixe de formação de imagem escaneie o local de processamento em um padrão de escaneamento pelo menos parcialmente abrangendo um padrão de oscilação.

10. Sistema de processamento de material a laser, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle está configurado para controlar o atuador de escaneamento de feixe de processo para ajustar pelo menos um de geometria de oscilação, período de oscilação, velocidade de oscilação, e amplitude de oscilação em resposta a medições do sistema de ICI.

11. Sistema de processamento de material a laser, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle está configurado para controlar a potência do feixe de processo em resposta a medições do sistema de ICI.

12. Sistema de processamento de material a laser, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o atuador de escaneamento de feixe de processo está configurado para mover o feixe de processo com um deslocamento de feixe máximo na peça a trabalhar de ± 30 mm.

13. Sistema de processamento de material a laser, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o atuador de escaneamento de feixe de processo está configurado para mover o feixe de processo por um deslocamento de ângulo de feixe máximo de ± 5º para prover uma amplitude de oscilação.

14. Sistema de processamento de material a laser, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um atuador de escaneamento de feixe de processo e o pelo menos um atuador de escaneamento de feixe de formação de imagem são selecionados do grupo que consiste em espelhos de escaneamento de galvanômetro, espelhos de escaneamento de poligonais, espelhos de escaneamento baseados em MEMs, espelhos de escaneamento piezoelétricos, e escaneadores de feixe baseados em difração.

15. Sistema de processamento de material a laser, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle está programado para fazer com que o atuador de escaneamento de feixe de formação de imagem mova o feixe de formação de imagem de modo que o feixe de formação de imagem fique dinamicamente deslocado do feixe de processo na superfície de peça a trabalhar de acordo com uma posição do feixe de processo dentro do padrão de oscilação.

16. Sistema de processamento de material a laser, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende um sistema de medição auxiliar configurado para medir radiação de processo.

17. Sistema de processamento de material a laser, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o sistema de medição auxiliar mede radiação de processo dentro de uma banda espectral de 100 nm a 1 mm.

18. Sistema de processamento de material a laser, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o sistema de medição auxiliar inclui elementos óticos para executar uma medição espacialmente localizada em relação ao feixe de processo.

19. Sistema de processamento de material a laser, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o sistema de medição auxiliar está configurado para executar a medição espacialmente localizada em uma localização de medição dinamicamente deslocada do feixe de processo com base em pelo menos uma saída do sistema de ICI.

20. Sistema de processamento de material a laser, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o sistema de medição auxiliar inclui elementos óticos para executar uma medição espacialmente localizada em relação ao feixe de formação de imagem.

21. Sistema de processamento de material a laser, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle está programado para fazer com que o atuador de feixe de formação de imagem mova o feixe de formação de imagem de modo que o feixe de formação de imagem fique dinamicamente deslocado do feixe de processo com base em pelo menos uma saída do sistema de medição auxiliar.

22. Método de monitorar um processo de soldagem por oscilação, caracterizado pelo fato de que compreende: direcionar um feixe de processo e pelo menos um feixe de formação de imagem de um sistema de formação de imagem coerente em linha (ICI) para um local de solda de uma peça a trabalhar; mover o feixe de processo em um padrão de oscilação sobre o local de solda da peça a trabalhar; mover pelo menos um feixe de formação de imagem pelo menos parcialmente independentemente do feixe de processo para uma pluralidade de localizações de medição no local de solda; e obter medições de ICI da pluralidade de localizações de medição conforme o feixe de processo move no padrão de oscilação.

23. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que ainda compreende transladar pelo menos um do feixe de processo e da peça a trabalhar um em relação ao outro conforme o feixe de processo é movido no padrão de oscilação no local de solda.

24. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que mover o feixe de formação de imagem inclui escanear o feixe de formação de imagem independentemente do feixe de processo em um padrão de escaneamento de ICI através do local de solda da peça a trabalhar, em que o padrão de escaneamento de ICI pelo menos parcialmente abrange o padrão de oscilação.

25. Método, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que obter medições de ICI inclui obter medições de profundidade em pontos no padrão de escaneamento de ICI, e ainda compreendendo combinar as medições de profundidade para formar uma imagem tridimensional do local de solda.

26. Método, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que o escaneamento inclui escaneamento de varredura.

27. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que mover o feixe de formação de imagem inclui tremer o feixe de medição localmente ao redor de pelo menos uma porção do padrão de oscilação.

28. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que mover o feixe de formação de imagem inclui mover o feixe de formação de imagem independentemente do feixe de processo para uma pluralidade de localizações de medição fixas no padrão de oscilação, e em que obter medições de ICI inclui obter medições de profundidade nas localizações de medição fixas conforme o feixe de processo move no padrão de oscilação.

29. Método, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma localização de medição fixa inclui quatro localizações de medição ao redor do padrão de oscilação, que incluem uma localização de medição dianteira, uma localização de medição traseira, uma localização de medição rápida e uma localização de medição lenta.

30. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que mover o feixe de formação de imagem inclui mover o feixe de formação de imagem independentemente do feixe de processo ao longo do padrão de oscilação em uma direção oposta ao movimento do feixe de processo, em que o feixe de formação de imagem cruza o feixe de processo em intervalos de cruzamento, e em que obter medições de ICI inclui obter medições de profundidade em pontos ao longo do padrão de oscilação utilizando o sistema de ICI.

31. Método, de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que a medição de profundidade é feita de um fundo de um buraco de fechadura quando o feixe de processo e o feixe de formação de imagem cruzam e a medição de profundidade é feita de uma superfície da poça de fundido em outros tempos.

32. Método, de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que ainda compreende determinar profundidades de buraco de fechadura das medições de profundidade feitas de um fundo de um buraco de fechadura quando o feixe de processo e o feixe de formação de imagem cruzam.

33. Método, de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de que determinar as profundidades de buraco de fechadura inclui pesquisar por uma profundidade mínima local dentro de uma faixa ao redor de cada intervalo de cruzamento onde o feixe de processo e o feixe de formação de imagem cruzam.

34. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que mover o feixe de formação de imagem inclui mover o feixe de formação de imagem independentemente do feixe de processo e com o feixe de processo ao longo do padrão de oscilação, e em que as medições de ICI são obtidas conforme o feixe de formação de imagem moves ao longo do padrão de oscilação.

35. Método, de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que o feixe de formação de imagem é movido de modo que o feixe de formação de imagem fique dinamicamente deslocado do feixe de processo na superfície de peça a trabalhar de acordo com uma posição do feixe de processo dentro do padrão de oscilação.

36. Método, de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que o feixe de formação de imagem é movido de modo que o feixe de formação de imagem fique dinamicamente deslocado do feixe de processo na superfície de peça a trabalhar para compensar por uma posição de buraco de fechadura que muda dentro do padrão de oscilação.

37. Método, de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que o padrão de oscilação é um padrão cíclico, e em que o feixe de formação de imagem é movido para prover uma correção de alinhamento cíclica com base, pelo menos em parte, em uma posição do feixe de processo.

38. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que ainda compreende mover um cabeçote de solda em relação à peça a trabalhar para transladar o feixe de processo em relação à peça a trabalhar.

39. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que ainda compreende mover a peça a trabalhar em relação a um cabeçote de solda para transladar a peça a trabalhar em relação ao feixe de processo.

40. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que a peça a trabalhar inclui metais dissimilares, e em que as medições de ICI são indicativas de uma quantidade de mistura entre os metais dissimilares.

41. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que a peça a trabalhar inclui um material selecionado de pelo menos um de cobre e alumínio.

42. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que a peça a trabalhar inclui uma liga não ferrosa.