SIDE 10
NR. 1/2010
Vision direkte i smeltebadet
Brug af vision i svejsesammenhænge er ofte besværliggjort af, at lyset fra selve svejsestedet er ekstremt kraftigt - og forstyrrer traditionel vision. Dette er nu løst med CMOS kameraer og specielle svejsemonitorer, hvilket gør det muligt at anvende vision direkte i smeltebadet og derved forudsige svejsningens kvalitet meget tidligt i processen
Af Finn Mengel og Simon B. Hoffgaard I svejsesammenhænge bruges vision normalt enten foran svejsestedet til at styre svejsehovedets bevægelse eller efter svejsningen for at kontrollere svejsesømmens kvalitet. Lyset fra selve svejsestedet er så ekstremt kraftigt, at det er yderst vanskeligt at anvende vision til at optage selve smeltebadet og efterfølgende benytte billederne til kontrol af processen. Nu åbner to nyudviklinger imidlertid muligheder for at bruge vision i smeltebadet til forbedret styring og efterkontrol af både laser- og lysbuesvejseprocesser: CMOS kameraer med ekstra stort dynamikområde samt en svejsemonitor med kraftige laser flash lamper til belysning af svejsestedet. Den traditionelle metode Til styring af svejsehovedet anvendes ofte en profi lmåler, hvor en laserlinje projiceres ned på tværs af svejsesømmen. Et kamera ser linjen fra siden, bestemmer højdeprofilen og bruger informationen til at styre bevægelsen af svejsehovedet. En tilsvarende profi lmåler kan opmåle svejsesømmen efter svejsningen og bestemme, om svejsningens a-mål og geometri er inden for de forudbestemte tolerancer. Et generelt problem med laserprofi lmåling af metalliske emner med varierende overfladebeskaffenhed og struktur er, at lysintensiteten, som kameraet modtager fra forskellige dele af laserlinjen, kan variere meget både i tid og sted. Et traditionelt visionkamera med CCD sensor kan kun operere inden for et snævert dynamikområde, og kraftig overbelysning af et enkelt område af sensoren spredes let ud over hele billedet og gør det uanvendeligt. CMOS kameraer CMOS kameraer er meget mere modstandsdygtige over for overbelysning end CCD kameraer, så derfor er det en fordel at benytte CMOS kameraer til profi lmåling af metalliske emner. Selv om billedet af laserlinjen er voldsomt overbelyst, tværes billedet ikke ud og kan stadig bruges til profi lbestemmelse - dog med reduceret nøjagtighed. Normale CMOS visionkameraer arbejder med et dynamikområde på 50-60 dB. Med CMOS teknologien er det imidlertid muligt at designe en billedsensor, så der kan opnås et meget større dynamikområde, hvorved kameraet kan se både de mørke nuancer og meget høj lysintensitet samtidigt. Et eksempel på dette er LinLog teknologien, der er udviklet og patenteret af det Schweiziske firma Photonfocus, der i Danmark forhandles af Mengel Engineering. Photonfocus kameraet kan programmeres til et dynamikområde på hele 120 dB. Det høje dynamikområde gør kameraet velegnet til detaljeret efterkontrol af svejsesømme. Laserprofilering kan bestemme sømmens profil - men ikke tilstedeværelsen af små revner eller porer i svejsningen. De skal findes ved at analysere et normalt 2D gråskalabillede. Sensorer med LinLog kameraet anvendes af flere bilfabrikker til kontrol af tyndpladesvejsninger for porer og huller. On-line styring af svejsning En grundig kvalitetskontrol af de færdige svejsninger er helt essentiel, men når man opdager en fejl, er det ofte for sent at gøre andet end at reparere eller kassere emnet. Hvis man arbejder med emner, der ikke kan efterbearbejdes eller som består af meget dyre råmaterialer, kan forekomst af svejsefejl gå hen og blive meget omkostningskrævende. Der er derfor et behov for at kunne forudsige svejsningens kvalitet så tidligt i processen, at man stadig kan nå at korrigere svejseparametrene og sikre kvaliteten. Det vil i praksis sige, at man skal måle direkte i smeltebadet og korrigere, inden svejsningen når at størkne.
CMOS camera with adaptive response characteristics
Short pulse flash light Diode laser line
Princippet i en sensor til kontrol af lasersvejsninger i tyndplade: To laserlinjer til profi lmåling optages samtidigt med et gråskalabillede, som analyseres for at identificere porer og revner i svejsningen. Det store dynamikområde i kameraet gør det muligt at få et velbelyst gråskala billede, uden at laserlinjerne bliver overbelyst.
Laserprofi lmåling. (Foto: Migatronic Automation A/S).
Her er der også mulighed for at bruge vision. Hvis man mens der svejses - kan videooptage smeltebadet og bestemme dets størrelse og form, har man gode input til at regulere svejseparametrene på plads, inden metallet størkner. Videooptagelser direkte af smeltebadet kræver dog helt specielt hardware og optagebetingelser. Lyset fra svejsningen og den termiske stråling fra det glødende metal er så stærk, at det vil blænde et almindeligt visionkamera.