Поверхностная сварка вместо сварки с проплавлением позволяет лазеру производить сварной шов, который виден только с одной стороны. Но как контролировать мощность лазера, чтобы он не прожег дыру в листах металла? Новая система камер анализирует тепловые изображения в режиме реального времени и обеспечивает идеальный сварной шов.
Словно управляемая невидимой рукой, сварочная головка на руке робота мчится по деталям из листового металла. Там, куда попадает лазер, летят искры и металл раскаляется докрасна. Процесс длится всего несколько секунд. Внешняя дверная панель и дверная рама теперь идеально сварены. Вдоль стыка проходит тонкий сварной шов, но он виден только с одной стороны. С другой стороны сварной двери вагона стык незаметен. Это идеальный сварной шов, о котором мечтает каждый производитель автомобилей, потому что его можно использовать в любом месте кузова автомобиля. Больше не будет необходимости в дорогостоящих работах по сокрытию шва, таких как складывание листового металла или обшивка кромкой.
Ученые-исследователи Фраунгоферовского института физических измерений IPM во Фрайбурге воплотили эту мечту автопроизводителей в реальность. «Контролируемая сварка с частичным проплавлением» — так эксперты называют процесс, при котором лазер не прожигает насквозь все листы металла, в отличие от сварки с полным проплавлением, когда в ванне расплава на короткое время образуется отверстие. Вместо этого сварной шов контролируется так, чтобы он проникал в нижний лист, не повреждая нижнюю поверхность. Однако до сих пор не удавалось точно контролировать этот вид сварки и получать шов, отвечающий требованиям по прочности.
«Поскольку мы не провариваем лист, мы практически не видим, что делаем», — описывает проблему Андреас Блуг, руководитель проекта Fraunhofer IPM. Но они нашли решение, используя инновационную камеру, генерирующую температурные изображения. Это позволяет системе распознавать, насколько глубоко лазер проник в листы. Там, где он прожигает металл, вызывая его плавление, на изображениях видна горячая область. Если дно ванны с расплавом достигает зазора между верхним и нижним листами, теплопроводность прерывается и можно увидеть более холодную точку. Это называется отверстием полного проникновения. Исходя из относительной частоты этого отверстия полного проникновения, система рассчитывает глубину проникновения в нижний лист. Затем программа адаптирует мощность лазера к конкретным требованиям.в режиме реального времени », — объясняет Блюг. Для этого требуется чрезвычайно быстрая система камер , которая является ключом к инновациям Fraunhofer IPM. Система основана на сотовых нейронных сетях (CNN). В каждый пиксель встроен крошечный процессор. Все они работают одновременно и значительно ускоряют анализ отдельных изображений, в то время как в обычных системах обработки изображений несколько процессоров обрабатывают данные последовательно. «Таким образом, система анализирует до 14 000 изображений в секунду», — говорит Блуг. Это сопоставимо с обычной скоростью от 1000 до 2000 изображений в секунду.
Вместе с коллегами из IFSW Institut für Strahlwerkzeuge в Штутгартском университете и Institut für Grundlagen der Elektrotechnik und Elektronik (IEE) в Дрезденском технологическом университете ученые-исследователи Fraunhofer IPM разработали прототип, который идеально контролирует процесс поверхностной сварки, предлагая сварщики имеют еще одно большое преимущество по сравнению со сваркой с полным проплавлением: цинк не испаряется на нижней стороне сварного шва. Таким образом, проблемы коррозии, возникающие на оцинкованных кузовах автомобилей, остались в прошлом.
