CZ307993B6 - Device and method for on-line control of remote transmission laser welding of materials - Google Patents
Device and method for on-line control of remote transmission laser welding of materials 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 any of the preceding groups, e.g. electrolytic welding
-
- 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)
- Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Description
Oblast technikyTechnical field
Vynález se týká zařízení a způsobu pro on-line řízení dálkového transmisního laserového svařování materiálů, zvláště pro průmyslové laserové svařování plastů.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an apparatus and method for the on-line control of remote transmission laser welding of materials, particularly for industrial laser welding of plastics.
Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
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.Laser welding is based on the transmission principle. The base material to be welded is contact-coated with a top layer of a material that is permeable to the laser wavelength. The laser beam passes through the top layer. The base material, which is impermeable to the laser wavelength, is in contact with the topsheet. The laser radiation is therefore effectively absorbed at the interface between the two layers, where a weld is generated by the heat supplied.
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.Until now, remote transmission laser welding has been used without feedback of surface temperature control, or feedback control from a temperature sensor placed in the optical path created by the scanning optics of the laser system has been used.
Nevýhodou prvního případu je nemožnost regulovat technologické parametry laserového svařování v závislosti na průběhu teploty v místě, či okolí svaru.The disadvantage of the first case is the inability to regulate the technological parameters of laser welding in dependence on the temperature course in the place or surroundings of the weld.
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.In the second case, although local surface temperature information is available to the material at the site of application of the laser beam, which is an advantage over the first case, it is not possible to use the temperature from another location to control the welding and thus perform the most efficient welding.
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.In some cases, this deficiency has been partially eliminated by the use of a thermal imaging camera system, but only as a means of process monitoring, without any response to the control of the technological process itself.
Všechny výše uvedené způsoby řízení dálkového transmisního laserového svařování materiálů nezajišťují optimální způsob svařování a kvalitu prováděných svarů.Not all of the above mentioned methods of remote transmission laser welding of materials do not ensure optimal welding method and quality of welds.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
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.The above-mentioned drawbacks are largely eliminated by the apparatus and method for on-line control of the remote transmission laser welding of materials according to the invention, wherein the principle of the apparatus consists of a thermal imaging system and a laser system, the thermal imaging system being a thermal imaging camera connected to the defining a process and an evaluation member for evaluating the temperature field of the sensed surface of the material, and that the laser system is comprised of a control member coupled to the scanning optics and to the laser source. The thermal imaging system is connected to the control system of the laser system via an evaluation element.
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 seThe principle of the method performed by the aforementioned device is that the welding trajectory is divided into multiple sections for laser beam control, and the thermal imaging camera that follows the laser beam trajectory senses the temperature field of the top layer, which is divided into the same number of sections as the weld trajectory . Each laser section corresponds to a thermovision section, which may be of a different size than the size of the laser section and may have a different spatial location. The output of the thermal imaging camera is fed to the evaluation element to evaluate the minimum, maximum and average temperatures of the individual thermal imaging sections, the values of which
- 1 CZ 307993 B6 přivádějí do řídicího členu skenovací optiky pro řízení laserové technologie na odpovídajícím laserovém úseku.To the control member of the scanning optics for controlling the laser technology on the corresponding laser section.
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.The advantage of the apparatus and method for the on-line control of the remote transmission laser welding of the materials according to the invention is the optimization of the welding conditions according to the particular conditions and the perfectly performed welds.
Objasnění výkresůClarification of drawings
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.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be explained in more detail by means of two drawings, in which: FIG. 1 is a schematic front view of an apparatus and method for the on-line remote laser transmission welding of materials according to the invention. FIG. 2 is a schematic plan view of the laser beam trajectories and laser and thermal imaging sections.
Příklady uskutečnění vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Praktický příklad zařízení a způsobu pro on-line řízení dálkového transmisního laserového svařování podle vynálezu je patrný z přiložených obrázků.A practical example of the apparatus and method for the on-line control of the remote transmission laser welding according to the invention is apparent from the attached figures.
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.In Fig. 1, a base backsheet 4 with a topsheet-topsheet 5 is indicated. The backsheet 4 is acted upon by a laser beam 2 emitted from the scanning optics 1 of the device itself, consisting of a thermal imaging system 15 and a laser system 14 wherein the thermal imaging system 15 is comprised of a thermal imaging camera 3 coupled to the process definition member 13 and an evaluation member 11 for evaluating the temperature field of the sensed surface of the material and the laser system 14 comprises a control member 10 coupled to the scanning optics 1 and laser source 12; wherein the thermal imaging system 15 is connected to the control member 10 of the laser system 14 via the evaluation member 11.
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.The thermal field on the surface of the topsheet 5 emits thermal radiation 9, which is sensed by the thermal imaging camera 3 connected to the evaluating member 11. The output of the evaluating member H in the form of minimum, maximum and average temperature is fed to the control member 10 controlling the movement and intensity of the laser beam 2. The laser beam 2 passes through the top material 5 and forms a weld 6 in the base material 4.
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.In Fig. 2, the direction of movement of the laser beam 2 indicated by the arrow and the trajectory of the laser beam 2 movement over the laser sections 8 are visible on the upper material 5. Dotted thermal lines 7 are shown in dashed lines. as large as laser sections 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.The laser beam 2 passes through the topsheet 5, which is permeable to the wavelength of the laser radiation. The base material 4, which is impermeable to the wavelength of radiation, is a phenomenon of contact with the top material 5. The radiation of the laser beam 2 is therefore effectively absorbed at the interface between these materials, where the weld heat is subsequently created. The welding trajectory of the weld 6 is divided into a plurality of sections. Different technological parameters can be defined for each section, such as the process speed of the laser beam 2 movement through the material, the power of the laser source, etc. Scanning optics 1 of the laser system ensures the repetitive movement of the laser beam 2 over the selected trajectory resulting in quasi-simultaneous heating of the material all over the trajectory. and forming a weld 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,The thermal imaging camera 3 senses contactlessly the thermal radiation 9 of the surface of the upper material 5 and evaluates the time course of the temperature field of the sensed surface of the material in the evaluation element 11 using the input parameters of the radiation process. Temperature field of measured surface,
-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.As an output of the use of the thermal imaging camera 3, it is divided as in the definition of the laser process into a corresponding number of thermal imaging sections 7, copying the trajectory of the movement of the laser beam 2 over the material. Each laser section 8 corresponds to a certain thermal imaging section 7. However, it does not have to be the same size and does not have the same spatial location.
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 kDuring the welding process, their temperatures (minimum, maximum and average) are evaluated in connection with the thermovision sections 7, the values of which are used in the control member 10 to control the laser technology on the corresponding laser section 8. This can be used to
- ukončení procesu svařování na příslušném úseku, pokud teplota dosáhne požadované teploty- termination of the welding process on the relevant section when the temperature reaches the desired temperature
- regulaci výkonu laserového zdroje, aby se teplota vyvíjela podle požadovaného časového průběhu- controlling the power of the laser source so that the temperature develops according to the desired time course
- regulaci rychlosti pohybu laserového svazku 2 (procesní rychlost), aby se teplota vyvíjela podle požadovaného časového průběhu- controlling the speed of movement of the laser beam 2 (process speed) so that the temperature develops according to the desired time course
- identifikaci nesprávně provedeného svaru, pokud dochází k nižší rychlosti ohřevu, než je zadaná hodnota nebo teplota na konci procesuje nižší než zadaná hodnota- identification of an incorrectly executed weld if the heating rate is lower than the specified value or the end temperature is lower than the specified value
Výše uvedené platí:The above applies:
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.in the case of parallel operation of multiple laser systems with multiple scanning optics, in the case of parallel deployment of multiple thermal imaging camera systems to capture a single process in case the scanning optics 1, thermal imaging camera 3 or material assembly are positioned by an industrial robot or other handling system wherein the thermovision section 7 is defined in the form of a point, line or area analysis in a thermogram in case the temperature of the thermovision section 7 is evaluated for control other than the minimum, maximum or average temperature of the individual pixels of the thermogram assigned to the defined thermovision section 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.An advantage of the solution according to the invention is also the fact that the temperature can be used at any point of the surface of the welded materials for control, not only from the location where the laser beam 2 acts directly.
Průmyslová využitelnostIndustrial applicability
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.The apparatus and method for the on-line control of the remote transmission laser welding of materials according to the invention can be successfully used wherever a precise definition of the laser process with respect to the welding temperature is required for a quality weld, particularly in industrial laser welding plastics.
PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2012-176A CZ307993B6 (en) | 2012-03-13 | 2012-03-13 | Device and method for on-line control of remote transmission laser welding of materials |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2012-176A CZ307993B6 (en) | 2012-03-13 | 2012-03-13 | Device and method for on-line control of remote transmission laser welding of materials |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CZ2012176A3 CZ2012176A3 (en) | 2013-09-25 |
CZ307993B6 true CZ307993B6 (en) | 2019-10-09 |
Family
ID=49210342
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CZ2012-176A CZ307993B6 (en) | 2012-03-13 | 2012-03-13 | Device and method for on-line control of remote transmission laser welding of materials |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CZ (1) | CZ307993B6 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01130874A (en) * | 1987-11-16 | 1989-05-23 | Kawasaki Steel Corp | Device for observing welding state |
DE4234339A1 (en) * | 1992-10-12 | 1994-04-14 | Manfred Prof Dr Ing Geiger | Monitoring the quality of a lap weld - by measuring the temp. at the back of the weld and adjusting the laser beam accordingly |
EP0934797A1 (en) * | 1998-02-05 | 1999-08-11 | Sollac S.A. | Thermographic camera position control method used in the welding field |
EP2206575A1 (en) * | 2009-01-12 | 2010-07-14 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG | Device for repairing blades of BLISK rotors with laser beam build-up welding |
-
2012
- 2012-03-13 CZ CZ2012-176A patent/CZ307993B6/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01130874A (en) * | 1987-11-16 | 1989-05-23 | Kawasaki Steel Corp | Device for observing welding state |
DE4234339A1 (en) * | 1992-10-12 | 1994-04-14 | Manfred Prof Dr Ing Geiger | Monitoring the quality of a lap weld - by measuring the temp. at the back of the weld and adjusting the laser beam accordingly |
EP0934797A1 (en) * | 1998-02-05 | 1999-08-11 | Sollac S.A. | Thermographic camera position control method used in the welding field |
EP2206575A1 (en) * | 2009-01-12 | 2010-07-14 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG | Device for repairing blades of BLISK rotors with laser beam build-up welding |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CZ2012176A3 (en) | 2013-09-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20140124125A1 (en) | Method and apparatus for controlling welding of flexible fabrics | |
EP3065909B1 (en) | Heat energy sensing and analysis for welding processes | |
Liu et al. | Control of 3D weld pool surface | |
CN102292187B (en) | For monitoring the method and apparatus of the laser processing procedure will implemented on workpiece and there is the laser Machining head of this device | |
CN102497952A (en) | Laser machining head and method of compensating for the change in focal position of a laser machining head | |
CN108068345B (en) | Autoclave and method for welding thermoplastic composite parts | |
US20210053295A1 (en) | Method for melt pool monitoring | |
US20200016691A1 (en) | Laser machining device | |
KR102662183B1 (en) | Method and apparatus for monitoring a welding process for welding glass workpieces | |
CZ307993B6 (en) | Device and method for on-line control of remote transmission laser welding of materials | |
US10894364B2 (en) | Method for melt pool monitoring using geometric length | |
CN115768580A (en) | Method for determining welding parameters for a welding process carried out on a workpiece and welding device for carrying out a welding process on a workpiece using the determined welding parameters | |
KR101428630B1 (en) | Heat Adhesion System And Method For Plastic Element | |
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 | |
KR101528587B1 (en) | Appratus For Reballing Semiconductor And Method The Same | |
JP6858205B2 (en) | Equipment for process monitoring in overlay welding methods | |
CN205684901U (en) | A kind of Intelligent Machining machine | |
JP7199191B2 (en) | fiber feedback | |
CN105931504A (en) | Intelligent processing factory | |
KR101149734B1 (en) | A laser focus adjusting device for laser welding and method thereof | |
CN109890599B (en) | Method for heating an object and heating device | |
Holm et al. | A reference architecture for the design of an industrial temperature feedback welding control system | |
CN110662624A (en) | In-situ optical feedback | |
KR100941715B1 (en) | A simulation device for laser welder | |
KR102650245B1 (en) | Laser welding apparatus and control method thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20230313 |