Již z několika výše uvedených faktorů vyplývá potřeba kontroly svařovacího procesu, a to jak udržení správné linie svaru, tak i jeho profilu. Náš výběr z metod, které pro tyto záměry přicházejí v úvahu, je z větší části zaměřen na užití u automatizovaných procesů.
Automobilový průmysl
Firma DaimlerChrysler spolu s firmou Precitec Optronik zavedly postup kontroly MPM systémem (Melt Pool Monitor) na bázi tzv. Qualas-principu, kde se kamerou měří délkové i plošné parametry lázně taveniny. Přitom se využívá jevu, že vytvářená svarová tavenina emituje záření převážně v infračervené části spektra. Získaná data by měla korelovat s dalšími údaji, jako je hloubka provaření nebo fokusace paprsku. Senzor u MPM systému s výměnným kamerovým modulem dává možnost dobrého přístupu ke svaru i za prostorově stísněných podmínek. V konkrétním případě nasazení u firmy DaimlerChrysler je použito svařovacího zařízení se stabilním CO2 laserem a s rotací svařence. Kamerový modul je vestavěn do stabilní části systému, což dává dobré možnosti především pro sledování ideální fokusace paprsku. Data senzoru jsou kromě přímých vstupů do výrobního postupu využívána i pro průvodní dokumentaci o kvalitě výrobku.
Řezné nástroje
Na principu využití CMOS kamery je založen kontrolní systém PD 2000 firmy Prometec. Jeho myšlenka koaxiálního řešení kamery s laserovým paprskem, licenčně převzatá z patentové přihlášky Fraunhofer Institutu für Lasertechnik ILT, dává možnost použití tohoto systému pro všechny typy laserů a libovolný cyklus výroby. Tak je možné získat kontrolu nad způsobem provaření, hloubkou provaření, nastavením ohniskové vzdálenosti, polohou švu, natavenou lázní svaru i výskytem pórů ve svaru. Obrazová frekvence 1 kHz je přitom zárukou operativnosti probíhajícího procesu, což je zvláště vítané při svařování oboustranně pozinkovaných plechů přeplátováním, kde odpařovaný zinek může být příčinou porozity svarů.
Tvářecí nástroje
Z Fraunhofer Institutu ILT pochází nakonec většina výzkumných prací, které jsou zaměřené na kontrolu kvality svarů nebo návarů. Protože v poslední době roste zájem o navařování částí tvářecích nástrojů, stojí za zmínku vývoj kontrolních systémů pro tento druh návarů. Pro kontrolu hloubky provaření návaru, což je v některých případech možné považovat za dostačující parametr, byl vyvinut koaxiální senzorový systém s CCD kamerou s vyhodnocováním a regulací procesu přes PC. S rychlostní CMOS kamerou je pak vyvinut koaxiální senzor, sledující pro optimalizaci celého procesu navařování vztah mezi výkonem laseru a masou přídavného návarového prášku na základě emitovaného tepelného záření a závislost geometrie návarové taveniny na rychlosti posuvu a množství prášku.
Plně automatizovaná kontrola
Praktickou kontrolu polohy svarového švu i jeho profilu nabízí metody triangulace, včetně laserové triangulace. Jejím představitelem, který se jí v širší míře zabývá už řadu let, je firma MEL Mikroelektronik, která tento proces dovedla při kontrole svarů s vhodným programovým řízením až k plné automatizaci. O tom svědčí í na veletrhu Laser 2005 v Mnichově uzavřená spolupráce mezi touto firmou a výrobcem kloubových robotů Motoman Robotec. Výhodnost takového kontrolního postupu potvrzuje i jeho aplikace při svařování elektronovými paprsky. Tady může být příkladem 3D kontrola délky a profilu svarového švu dílů hliníkového kokpitu, kde kontrolní proces provádí robot s integrovaným laserovým triangulačním senzorem v rámci systému Viro wsi od firmy Vitronic.
Robotizované svařování
Svařování a kontrola svaru u 3D robotických systémů má ostatně svá další specifika, kam přistupuje nutnost prostorově náročnější kontroly dráhy svaru. To už je oblast sama o sobě trochu odlišná, a jen okrajově se proto zmiňujeme o senzorových systémech Scout firmy Dr. Barthel Sensorsysteme, vyvíjených v několika řadách, a o systému, který řeší Fraunhofer Institut für Produktionstechnologie IPT na principu triangulace pro přímé působení na výrobní proces v rámci evropského projektu CRAFT SenseLasBot. Pro kombinaci s kloubovým robotem je určen i měřicí systém Souvis 5000 od firmy Soudronic Automotive, postavený na bázi zpracování obrazu přes CMOS kameru, vestavěnou spolu se systémy zábleskového osvětlení do kompaktní senzorové hlavice. Senzor pracuje jak na principu triangulace pro profilová měření, tak i s povrchovým snímkováním při krátkém záblesku pro analýzu kvality povrchu.
Obvodové svařování
Při rostoucích požadavcích na rychlost svařování dochází často až k extrémnímu zúžení ohniska paprsku i svarové spáry, což může přinést nepřesnost při najíždění svaru. Senzor, který je schopen automaticky nastavit přesnou výchozí polohu svaru, vyvinuli tentokrát přímo ve Fraunhofer Institutu IWS. Pracuje s diodovým laserem a optikou zprostředkující vyhodnocení polohy a přes CNC nebo SPS systémy řízení polohy svařovacího zařízení. Vhodný je především pro obvodové svary u rotačních svařenců s dobrou reflexí paprsku.
Svařování plastů
Trochu odlišný je sled kontrolních operací při sledování jakosti laserového svaru u plastů, kde při jejich svařování jde většinou o metodu prozařování. Při způsobu přeplátování je vrchní spojovaný díl transparentní vůči paprsku laseru a spodní absorbující záření pro vývoj tepla potřebného pro spojení dílů. Při výskytu nekvalitních svarů se jako častá příčina ukazuje snížená transparentnost vrchního dílu, daná stárnutím materiálu nebo jeho nekvalitní výrobou u dodavatele. Pro spolehlivou a rychlou kontrolu transparentnosti plastů proto firma Prolas Produktionslaser, známý výrobce laserů a laserových systémů, vyvinula senzory transparentnosti IRSpec I a II. První typ je vhodný pro porovnávací měření, druhý pro absolutní v blízké infračervené části spektra.
-jš-
www.mmspektrum.com
060409
iia.smid@c-box.cz