Suivi du soudage au laser : Comprendre le principe de fonctionnement

La tête du capteur de suivi de soudage se compose d'une caméra CCD et d'un ou deux lasers à semi-conducteur. La bande laser est projetée sur la surface de la pièce à un angle prédéterminé en tant que source de lumière structurelle. La caméra observe directement la bande au bas du capteur. L'avant de la caméra est équipé d'un filtre optique qui laisse passer le laser tout en filtrant toute autre lumière, comme les arcs de soudage. Le capteur est donc positionné très près de l'arc de soudage.

Fig. 1. Tête du capteur de suivi de soudure.

Le capteur est généralement monté devant la torche à une distance prédéfinie, appelée avance, afin d'observer la soudure. La hauteur d'installation, ou la distance entre le corps du capteur et la pièce à souder, varie en fonction du type de capteur installé.

Pour garantir une observation précise, le pistolet de soudage doit être positionné correctement au-dessus de la soudure, de sorte que celle-ci soit proche du centre de la bande, ce qui permet à la caméra d'observer à la fois la bande laser et la soudure.

Fig. 2 La position de la soudure.

La bande laser est projetée à un angle spécifique. Si la pièce est trop proche du capteur, la position de la bande laser est relativement proche. En revanche, si la pièce est éloignée du capteur, la position de la bande laser sur la surface de la pièce est relativement décalée vers l'arrière.

La caméra observe la position de la bande laser et le capteur peut mesurer la distance verticale par rapport à la pièce. En analysant la forme de la bande, le capteur peut également déterminer le contour de la surface et la position de la soudure sur la bande, ce qui lui permet de mesurer la position transversale de la soudure.

Fig. 3 Pièce à usiner avec une distance ordinaire

Fig. 4 Pièce à usiner à grande distance

Fig. 5 Pièce à usiner à faible distance

La caméra capture une image qui est traitée par le contrôleur et transformée en une image numérique de bande laser. Le logiciel segmente ensuite la bande en plusieurs lignes pour former la soudure. Sur la base de la position de ces lignes, le système peut calculer la position de la soudure et la convertir en une distance en millimètres en utilisant les données d'étalonnage stockées dans la tête du capteur.

Au cours du processus de suivi, le système utilise le vitesse de soudage et la distance d'orientation vers l'avant pour déterminer le temps de retard, en veillant à ce que la torche suive la soudure et non le capteur. La stratégie de contrôle est conçue pour fournir une distance d'orientation vers l'avant régulière, ce qui permet d'obtenir une soudure régulière. Si le capteur rencontre un changement soudain dans la trajectoire, il réagit en douceur, comme l'illustre la figure ci-dessous.

Fig. 6 Une réponse régulière.

Le capteur se compose de plusieurs éléments clés, notamment une caméra CCD et un filtre, un laser à semi-conducteur et des éléments optiques, ainsi qu'un microprocesseur pour la surveillance de la température et le stockage des données d'étalonnage. La surveillance de la température permet de protéger le laser contre les dommages en cas de défaillance du système de refroidissement. Il est important de noter que si le laser fonctionne au-delà de sa limite de température, sa durée de vie sera considérablement réduite.

Le stockage des données d'étalonnage permet de remplacer les têtes de capteur sans coûts supplémentaires ni modifications, ce qui garantit un temps d'arrêt minimal en cas de dommage ou de défaillance du capteur. Les processus de soudage est protégé de la suie et des éclaboussures par un pare-éclaboussures en cuivre noir, équipé d'une feuille de plastique transparente et remplaçable qui doit être régulièrement remplacée lorsque des saletés s'accumulent sur sa surface.

Le capteur doit être refroidi à l'aide d'un gaz protecteur de soudage ou d'un air propre, sec et exempt d'huile afin de maintenir la température des composants électroniques en dessous de 50°C, d'éviter l'accumulation de poussière et de protéger les composants optiques. Le débit de gaz utilisé est généralement de 5 L/min.

Si nécessaire, une plaque de montage refroidie à l'eau peut fournir un refroidissement supplémentaire pour la tête du capteur. En revanche, si la température du laser à semi-conducteur tombe en dessous de +5°C, un chauffage optionnel doit être installé sur le capteur.