PL180628B1 - Sposób i urzadzenie do kontroli i ustawiania promienia laserowego w procesie spawania pólwyrobów PL PL - Google Patents

Abstract

1. Sposób do kontroli i ustawiania promienia laserowe- go w procesie spawania pólwyrobów, w którym pierwszy czujnik znajdujacy sie przed promieniem, wzglednie wiel- kosc zadana okresla droge sledzaca promien, a drugi czujnik za promieniem kontroluje dzialalnosc promienia, znamien- ny tym, ze wielkosc zadana lub wskazania pierwszego czuj- nika (7) nad polozeniem zadanym promienia (3), porównuje sie ze wskazaniami drugiego czujnika (9) nad polozeniem rzeczywistym promienia (3), z uwzglednieniem zaleznosci predkosci wzglednego przesuniecia promienia (pólwyrobu) i koryguje sie przy odchyleniu polozenia rzeczywistego od polozenia zadanego promienia (3) na pozycji podstawowej. 3. Urzadzenie do kontroli i ustawiania promienia lase- rowego w procesie spawania pólwyrobów, w którym pier- wszy czujnik znajdujacy sie przed promieniem, wzglednie wielkosc zadana okresla droge sledzaca promien, a drugi czujnik, za promieniem kontroluje dzialalnosc promienia, znamienne tym, ze pierwszy i drugi czujnik (7, 9) jest polaczony z urzadzeniem sterujacym (8) sluzacym do po- równywania wskazan obydwu czujników (7, 9), przy czym urzadzenie sterujace (8) jest polaczone z urzadzeniem prze- suniecia (6) sluzacym do realizacji wzglednego ruchu prze- suniecia promienia (3) w kierunku pólwyrobu. Fig. 2 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do kontroli i ustawiania promienia laserowego w procesie spawania półwyrobów, szczególnie w produkcji wielkoseryjnej, na przykład w budowie samochodów.

W wielu, przede wszystkim przemysłowych sposobach obróbki, jest konieczne kontrolowanie, względnie ustawianie promienia, na przykład dla promieniowania laserowego lub wodnego strumienia skrawania. W obu przypadkach droga promienia została określona głównie przez urządzenie elektryczne. Promień miał później pójść tą drogą. Jakość cięcia zależy między innymi od tego, czy promień zatrzyma się dokładnie na określonej trasie.

Podobna sytuacja zachodzi przy większych wymiarach, przy spawaniu promieniem, a w szczególności przy spawaniu promieniem laserowym. Jednak zalety procesu wykonywania złącz doczołowych, obrobionych elementów blach, prowadzonego poprzez spawanie promieniem laserowym, pojawiają się bezpośrednio w produkcji wielkoseryjnej na przykład w budowie samochodów, jako „tolerowanych półfabrykatów” i mają znaczenie tylko wtedy, kiedy spełniają wysokie wymagania, tego procesu, geometrycznej tolerancji części, jakości krawędziowego cięcia i właściwości promieniowania laserowego.

Przy zwykłej średnicy ogniska 0,2 do 0,4 mm można osiągnąć dokładne ustawianie promienia laserowego i połączenie spawane o wysokiej jakości na linii łączącej między dwoma półwyrobami przeznaczonymi do połączenia. Maksymalna tolerancja ustawiania nie powinna przekroczyć 0,1 mm przy istnieniu szczeliny technologicznej. Jeśli ta szczelina musi zostać zalana z jeziorka metalu, to tolerancja dalej jest ograniczona.

180 628

Pojawiające się braki wytopu powstałe w wyniku wadliwego ustawiania promienia, są szczególnie szkodliwe przy spoinach krytych, ponieważ są pokrywane przez szersze lico spoiny. Również przy przetopach można do niewidocznych wewnętrznych braków wytopu wprowadzić rozprzestrzeniony przetop spoiny.

Dostatecznie wysoka dokładność ustawiania została osiągnięta za pomocą czujników optoelektronicznych lub układów fotoobróbki, które przekazują faktyczny przebieg linii łączącej części, to znaczy, linii styku obydwu półwyrobów, przed promieniem jako następstwo współrzędnej korekcyjnej bezpośrednio do urządzenia sterującego maszyny. Tym sposobem głowica laserowa może zostać skierowana na spoinę z dokładnością około 0,05 mm. Podobny układ wyszukiwawczy spoin jest pokazany na przykład w DE-OS 43 12 241.

Zasadnicza wada przy tych sposobach polega na tym, że system wyszukiwania linii łączących części musi wychodzić z mocno określonej pozycji promienia laserowego. Odniesienie miarowej koordynacji położenia na faktyczne położenie promienia jest niemożliwe. Prowizorycznie będzie przeprowadzony okresowo jeden przebieg wzorowy co najmniej po jednym sprawdzeniu drogi promienia, co zakłada przerwa produkcyjna. Zupełnie nie uwzględnione pozostają zmiany położenia promienia laserowego wywołane poprzez termiczne działanie wytwornicy promieni i prowadzenie promienia. Skutkiem tego jest zmniejszenie dokładności procesu spawania.

Możliwe rozwiązanie tej problematyki mogłoby funkcjonować w przystosowaniu programu komputerowego do wykrywania położenia promienia w już występującym, dzięki układowi wyszukiwawczemu spoin, układzie prowadzenia promienia. Podobne wykrywanie jest jednak z reguły nieodpowiednie do pracy w układzie on-line, a przynajmniej trzeba liczyć się ze znacznym nakładem pracy.

Znane jest poza tym rozwiązanie, w którym spoina spawania jest kontrolowana promieniem. Przy tym nie uwzględnia się jednak położenia linii łączącej części, a tylko wykrywa się jakość spoiny spawania.

Przedmiotem wynalazku jest sposób do kontroli i ustawiania promienia służącego do obróbki półwyrobów, w którym pierwszy czujnik (układ wyszukiwawczy spoin) znajdujący się przed promieniem, względnie wielkość zadana określa drogę śledzącą promień. Drugi czujnik za promieniem kontroluje jego działalność.

Istota wynalazku polega na tym, że wielkość zadaną lub wskazania pierwszego czujnika, nad położeniem zadanym porównuje się ze wskazaniami drugiego czujnika nad położeniem rzeczywistym promienia. Uwzględnia się przy tym zależności prędkości względnego przesunięcia promienia (półwyrobu) i korygujące się przy odchyleniu położenia rzeczywistego do położenia zadanego promienia na pozycji podstawowej.

Korzystnie położenie zadane promienia wykrywa się w sposobie skrawania światłem lub w kombinacji sposobu skrawania światłem i sposobu oceny szarości obrazu. Położenie rzeczywiste promienia wykrywa się poprzez ocenę szarości obrazu lub w kombinacji sposobu skrawania światłem i sposobu oceny szarości obrazu i porównuje się wzajemnie.

Przedmiotem wynalazku jest również urządzenie do kontroli i ustawiania promienia służącego do obróbki półwyrobów, w którym pierwszy czujnik (układ wyszukiwawczy spoin) znajdujący się przed promieniem, względnie wielkość zadana, określa drogę śledzącą promień, a drugi czujnik za promieniem kontroluje jego działalność.

Istotą wynalazku jest to, że pierwszy i drugi czujnik połączony jest z urządzeniem sterującym służącym do porównywania wskazań obydwu czujników; Urządzenie sterujące połączone jest z urządzeniem przesunięcia służącym do realizacji względnego ruchu przesunięcia promienia w kierunku półwyrobu.

Obydwa czujniki mogą pracować w dowolny sposób. Sposób według wynalazku jest stosowany przy skrawaniu za pomocą promienia, więc zbyteczny jest przeważnie czujnik poprzedzający promień. W tym przypadku przyjmuje się wielkość zadaną występującą w pamięci elektronicznej jako zasilanie czujnika do wyznaczania położenia zadanego i odpowiedniego kierowania promieniem.

180 628

Układ według wynalazku nie jest ograniczony tylko do wytwarzania złącza spawanego między dwoma półwyrobami, a w szczególności do spawania laserowego, lecz może znaleźć zastosowanie we wszystkich sposobach obejmujących prowadzenie promienia wzdłuż pewnego toru. Przede wszystkim należą do nich sposoby skrawania z zastosowaniem promieniowania o dużej energii.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia częściowo widok z góry przyrządu do kontroli ustawiania promienia do obróbki półwyrobów, a fig. 2 - widok z góry przyrządu zgodnie z fig. 1 ze schematycznie przedstawionym oznaczeniem pozycji promienia.

Sposób funkcjonowania przedmiotowego wynalazku jest opisany szczególnie dokładnie na podstawie fig. 2.

Czujnik 7, który poprzedza promień 3, pracuje oprócz tego w tak zwanym procesie skrawania światłem. Przy tym promień jest rzutowany pod kątem do optycznego wzoru pasmowego osi wykrywania, w przedmiotowym przypadku na pięć istniejących równoległych pasm 10, na obszar linii łączącej części 4. Przy tym pasma 10 przebiegają w istocie w poprzek spoiny spawania, lecz mogą być również rozmieszczone w zróżnicowanych odstępach. W obszarze linii łączącej części 4 pasma zostały przerywane, lecz zachodzą poślizgi, które zostały wykryte przez optykę sensorową. Przebieg linii łączącej części może zostać określony wtedy na podstawie liczb pasmowych odpowiadających liczbie punktów.

Zgodnie z fig. 2 na tej samej zasadzie pracuje również drugi czujnik 9, przy czym spoina spawania 5 jest tu wyświetlana odpowiednim wzorem pasmowym 11.

Promień 3 zbacza więc z biegiem czasu na przykład w wyniku termicznie powodowanego przesunięcia ze swojej ciągle wskazywanej pozycji do pozycji granicznej, i w ten sposób może być niezauważony przez czujnik 7, ponieważ czujnik 7 nastawiony jest zawsze na to, że promień 3 znajduje się w pozycji podstawowej. Natomiast następny za czujnikiem 7 czujnik 9 wykrywa odmienny przebieg spoiny spawania 5, ponieważ wyniki pomiarów doprowadzone do urządzenia sterującego 8, które przykładowo składają się ze współrzędnych położenia osiągniętych przez analizę rysunku, nie są zgodne. To jest również zaznaczone schematycznie kreskami. Za pomocą urządzenia sterującego 8 poruszana jest tylko jednostka przesunięcia odpowiednio do otrzymanej wartości korekty, tak że promień 3 jest ponownie sprowadzany do pozycji podstawowej.

Zgodnie z fig. 1 powinny zostać połączone promieniem 3 dwa półwyroby 1 i 2. Obszar połączenia między obydwoma półwyrobami 1 i 2 znajdujący się przed promieniem 3 jest oznaczony jako linia łącząca części 4, obszar za promieniem 3 jako spoina spawania 5.

Promień 3 pochodzi z bliżej nieokreślonego źródła promienia znajdującego się w urządzeniu przesunięcia 6, które może na przykład stanowię suport krzyżowy. W tym przypadku urządzenie przesunięcia 6 przesuwane jest dwuwymiarowo w kierunku x względnie y. Możliwe jest jednak również zastosowanie przesunięcia trójwymiarowego. Istotne jest tylko to, że promień 3 może zostać poprowadzony przez urządzenie przesunięcia 6 wzdłuż linii łączącej części 4 i nastawiony na nią.

Żeby promień 3 mógł być poprowadzony wzdłuż linii łączącej części 4, przed promieniem 3 jest włączony czujnik 7, który również jest oznaczony jako układ wyszukiwawczy spoin. Czujnikiem 7 jest wykrywany bieżący przebieg linii łączącej części 4, i na postawie zależności prędkości jest wykrywany czas przesunięcia półwyrobu - albo czas przesunięcia promienia, jeśli ten będzie przesunięty względem półwyrobów - i przebieg linii łączącej części 4 przez urządzenie sterujące 8, przy czym to urządzenie sterujące 8 uruchamia urządzenie przesunięcia 6 odpowiednio do wyników pomiarów czujnika 7 tak, że promień 3 skierowany jest zawsze dokładnie na linię łączącą części 4, w pierwszej kolejności na bliżej nie przedstawioną linię środkową linii łączącej części 4.

Zgodnie z wynalazkiem dalszy czujnik 9 powinien być włączony za promieniem 3 i również połączony z urządzeniem sterującym 8. Ten drugi czujnik 9 obserwuje spoinę 5.

180 628

180 628

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób do kontroli i ustawiania promienia laserowego w procesie spawania półwyrobów, w którym pierwszy czujnik znajdujący się przed promieniem, względnie wielkość zadana określa drogę śledzącą promień, a drugi czujnik za promieniem kontroluje działalność promienia, znamienny tym, że wielkość zadaną łub wskazania pierwszego czujnika (7) nad położeniem zadanym promienia (3), porównuje się ze wskazaniami drugiego czujnika (9) nad położeniem rzeczywistym promienia (3), z uwzględnieniem zależności prędkości względnego przesunięcia promienia (półwyrobu) i koryguje się przy odchyleniu położenia rzeczywistego od położenia zadanego promienia (3) na pozycji podstawowej.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wykrywa się położenie zadane promienia (3) w sposobie skrawania światłem lub w kombinacji sposobu skrawania światłem i sposobu oceny szarości obrazu, i wykrywa się położenie rzeczywiste promienia (3) w sposobie oceny szarości obrazu lub w kombinacji sposobu skrawania światłem i sposobu oceny szarości obrazu.
3. 3. Urządzenie do kontroli i ustawiania promienia laserowego w procesie spawania półwyrobów, w którym pierwszy czujnik znajdujący się przed promieniem, względnie wielkość zadana określa drogę śledzącą promień, a drugi czujnik, za promieniem kontroluje działalność promienia, znamienne tym, że pierwszy i drugi czujnik (7, 9) jest połączony z urządzeniem sterującym (8) służącym do porównywania wskazań obydwu czujników (7, 9), przy czym urządzenie sterujące (8) jest połączone z urządzeniem przesunięcia (6) służącym do realizacji względnego ruchu przesunięcia promienia (3) w kierunku półwyrobu.

   * * *