WO2006073334A1 - Method and device for diagnosing and controlling laser welding quality - Google Patents

Abstract

The invention relates to a method and device for diagnosing and controlling a laser welding quality. The aim of said invention is to provide a multi-parameter control of laser welding high-performance processes and to automatically control said processes. A laser beam is used in the form of a welding tool. The inventive method consists in identifying a welding point serial number, a current position, a seam length or a weld penetration blank space by counting the welding process signals and in comparing said signals with reference time readings, in identifying the weld seam serial number and a weldable item serial number by using the number of welded seams and/or the length thereof, in determining the possibility of discontinuity defects and origins reducing the life service of laser device units, in determining the edge excess of weldable parts, in identifying causes of lack of fusion, overheating and of ejection according to threshold and pre-threshold level signals of inadmissible exceeds of the laser radiation parameters, of a welding speed reduction and inadmissible modifications of laser spot dimensions, in recording the signal of inadmissible penetration conditions in order to stop the process when the long abnormality of an optimal welding process takes place and in forming signals for automatically controlling the laser welding process.

Description

СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДИАГНОСТИКИ И УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ METHOD AND DEVICE FOR DIAGNOSTICS AND QUALITY MANAGEMENT

ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИLASER WELDING

1. Область техники. Изобретение относится к области сварочной техники, и может быть использовано при решении задач диагностики, многопараметрического контроля во всех процессах высококачественной, высокопроизводительной лазерной сварки. Нет ограничений по видам технологий, материалов и оборудования.1. Field of technology. The invention relates to the field of welding equipment, and can be used in solving diagnostic problems, multi-parameter control in all processes of high-quality, high-performance laser welding. There are no restrictions on the types of technologies, materials and equipment.

2. Уровень техники.2. The prior art.

Известны способы диагностики и управления качеством лазерной сварки, основанные на определении отдельных характеристик лазерной технологической установки. Так, например, в патенте США N° 6355905, 7 В 23 К 26/00, 2002 г. в режиме управления с обратной связью на дисплее средняя энергия лазерного импульса и средняя выходная мощность лазера рассчитываются по измеряемой выходной мощности лазера, напряжению и току лампы накачки. В патенте США Na 6392192, 7 В 23 К 26/02, 2002 г. в режиме управления фокусировкой лазера определяется тепловая нагрузка на оптический соединитель и фокусирующую систему.Known methods for diagnosing and controlling the quality of laser welding, based on the determination of the individual characteristics of the laser technological installation. So, for example, in US patent N ° 6355905, 7 V 23 K 26/00, 2002, in the control mode with feedback on the display, the average laser pulse energy and the average laser output power are calculated from the measured laser output power, voltage and lamp current pumping. In US patent Na 6392192, 7 V 23 K 26/02, 2002 in the control mode of the laser focus is determined by the thermal load on the optical connector and the focusing system.

В этих примерах диагностики состояний отдельных составляющих процесса формирования лазерного луча не контролируется положение свариваемых деталей, определяющее качество сварки.In these examples of diagnosing the states of individual components of the laser beam formation process, the position of the parts to be welded, which determines the quality of welding, is not controlled.

Среди известных способов диагностики и управления качеством лазерной сварки наиболее эффективным по количеству диагностируемых функций является использование оптикоэлектронного контроля инфракрасного излучения (ИКИ) лазерного луча и его воздействия на свариваемые материалы. В патенте США M 6 555 780, 7 В 23 К 26/20, 2003 г. при управлении мощностью и фокусировкой лазера путём экспериментальных измерений хроматической аберрации линз определяют размеры сварочной ванны и фокусного пятна лазерного луча. Примером служит также патент США 6 596 961, 7 В 23 К 26/20, 2003 г., в котором оптически управляют процессом лазерной сварки на основе диагностики состояний проплавления, основанной на измерении сигналов датчика положения (ПЗС камера с вспомогательным лазером или пружинно-механический датчик) и датчика процесса (плазменный детектор или зрительная двухмерная система). В этих примерах показана диагностика состояний составляющих лазерного проплавления. Однако в указанных аналогах не определяется характеризующий качество сварки полный комплекс диагностируемых состояний и причин ненормативных отклонений. При различной сложности аппаратно-программной реализации ограничения в применении многих из известных методов способов диагностики лазерной сварки состоят в следующем:Among the known methods for diagnosing and controlling the quality of laser welding, the most effective in terms of the number of diagnosed functions is the use of optoelectronic monitoring of infrared radiation (IKI) of the laser beam and its effect on the materials being welded. In US patent M 6 555 780, 7 B 23 K 26/20, 2003, when controlling the power and focusing of the laser by experimental measurements of the chromatic aberration of the lenses, the dimensions of the weld pool and the focal spot of the laser beam are determined. An example is also US patent 6 596 961, 7 V 23 K 26/20, 2003, in which the laser welding process is optically controlled based on the diagnosis of penetration conditions based on the measurement of position sensor signals (CCD camera with an auxiliary laser or spring-mechanical sensor) and a process sensor (plasma detector or visual two-dimensional system). In these examples, the diagnostics of the states of the components of laser penetration is shown. However, in the indicated analogues, the full range of diagnosed conditions and causes of non-standard deviations characterizing the quality of welding is not determined. With varying complexity of hardware and software implementation, the limitations in the application of many of the known methods for laser welding diagnostics are as follows:

- в специализации их по отдельным видам сварки;- in their specialization in certain types of welding;

- в недостаточных системности и комплексности контроля геометрии свариваемых деталей, движения, металлургических дефектов несплошности и процесса газовой защиты.- the lack of consistency and complexity of control of the geometry of the welded parts, movement, metallurgical defects of discontinuity and the gas protection process.

Общим недостатком известных методов является решение частных задач с усложненностью, соответствующей числу контролируемых функций, без применения эффективного информационного сжатия. Ближайшим аналогом к изобретению является способ и описанное в нем устройство по патенту РФ 2127177, B23K9/10.A common drawback of the known methods is the solution of particular problems with complexity corresponding to the number of controlled functions, without the use of effective information compression. The closest analogue to the invention is the method and the device described therein according to the patent of the Russian Federation 2127177, B23K9 / 10.

Известный способ диагностики и управления качеством лазерной сварки, включает измерение пространственно-временных сигналов инфракрасного излучения тепловых следов на поверхности свариваемых деталей в визируемых областях воздействий сварочного инструмента и его тепловых волн, преобразование временных, пространственных изменений амплитуд сигналов в градиентно-экстремальные сигналы путем моделируемых дифференциальным уравнением теплопроводности накопления и размытия, преобразование инфракрасного излучения в информативные электрические сигналы преобразователем с точечными поверхностными термочувствительными элементами, с получением с каждого из них электрического сигнала Иi, где i - номер элемента, определение относительных отклонений сварочного инструмента от стыка между свариваемыми деталями и/или от угла между деталями и осью сварочного инструмента путем амплитудной селекции сигналов Иi свариваемых деталей, визируемых соответственно заданной технологии сварки впереди, по боковым сторонам траектории стыка или относительно оси сварочного инструмента, а по визируемой поверхностной области тепловой волны проплавления определение наличия процесса сварки при равенстве или превышении первого порогового значения, определение непровара при равенстве или снижении относительно второго порогового значения, определение перегрева при равенстве или превышении третьего порогового значения для суммарных сигналов И_∑ со всех термочувствительных элементов термодатчика, определение выброса расплавленного материала при равенстве или превышении пороговых значений выбросов для временной производной суммарного сигнала И_∑/t, определение навигационных характеристик управления движением путём сравнения И∑ соответствующих областей визирования стыка для прихватки с четвёртым, для закрытого края шва с пятым, для открытого края с нулевым пороговыми значениями соответственно заданной технологии сварки.A known method for diagnosing and controlling the quality of laser welding includes measuring the spatio-temporal signals of infrared radiation from heat traces on the surface of the parts being welded in the visible areas of the effects of the welding tool and its heat waves, converting temporal, spatial changes in signal amplitudes into gradient-extreme signals by modeled by a differential equation thermal conductivity of accumulation and blur, conversion of infrared radiation into informative electronic signals with a transducer with point surface thermosensitive elements, receiving an electric signal Ii from each of them, where i is the element number, determining the relative deviations of the welding tool from the joint between the parts to be welded and / or from the angle between the parts and the axis of the welding tool by amplitude selection of signals And i of the welded parts, endorsed according to the specified welding technology in front, on the sides of the joint path or relative to the axis of the welding tool, and p about the sighted surface region of the heat penetration wave; determining the presence of the welding process when the first threshold value is equal or exceeding; determining the lack of penetration when the equality or decrease relative to the second threshold value, determination of overheating when the third threshold value for the total signals And _{∑ is} equal to or exceeded from all temperature-sensitive elements of the temperature sensor, determination of the emission of molten material when the emission thresholds are equal or exceed for the temporary derivative of the total signal And _∑ / t, determination of the navigation characteristics of motion control by comparing And corresponding areas of sight of the joint for the tack with the fourth, for the closed edge of the seam with the fifth, for the open edge with a zero threshold and values respectively given welding technology.

В этом решении представлена комплексная диагностика состояний лазерной сварки путём системного контроля ИКИ тепловых волн проплавления, геометрии и относительного движения свариваемых деталей, металлургических дефектов несплошности. Используется эффективное информационное сжатие на основе моделирования дифференциального уравнения теплопроводности.This solution provides a comprehensive diagnosis of laser welding conditions by systematically monitoring the IR of thermal penetration waves, the geometry and relative motion of the parts to be welded, and metallurgical discontinuities. Effective information compression is used based on modeling the differential heat equation.

Ограничения этого способа связаны с отсутствием полного комплекса диагностируемых состояний качества сварки с учётом нарушений газовой защиты зоны сварки, а также причин ненормативных отклонений этих состояний.Limitations of this method are associated with the absence of a full range of diagnosed states of welding quality, taking into account violations of the gas protection of the welding zone, as well as the reasons for non-standard deviations of these states.

Соответственно, известное устройство диагностики и управления качеством лазерной сварки содержит инфракрасный преобразователь, визирующий оптическим входом тепловой след лазерного воздействия на свариваемые материалы, и операционный блок, выходом подключённый к регистратору.Accordingly, the known device for diagnosing and controlling the quality of laser welding includes an infrared converter, which visually visually inspects the thermal trace of the laser effect on the materials being welded, and an operation unit connected to the recorder by the output.

Это устройство обеспечивает применение эффективного информационного сжатия и системность контроля состояний и характеристик качества лазерной сварки, с обеспечением частичной автоматизации управления по ИКИ проплавления и геометрии свариваемых деталей. Ограничения этого устройства связаны с отсутствием полного комплексного диагностирования состояний качества сварки с учётом нарушений газовой защиты зоны сварки, а также причин ненормативных отклонений этих состояний для обеспечения устраняющего ненормативные состояния управления, в том числе адаптивного.This device provides the use of effective information compression and systematic monitoring of the conditions and quality characteristics of laser welding, with partial automation of control by IRI penetration and geometry of the welded parts. The limitations of this device are related to the lack of a comprehensive diagnostics of the conditions of welding quality, taking into account violations of the gas protection of the welding zone, as well as the causes of non-standard deviations of these states to ensure eliminating non-standard control states, including adaptive.

3. Осуществление изобретения.3. The implementation of the invention.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа диагностики лазерной сварки, в котором благодаря изменению приемов, операций, условий контроля и анализа характеристик ИКИ тепловых следов лазерного проплавления, формообразования сварного соединения и дефектов несплошности, а также сигналов вспомогательных датчиков обеспечивается получение следующего технического результата.The basis of the invention is the task of improving the method of diagnostics of laser welding, in which, due to a change in methods, operations, monitoring conditions and analysis of the characteristics of IRI of thermal traces of laser penetration, shaping of the welded joint and discontinuity defects, as well as the signals of auxiliary sensors, the following technical result is obtained.

Для различных условий применения с возможностью обеспечения высокой технологической надежности реализуют более полный набор функций контроля и диагностики процесса лазерной сварки. В том числе соответственно заданной технологии сварки: идентифицируют для фикcиpyeмoгo(x) дeфeктa(oв) номер сварочной точки, текущее положение, длину шва или пропуск проплавления, номер свариваемого шва, номер свариваемого изделия; определяют возможность появления дефектов несплошности, причин снижения ресурса узлов лазерного оборудования при нарушениях газовой защиты; определяют превышение кромок свариваемых деталей; идентифицируют фактические или по предпороговым сравнениям возможные причины непровара, перегрева, выбросов; регистрируют сигналы недопустимых состояний проплавления, фактических или возможных их причин для корректировок сварочного процесса в реальном времени или исправления переплавлением дефектного участка или остановки процесса при длительном нарушении оптимального процесса сварки; формируют сигналы автоматического управления процессом лазерной сварки. Кроме того, различными путями определяют: изменение уровня лазерной энергии, мощности; недопустимую величину зазора стыка свариваемых деталей; недопустимые изменения величины лазерного пятна.For various application conditions with the possibility of ensuring high technological reliability, a more complete set of functions for monitoring and diagnosing the laser welding process is realized. Including, respectively, the specified welding technology: for the fixed defect (x) defect (ov), the number of the welding point, the current position, the length of the seam or the passage of penetration, the number of the seam to be welded, the number of the item to be welded are identified; determine the possibility of the occurrence of discontinuity defects, reasons for reducing the resource of laser equipment nodes in case of gas protection violations; determine the excess edges of the welded parts; identify the actual or pre-threshold comparisons of the possible causes of lack of penetration, overheating, emissions; register signals of unacceptable penetration conditions, their actual or possible reasons for real-time adjustments of the welding process or correction by remelting of a defective section or process shutdown during prolonged violation of the optimal welding process; generate signals for automatic control of the laser welding process. In addition, in various ways determine: a change in the level of laser energy, power; unacceptable joint gap of the welded parts; unacceptable changes in the magnitude of the laser spot.

В основу изобретения поставлена также задача усовершенствования устройства для осуществления способа диагностики лазерной сварки путем введения новых элементов и их связей, что обеспечивает получение следующего технического результата. Значительно повышается надежность обнаружения и прогноза недопустимых отклонений ведения процесса лазерной сварки, устраняются многие причины возникновения дефектов за счет более эффективной системной организации в реальном времени пространственно-временных моделирования, преобразований сигналов, а также амплитудного слежения, контроля и диагностических преобразований в процессе настройки и в реальном времени лазерной сварки.The basis of the invention is also the task of improving the device for implementing the diagnostic method of laser welding by introducing new elements and their relationships, which provides the following technical result. The reliability of detection and forecasting of unacceptable deviations in the laser welding process is significantly increased, many of the causes of defects are eliminated due to more effective systemic organization in real time of spatio-temporal modeling, signal transformations, as well as amplitude tracking, monitoring and diagnostic transformations during setup and in real laser welding time.

Поставленная задача решается тем, что в способе диагностики и управления качеством лазерной сварки, заключающемся в том, что производят измерение пространственно-временных сигналов инфракрасного излучения тепловых следов на поверхности свариваемых деталей в визируемых областях воздействий сварочного инструмента и его тепловых волн, преобразование временных, пространственных изменений амплитуд сигналов в градиентно-экстремальные сигналы путем моделируемых дифференциальным уравнением теплопроводности накопления и размытия, преобразование инфракрасного излучения в информативные электрические сигналы преобразователем с точечными поверхностными термочувствительными элементами, с получением с каждого из них электрического сигнала Иi, где i - номер элемента, определение относительных отклонений сварочного инструмента от стыка между свариваемыми деталями и/или от угла между деталями и осью сварочного инструмента путем амплитудной селекции сигналов Иi свариваемых деталей, визируемых соответственно заданной технологии сварки преимущественно впереди, по боковым сторонам траектории стыка или относительно оси сварочного инструмента, а по визируемой поверхностной области тепловой волны проплавления определение наличия процесса сварки при равенстве или превышении первого порогового значения, определение непровара при равенстве или снижении относительно второго порогового значения, определение перегрева при равенстве или превышении третьего порогового значения для суммарных сигналов И_∑ со всех термочувствительных элементов термодатчика, определение выброса расплавленного материала при равенстве или превышении пороговых значений выбросов для временной производной суммарного сигнала й_∑/t, определение навигационных характеристик управления движением путём сравнения И_∑ соответствующих областей визирования стыка для прихватки с четвёртым, для закрытого края шва с пятым, для открытого края с нулевым пороговыми значениями соответственно заданной технологии сварки, согласно изобретению в качестве сварочного инструмента используют луч лазера, идентифицируют номер сварочной точки, текущее положение, длину шва или пропуск проплавления посредством счёта сигналов наличия процесса сварки и сопоставления их с реперными отсчётами времени, идентифицируют номер свариваемого шва по сигналу окончания сварки или по сигналу открытого края шва или по сигналу закрытого края шва, соответственно заданной технологии сварки, идентифицируют номер свариваемого изделия по количеству сваренных швов и/или длинам швов, определяют возможность появления дефектов несплошности, причин снижения ресурса узлов лазерного оборудования для заданной технологии сварки по равенству или превышению шестого порогового значения суммарным сигналом И_∑, определяют превышение кромок свариваемых деталей путём пороговой амплитудной селекции сигналов Иi свариваемых деталей, визируемых соответственно заданной технологии сварки впереди, по боковым сторонам траектории стыка, идентифицируют фактические или по предпороговым сравнениям возможные причины непровара по появлению сигналов пороговых или предпороговых уровней недопустимых превышений кромок, отклонений от стыка, величины зазора, снижений уровней интенсивности лазерного излучения, амплитуды, длительности, частоты сигналов интенсивности накачки лазера, увеличения скорости сварки, недопустимых изменений величины лазерного пятна, идентифицируют фактические или по предпороговым сравнениям возможные причины перегрева, выбросов по появлению сигналов пороговых или предпороговых уровней недопустимых превышений интенсивности лазерного излучения, амплитуды, длительности, частоты сигналов интенсивности накачки лазера, уменьшения скорости сварки, недопустимых изменений величины лазерного пятна, регистрируют соответственно заданной технологии сварки сигналы недопустимых состояний проплавления, фактических или возможных их причин для корректировок сварочного процесса в реальном времени или переплавления дефектного участка или остановки процесса при длительном нарушении оптимального процесса сварки, формируют сигналы автоматического управления процессом лазерной сварки путём адаптивного изменения амплитуды, длительности накачки лазера, скорости сварки, частоты импульсов, фокусировки лазерного излучения. Кроме того, в способе диагностики и управления качеством лазерной сварки, согласно изобретению:The problem is solved in that in the method of diagnosis and quality control of laser welding, which consists in the measurement of spatio-temporal signals of infrared radiation of thermal traces on the surfaces of the parts to be welded in the visible areas of the effects of the welding tool and its heat waves, the conversion of temporary, spatial changes in signal amplitudes into gradient-extreme signals by means of accumulation and smearing modeled by the differential heat equation, the conversion of infrared radiation into informative electric signals by a transmitter with point surface heat-sensitive elements, with receiving from each of them an electric signal Ii, where i is the element number nt, the determination of the relative deviations of the welding tool from the joint between the parts to be welded and / or from the angle between the parts and the axis of the welding tool by amplitude selection of signals And i of the parts to be welded, which are seen respectively according to a given welding technology mainly in front, on the sides of the joint path or relative to the axis of the welding tool, and from the sighted surface region of the heat penetration wave, the determination of the presence of the welding process when the first threshold value is equal or exceeds cheniya, determination of lack of fusion at equal or decrease relative to the second threshold value, determining superheat at equal or exceeds the third threshold value for the sum signal and _Σ from all the temperature sensors the temperature sensor, determining the ejection of the molten material with equal or exceeded for the time derivative of the total signal threshold emission minutes _Σ / t, the navigation determination of motion control characteristics by comparing the respective areas and _Σ sight with Tack weld with fourth, for the closed edge of the seam with fifth, for the open edge with zero threshold values according to the specified welding technology, according to the invention, a laser beam is used as a welding tool, the number of the welding point, the current position, the length of the seam or the passage of penetration are identified by counting signals of the presence of the welding process and comparing them with benchmarks, identify the number of the weld being welded by the signal of the end of welding or by the signal of the open edge of the weld or by alu closed seam edges respectively predetermined welding technology identified number welded product of the number of welded joints and / or lengths of seams define possibility of discontinuity defects, causes reduction resource laser equipment units for a given welding procedure of equality or exceeding of the sixth threshold value sum signal and _∑ , determine the excess of the edges of the welded parts by the threshold amplitude selection of signals And i of the parts to be welded, which are viewed ahead of the specified welding technology in front, on the sides of the joint trajectory, identify the actual or pre-threshold comparisons of the possible causes of lack of penetration by the appearance of signals of threshold or sub-threshold levels of unacceptable edge excesses, deviations from the joint, gap size, level reductions laser radiation intensity, amplitude, duration, frequency of laser pump intensity signals, increase in welding speed, weeks permissible changes in the value of the laser spot, identify the actual or pre-threshold comparisons of the possible causes of overheating, emissions due to the appearance of signals of threshold or pre-threshold levels of unacceptable excesses of the laser radiation intensity, amplitude, duration, frequency of the laser pump intensity signals, decrease in welding speed, unacceptable changes in the value of the laser spot, register, according to the specified welding technology, signals of unacceptable penetration states, actual or possible s their causes for adjustments of the welding process in real time or remelting defective portion or stop the process for prolonged violation optimum welding process, form the automatic control signals to the laser welding by adaptive amplitude variation process, the duration of the laser pump, the welding speed, the pulse frequency, focusing the laser radiation. In addition, in a method for diagnosing and controlling the quality of laser welding, according to the invention:

- определяют изменение уровня лазерной мощности за счет контроля интенсивности лазерного луча датчиком инфракрасного излучения на длине волны лазерного воздействия на материал; - определяют изменение уровня лазерной мощности и/или его причину за счет контроля тока накачки лазерного луча;- determine the change in the level of laser power by monitoring the intensity of the laser beam with an infrared sensor at a wavelength of laser exposure to the material; - determine the change in the level of laser power and / or its cause by monitoring the pump current of the laser beam;

- определяют наличие и причину изменения уровня интенсивности лазерного излучения, наличие изменений длительности и частоты импульсов лазера за счет контроля тока накачки лазерного луча; - идентифицируют недопустимую величину зазора стыка свариваемых деталей при наличии непровара, сопутствующих дефектов несплошности по отсутствию других причин непровара; - идентифицируют недопустимую величину зазора стыка свариваемых деталей путём порогового контроля уменьшения амплитуд сигналов Иi тепловых следов проплавления, при этом термочувствительный элемент визируют на стык свариваемых деталей; - идентифицируют фактические или возможные причины появления дефектов несплошности, причины снижения ресурса узлов лазерного оборудования для заданной технологии сварки по отклонениям относительно пороговых уровней электрических сигналов датчиков обдува и/или вытяжки защитной газовой смеси в зоне сварки;- determine the presence and cause of changes in the level of laser radiation intensity, the presence of changes in the duration and frequency of the laser pulses due to the control of the pump current of the laser beam; - identify the unacceptable joint gap of the welded parts in the presence of lack of penetration, concomitant discontinuity defects due to the absence of other causes of lack of penetration; - identify the unacceptable size of the joint gap of the welded parts by threshold control of the reduction of the amplitudes of signals And thermal traces of penetration, while the heat-sensitive element is sighted at the joint of the welded parts; - identify the actual or possible causes of the occurrence of discontinuity defects, the reasons for the decrease in the resource of laser equipment nodes for a given welding technology by deviations from the threshold levels of the electrical signals of the blowing and / or exhaust protective gas mixture sensors in the welding zone;

- идентифицируют недопустимые изменения величины лазерного пятна для диагностируемых состояний непровара, перегрева, выброса при отсутствии других причин этих диагностируемых состояний;- identify unacceptable changes in the magnitude of the laser spot for the diagnosed states of lack of penetration, overheating, emission in the absence of other causes of these diagnosed conditions;

- идентифицируют недопустимые изменения величины лазерного пятна, путём порогового контроля соответственно уменьшения или увеличения сигналов И_∑ тепловых следов на длине волны лазерного воздействия на материал. Поставленная задача решается также тем, что в устройстве диагностики и управления качеством лазерной сварки, содержащем инфракрасный преобразователь для визирования оптическим входом теплового следа воздействия сварочного инструмента на свариваемые материалы, блок управления и операционный блок, выходом подключённый к регистратору, согласно изобретению оно снабжено лазерным блоком с датчиком интенсивности лазерного луча, датчиком тока накачки лазера, расположенным в блоке источника питания, и блоком электронного согласования, при этом операционным блок электрически подключён входом и выходом к инфракрасному преобразователю через блок электронного согласования, который подключён к входу и выходу блока управления, датчику тока накачки лазера и датчику интенсивности лазерного луча, причём инфракрасный преобразователь выполнен с возможностью ориентирования по областям визирования окрестностей поверхностей, расположенных по ходу относительного движения лазерного луча по стыку, впереди и по боковым сторонам траектории стыка, или относительно оси луча для контроля подходов к прихватке шва, к окончанию шва сплошного металла закрытого края и окончанию шва кромки открытого края, окрестности поверхности теплового следа формируемой сварочной ванны, окрестности поверхности фокусировки лазерного пятна, окрестности тепловых следов контролируемых поверхностей лазерного блока для диагностирования их ненормативных режимов и отклонений. Инфракрасный преобразователь для визирования оптическим входом теплового следа воздействия сварочного инструмента на свариваемые материалы, блок управления и операционный блок, выходом подключённый к регистратору, согласно изобретению оно снабжено блоком электронного согласования, а в качестве сварочного инструмента использован лазер, причем блок электронного согласования соединен с операционным блоком, инфракрасным преобразователем и блоком управления.- identify unacceptable changes in the magnitude of the laser spot, by threshold control, respectively, decrease or increase signals And _∑ thermal traces at the wavelength of laser exposure to the material. The problem is also solved by the fact that in the device for diagnosing and controlling the quality of laser welding, containing an infrared converter for visualizing the thermal input of the thermal trace of the impact of the welding tool on the materials to be welded, the control unit and the operating unit connected to the recorder with an output, it is equipped with a laser unit with a laser beam intensity sensor, a laser pump current sensor located in the power supply unit, and an electronic matching unit, when this operating unit is electrically connected to the input and output to the infrared converter through the electronic matching unit, which is connected to the input and output of the control unit, the laser pump current sensor and the laser beam intensity sensor, and the infrared converter is made with the possibility of orientation along the viewing areas of the neighborhoods of surfaces located along the relative motion of the laser beam along the joint, in front and on the sides of the joint trajectory, or relative to the axis of the beam for monitoring I approaches to tack weld the end of a continuous closed seam metal end edge and a seam edge of the open end, near the surface of the heat trace formed by the weld pool, near the surface of the laser spot focusing neighborhood traces controlled thermal surfaces laser unit for diagnosing their deviant regimes and deviation. An infrared converter for visualizing the thermal trace of the impact of the welding tool on the materials being welded, the control unit and the operation unit connected to the recorder by the optical input, according to the invention it is equipped with an electronic matching unit, and a laser is used as a welding tool, the electronic matching unit being connected to the operating unit , infrared converter and control unit.

Кроме того, устройство диагностики и управления качеством лазерной сварки, согласно изобретению снабжено:In addition, the device for diagnosis and quality control of laser welding, according to the invention is equipped with:

- датчиком тока накачки, расположенным в блоке источника питания и соединенным с блоком электронного согласования;- a pump current sensor located in the power supply unit and connected to the electronic matching unit;

- датчиком температуры охлаждающей среды, расположенным в блоке охлаждения и соединенным с блоком электронного согласования;- a temperature sensor for the cooling medium located in the cooling unit and connected to the electronic matching unit;

- датчиком интенсивности лазерного луча, расположенным в лазерном блоке и соединенным с блоком электронного согласования; - датчиками обдува и вытяжки, расположенными в блоке газовой защиты и соединенными с блоком электронного согласования.- a laser beam intensity sensor located in the laser unit and connected to the electronic matching unit; - blowing and exhaust sensors located in the gas protection unit and connected to the electronic matching unit.

3.1. Краткое описание фигур чертежей.3.1. A brief description of the figures of the drawings.

Изобретение поясняется чертежом. На фиг.l представлена блок-схема устройства, реализующего способ диагностики и управления качеством лазерной сварки, при диагностировании ненормативных технологических состояний и обнаружении их причин в контуре проведения различных процессов лазерной сварки.The invention is illustrated in the drawing. Figure l presents a block diagram of a device that implements a method for diagnosing and controlling the quality of laser welding, when diagnosing abnormal technological conditions and detecting their causes in the circuit of various laser welding processes.

В контуре на фиг.l контролируемый устройством 17 диагностики и управления качеством лазерной сварки технологический процесс определяется лазерным воздействием установки 1.In the circuit of FIG. 1, the technological process controlled by the device for diagnosing and controlling the quality of laser welding 17 is determined by the laser action of the installation 1.

В систему лазерной сварочной установки 1, входят блоки 2- 12 и лазерный луч 13.The laser welding system 1 system includes blocks 2-12 and a laser beam 13.

Установка 1 содержит блок источника питания 2 с расположенным в нем датчиком тока накачки лазера 3, блок охлаждения 4 с расположенным в нем датчиком температуры охлаждающей среды 5, лазерный блок 6 с расположенным в нем датчиком интенсивности лазерного луча 7, блок газовой защиты зоны сварки 8 с расположенными в нем датчиками обдува 9 и вытяжки 10, привод 11 перемещения свариваемых деталей 14 относительно лазерного луча 13, и блок управления 12. На фиг.l позиции объекта контроля представлены соответственно: 14 - свариваемые детали; 15 - зона фокусировки лазерного луча 13 на поверхности свариваемых деталей 14, 16 - зона визирования ИКИ тепловых следов тепловых образов процессов функционирования оборудования и формообразования лазерного проплавления.The apparatus 1 comprises a power supply unit 2 with a laser pump current sensor 3 located therein, a cooling unit 4 with a coolant temperature sensor located therein, a laser unit 6 with a laser beam intensity sensor 7 located therein, a gas protection unit for the welding zone 8 s located therein sensors blowing 9 and exhaust 10, the actuator 11 move the welded parts 14 relative to the laser beam 13, and the control unit 12. In Fig. L, the positions of the control object are presented, respectively: 14 - welded parts; 15 - zone of focusing of the laser beam 13 on the surface of the welded parts 14, 16 - zone of sight of the IRI of thermal traces of thermal images of the processes of functioning of the equipment and shaping of laser penetration.

Устройство диагностики и управления качеством лазерной сварки 17 содержит инфракрасный преобразователь 18 визируемых тепловых следов контролируемых объектов, а также операционный блок 20, электрически подключенный входом и выходом к преобразователю 18 через блок электронного согласования 19 и выходами - к входу и выходу блока 12 и к входу регистратора 21. Кроме того, к блоку 20 через блок 19 могут быть подключены выходы датчиков тока накачки лазера 3, температуры охлаждающей среды 5, интенсивности лазерного луча 7, обдува 9 и вытяжки 10.The laser welding diagnostic and quality control device 17 contains an infrared converter 18 of the visible thermal traces of the objects being monitored, as well as an operation unit 20 electrically connected to the converter 18 by an input and output through an electronic matching unit 19 and outputs to the input and output of block 12 and to the input of the recorder 21. In addition, the outputs of the sensors of the pump current of the laser 3, the temperature of the cooling medium 5, the intensity of the laser beam 7, blowing 9 and exhaust hood 10 can be connected to block 20 through block 19.

В устройстве 17 может быть предусмотрена дистанционная передача ИКИ посредством рефракторных, рефлекторных элементов и световодов. А также для надежной защиты от искр, выплесков могут быть поставлены пропускающие ИКИ, например, сеточные экраны из высокотеплопроводного металла. Но это для упрощения на фиг.l не показано.The device 17 may be provided for remote transmission of IKI through refractory, reflex elements and optical fibers. And also for reliable protection against sparks, splashes, transmitting IRs can be supplied, for example, mesh screens made of highly heat-conducting metal. But this is not shown in FIG. 1 for simplicity.

Назначение отдельных элементов устройства 17 следующее.The purpose of the individual elements of the device 17 is as follows.

Датчик 3 тока накачки лазера в составе блока источника питания 2 определяет токовые изменения, непосредственно характеризующие причины ненормативных диагностируемых состояний непровара, перегрева, выбросов и прожогов.The sensor 3 of the laser pump current in the power supply unit 2 determines the current changes that directly characterize the causes of abnormal diagnosed states of lack of penetration, overheating, emissions and burns.

Датчик 5 температуры охлаждающей среды в составе блока охлаждения 4 определяет изменения температуры, характеризующие ненормативные форсированные режимы и неполадки при формировании требуемого лазерного воздействия. Датчик 7 интенсивности лазерного луча в составе лазерного блока 6 определяет на длине волны лазерного излучения изменения мощности луча лазера, характеризующие причины ненормативных диагностируемых состояний.The temperature sensor 5 of the cooling medium as part of the cooling unit 4 determines the temperature changes characterizing abnormal forced modes and malfunctions in the formation of the required laser exposure. The sensor 7 of the intensity of the laser beam in the laser unit 6 determines the wavelength of the laser radiation changes in the power of the laser beam, characterizing the causes of abnormal diagnosed conditions.

Датчики обдува 9 и вытяжки 10, в составе блока газовой защиты 8, определяют ненормативные изменения режимов, неполадки подачи защитного газа и отсоса вредных продуктов лазерного воздействия. Эти изменения характеризуют причины ненормативных диагностируемых состояний появления дефектов несплошности, снижения ресурса узлов лазерного оборудования. Инфракрасный преобразователь 18 входом и выходом подключён к входу и выходу блока электронного согласования 19. Он предназначен в основном для визирования оптическим входом зоны 16 тепловых следов лазерного воздействия 15 на свариваемые материалы 14 и формирования исходных сигналов, путём пространственно- временного преобразования в электрические сигналы ИКИ визируемых тепловых следов. В зависимости от конкретных задач сварки и исполнения оптикоэлектронных каналов преобразователь 18 может быть выполнен следующим образом.Sensors blowing 9 and hood 10, as part of the gas protection unit 8, determine abnormal changes in modes, problems in the supply of protective gas and the suction of harmful laser products. These changes characterize the causes of abnormal diagnosable states of the appearance of discontinuity defects, a decrease in the resource of laser equipment units. An infrared converter 18 is connected to the input and output of the electronic matching unit 19 by an input and an output 19. It is intended mainly for visualizing by the optical input of a zone 16 thermal traces of laser radiation 15 on the materials to be welded 14 and generating the initial signals by spatiotemporal conversion into electrical signals thermal traces. Depending on the specific tasks of welding and the execution of the optoelectronic channels, the transducer 18 can be performed as follows.

В виде отдельных тепловых приемников, в том числе пироэлектрических, обычных или позиционно-чувствительных модулей, пироэлектрических линеек чувствительных элементов ИКИ.In the form of individual heat receivers, including pyroelectric, conventional or position-sensitive modules, pyroelectric lines of sensitive elements of IKI.

В виде термочувствительных многоэлементных полупроводниковых структур обнаружения и распознавания объектов ИКИ с электронным сканированием от блока 20 через блок 19 тепловыми приёмниками перечисленных областей и зон визирования.In the form of thermosensitive multi-element semiconductor structures for detecting and recognizing IKI objects with electronic scanning from block 20 through block 19 by heat receivers of the indicated regions and sighting zones.

В виде комбинация позиционно-чувствительных модулей обнаружения и многоэлементных структур контроля и распознавания объектов ИКИ.In the form of a combination of position-sensitive detection modules and multi-element structures for monitoring and recognizing IKI objects.

Блок 18 ориентируют по следующим областям визирования.Block 18 is oriented in the following areas of sight.

- Окрестности поверхностей, расположенных по ходу относительного движения лазерного луча по стыку, преимущественно впереди, по боковым сторонам траектории стыка или относительно оси луча. В том числе, для контроля подходов: к прихватке шва; к окончанию шва сплошного металла закрытого края; к окончанию шва кpoмки(oк) открытого края.- Surroundings of surfaces located along the relative motion of the laser beam along the joint, mainly in front, on the sides of the joint path or relative to the axis of the beam. Including, for control of approaches: to a seam tack; to the end of the seam of the solid metal of the closed edge; to the end of the seam of the edge (s) of the open edge.

- Окрестности поверхности теплового следа формируемой сварной ванны.- Surroundings of the surface of the thermal trace of the formed weld pool.

- Окрестности поверхности фокусировки лазерного пятна для тепловых приёмников лазерного воздействия на материал. - Окрестности тепловых следов контролируемых поверхностей лазерного оборудования в блоках 2, 4, 6, 8, 11, 12 для диагностирования их ненормативных режимов и отклонений. Соответствующие связи преобразователя 18 с этими блоками определяются заданной технологией лазерной сварки и на фиг.l для упрощения не показаны. Выбор оптимальных условий визирования преобразователя 18 может осуществляться на стадии настройки, отработки по технологическим пробам. При этом на образцах в различных ракурсах могут использоваться различные зоны визирования и тепловые приёмники преобразователя 18. С учетом конкретной технологии, динамики движения и временного режима сварки площадь визируемой области, расстояние до нее и угол визирования выбираются из условий достаточной чувствительности и помехозащищенности. В первую очередь от перегрева, брызг расплавленного металла и других, вредных для оптоэлектроники термохимических воздействий.- Neighborhoods of the focusing surface of the laser spot for thermal receivers of laser exposure to the material. - Neighborhoods of thermal traces of controlled surfaces of laser equipment in blocks 2, 4, 6, 8, 11, 12 to diagnose their abnormal conditions and deviations. The corresponding connections of the transducer 18 with these blocks are determined by the specified laser welding technology and are not shown in FIG. 1 for simplicity. The selection of optimal conditions for the sighting of the transducer 18 can be carried out at the stage of tuning, testing of technological samples. Moreover, on the samples in different angles, different zones of sight and thermal receivers of the transducer 18 can be used. Taking into account the specific technology, driving dynamics, and the temporary welding mode, the area of the region to be seen, the distance to it, and the angle of sight are selected from conditions of sufficient sensitivity and noise immunity. First of all, from overheating, spray of molten metal and other thermochemical influences harmful to optoelectronics.

В устройстве 17 блок электронного согласования 19, как показано на фиг.l, электрически соединяет инфракрасный преобразователь 18, вспомогательные датчики 3,In the device 17, the electronic matching unit 19, as shown in FIG. 1, electrically connects the infrared converter 18, auxiliary sensors 3,

5, 7, 9, 10 и блок управления 12 с операционным блоком 20, выполняя интерфейсные функции. Он предназначен для оптимального сопряжения электрических сигналов этих блоков.5, 7, 9, 10 and the control unit 12 with the operation unit 20, performing interface functions. It is designed to optimally interface the electrical signals of these units.

В устройстве 17 операционный блок 20 электрически подключен входами и выходами к блоку 19, а также выходом к входу регистратора 21. Блок 20 представляет собой компьютер или в ряде специализированных применений микропроцессорную реализацию. Функции блока 20 обеспечиваются связями с преобразователем 18 через блок 19, с блоками 3, 5, 7, 9, 10, 12, и непосредственно с блоком 21. Они состоят в следующих преобразованиях: исходной настройки с учетом визирования и фокусировки на информативные области и зоны, а так же ввода порогов и технологических параметров лазерной сварки; амплитудного порогового слежения и алгоритмической обработки сигналов, представления диагностической информации и сигналов ненормативных состояний для адаптивного управления процессом лазерной сварки.In the device 17, the operation unit 20 is electrically connected by inputs and outputs to the unit 19, as well as by the output to the input of the recorder 21. Unit 20 is a computer or, in a number of specialized applications, a microprocessor implementation. The functions of block 20 are provided by communication with the converter 18 through block 19, with blocks 3, 5, 7, 9, 10, 12, and directly with block 21. They consist of the following transformations: initial settings taking into account sighting and focusing on informative areas and zones , as well as entering thresholds and technological parameters of laser welding; amplitude threshold tracking and algorithmic signal processing, presentation of diagnostic information and abnormal state signals for adaptive control of the laser welding process.

Регистратор 21 электрически подключен к выходу операционного блока 20. Он может быть автономным или входить в состав средств компьютерной реализации блока 12. Регистратор 21 призван обеспечить настройку, регулировку, наглядность при ручной настройке и документировании результатов выполняемых устройством 17 функций.The registrar 21 is electrically connected to the output of the operation unit 20. It can be autonomous or be a part of the means of computer implementation of the unit 12. The registrar 21 is designed to provide tuning, adjustment, visibility when manually setting up and documenting the results of the functions performed by the device 17.

4. Осуществление изобретения.4. The implementation of the invention.

Далее рассмотрение существа изобретения на конкретных, сугубо иллюстративных примерах его использования для различных процессов лазерной сварки не означает, что такие решения единственно возможны и исчерпываю весь объем притязаний технического решения.Further consideration of the essence of the invention on specific, purely illustrative examples of its use for various laser welding processes does not mean that such solutions are the only ones possible and I exhaust the entire scope of the technical solution.

Способ диагностики и управления качеством лазерной сварки в процессе работы устройства 17 согласно с фиг. 1 осуществляется следующим образом. После включения устройства 17 в блоке 20 в режиме настройки соответственно заданной технологии сварки производится ввод пороговых уровней П.A method for diagnosing and controlling the quality of laser welding during operation of the device 17 according to FIG. 1 is carried out as follows. After turning on the device 17 in the block 20 in the setting mode according to the specified welding technology, threshold levels of P are entered.

В частности для градиентно-экстремальных сигналов Игэс и вспомогательных диагностических сигналов это пороги: пяти основных диагностируемых состояний (Пl- ПЗ, Пв, П6), трёх навигационных характеристик управления движением (П4, П5,, По), трёх причин ненормативных состояний проплавления преимущественно от асимметрии геометрии стыка (П7, П8, П9), двух причин ненормативных состояний от нарушений газовой защиты (соответственно П10.1, П10.2), двух причин ненормативных состояний проплавления от параметров энергетики лазера (соответственно ПИЛ, П11.2), трёх причин ненормативных состояний проплавления от временных параметров проплавления (соответственно П12.1, П12.2 и П13.1, П13.2 от блока 3; П14.1, П14.2 от преобразователя 18), признака ненормативных состояний энергетики лазера от перегрева охлаждающей среды (П15).In particular, for IgES gradient-extreme signals and auxiliary diagnostic signals, these are thresholds: five main diagnosed states (Пl-ПЗ, Пв, П6), three navigation characteristics of motion control (П4, П5 ,, По), three reasons for abnormal penetration conditions mainly from asymmetries in the geometry of the joint (P7, P8, P9), two causes of abnormal states from gas protection violations (respectively P10.1, P10.2), two reasons for abnormal penetration states from laser energy parameters (respectively PIL, P11.2), three causes of abnormal penetration conditions from temporary penetration parameters (P12.1, P12.2 and P13.1, P13.2 from block 3, respectively; P14.1, P14.2 from transducer 18), a sign of abnormal states of laser energy from overheating of the cooling medium (A15).

Это пороги: наименьший первый для наличия процесса сварки - Пl; второй для непровара - П2; третий для перегрева - ПЗ; для выбросов расплавленного материала - Пв; четвёртый для прихватки шва - П4; пятый для закрытого края шва - П5; нулевой для открытого края - ПО; шестой для нарушений газовой защиты - П6 (возможное состояние появления дефектов несплошности, причин снижения ресурса узлов лазерного оборудования); при асимметрии сигналов от геометрии стыка, седьмой для превышения кромок - П7, и восьмые для отклонений от стыка - П8 и/или от угла между деталями и лазерным лучом - П8.1; девятый для превышений уровня зазора стыка - П9; десятые для причин ненормативных состояний от нарушений газовой защиты - П10.1, П10.2 (соответственно сигналов датчиков 9, 10); одиннадцатые для причин ненормативных состояний проплавления от снижения или превышения уровня интенсивности лазерного излучения лазера - ПИЛ, П11.2 (соответственно по сигналам датчика 7); двенадцатые, тринадцатые и четырнадцатые для причин ненормативных состояний проплавления от временных параметров проплавления - П12Л, П12.2 и П13Л, П13.2 (соответственно для длительности накачки и для частоты накачки по сигналам блока 3), а так же - П14Л, П14.2 (для скорости относительного движения лазерного луча 13 и свариваемых деталей 14 по сигналам преобразователя 18); пятнадцатые для контроля причин снижения или превышений уровня интенсивности лазерного излучения от изменений амплитуды тока накачки - П15Л, П15.2 (соответственно по сигналам датчика 3); шестнадцатый для контроля ресурса лазерного блока от ненормативных изменений температуры охлаждающей среды - П16 (соответственно по сигналам датчика 5).These are the thresholds: the smallest first for the presence of the welding process - Pl; the second for lack of penetration - P2; the third for overheating - PZ; for emissions of molten material - Pv; the fourth for the tack weld - P4; fifth for the closed edge of the seam - P5; zero for open edge - software; the sixth one for violations of gas protection - P6 (a possible state of occurrence of discontinuity defects, reasons for reducing the resource of laser equipment nodes); with asymmetry of signals from the geometry of the joint, the seventh for exceeding the edges is P7, and the eighth for deviations from the joint is P8 and / or from the angle between the parts and the laser beam - P8.1; the ninth for exceeding the level of the joint gap - P9; tenths for the causes of abnormal conditions from violations of gas protection - P10.1, P10.2 (respectively, signals of sensors 9, 10); eleventh for the causes of abnormal conditions of penetration from a decrease or exceeding the level of laser laser radiation intensity - PIL, P11.2 (respectively, according to the signals of sensor 7); twelfth, thirteenth and fourteenth for reasons of abnormal penetration conditions from temporary penetration parameters - П12Л, П12.2 and П13Л, П13.2 (respectively for pump duration and pump frequency according to signals of block 3), as well as П14Л, П14.2 (for the speed of the relative motion of the laser beam 13 and welded parts 14 according to the signals of the transducer 18); fifteenths to control the reasons for the decrease or excess of the level of laser radiation intensity from changes in the amplitude of the pump current - P15L, P15.2 (respectively, according to the signals of sensor 3); sixteenth for monitoring the life of the laser unit from abnormal changes in the temperature of the cooling medium - P16 (respectively, according to the signals of the sensor 5).

Пороги П2 и ПЗ соответствуют с учетом допусков выходам за пределы границ нормы в сторону непровара и перегрева. Для П2 и ПЗ при сравнении с исходными сигналами назначают пороги контроля Пк. А пороги прогноза Ппр для них соответствуют сравнению с дополнительно продифференцированными в блоке 20 значениями Игэс. Пороги контроля Пк выбросов Пв также соответствуют сравнению с дополнительно продифференцированными в блоке 20 значениями Игэс.Thresholds P2 and PZ correspond, taking into account tolerances, to going beyond the limits of the norm to the side of lack of penetration and overheating. For P2 and PZ, when compared with the initial signals, PC monitoring thresholds are assigned. And the prediction thresholds for them correspond to the comparison with the IgES values additionally differentiated in block 20. Thresholds for monitoring Pc of emissions of Pv also correspond to the IES values additionally differentiated in block 20.

В работе исходные сигналы ИКИ тепловых следов диагностируемых объектов из соответствующих зон визируются оптическим входом преобразователя 18. При этом измеряют пространственно-временные сигналы инфракрасного излучения тепловых следов на поверхности свариваемых деталей 14 в визируемой области воздействия лазерного излучения 13, в зонах фокусировки лазерного луча 15 и его тепловых волн 16.In the work, the initial signals of the IRI of the thermal traces of the diagnosed objects from the corresponding zones are visualized by the optical input of the transducer 18. In this case, the spatio-temporal signals of infrared radiation of the thermal traces on the surface of the parts being welded 14 are measured in the visible area of the laser radiation 13, in the focus areas of the laser beam 15 and its heat waves 16.

Здесь же визируемые сигналы ИКИ преобразуют в электрические преобразователем с точечными поверхностными термочувствительными элементами с получением с каждого из них электрического сигнала Иi, где i - номер элемента.Here, the sighted signals of the IKI are converted into an electric converter with point surface thermosensitive elements to obtain an electric signal Ii from each of them, where i is the number of the element.

Преобразование временных, пространственных изменений амплитуд исходных сигналов в градиентно-экстремальные сигналы Игэс, осуществляется путем накопления и размытия, моделируемого дифференциальным уравнением теплопроводности на различных стадиях работы в зависимости от исполнения преобразователя 18 и блоков 19The conversion of temporal, spatial changes in the amplitudes of the source signals to the gradient-extreme IgES signals is carried out by accumulation and blur, modeled by the differential heat equation at various stages of operation, depending on the design of the converter 18 and blocks 19

- 20 следующим образом.- 20 as follows.

Исходные тепловые следы диагностируемых объектов для преобразователя 18 могут быть представлены как: точечные, одно-, двух- и трехмерные, сводящиеся к двухмерным сечениям; различных характеристик площади и геометрии; преимущественно инвариантные к масштабу и положению в поле изображения.The initial thermal traces of the diagnosed objects for the transducer 18 can be represented as: point, one-, two- and three-dimensional, reduced to two-dimensional sections; various characteristics of area and geometry; predominantly invariant to scale and position in the image field.

Для них модель базовых преобразований имеет вид:For them, the model of basic transformations has the form:

Ъ² \ — + — \ + kE - И = a (1)B ² \ - + - \ + kE - U = a (1)

^ дх² ду² ) дt ^w при условно статической на время быстродействующей реализации (1) области задания с коэффициентом преобразования k сигналов исходного изображения E (х, у) в сигналы преобразованного изображения И (х, у) с координатами х, у.^ dx ² du ² ) dt ^w with a conditionally static for a while fast implementation (1) of the task domain with the conversion coefficient k of the signals of the original image E (x, y) into the signals of the converted image And (x, y) with coordinates x, y.

Однозначность базовой модели (1) определяется начальными условиями Ио = E (х, у) и в границах Xo-Xr, Yo-Yr граничными условиями Иr/n = О Коэффициентами а, b со стоящими при них производными соответственно моделируют накопление, размытие сигналов. Таким образом с учетом коэффициентов а, b, k можно отстраиваться от малоразмерных, импульсных помех на исходном E (x,y) во времени t. Рассмотренное фильтрующее преобразование (1) позволяет существенно отстроиться от изменений излучающей способности ИКИ, от неинформативных изменений теплоотдачи и от неинформативных изменений тепло физических характеристик материалов, а также от малоразмерных кратковременных помех. Эти изменения не будь преобразования (1) в совокупности и каждое в отдельности могли бы значительно искажать результаты термоконтроля ИКИ.The uniqueness of the basic model (1) is determined by the initial conditions Io = E (x, y) and, within the boundaries Xo-Xr, Yo-Yr, by the boundary conditions Ir / n = O Coefficients a, b with their derivatives, respectively, simulate the accumulation, blurring of signals. Thus, taking into account the coefficients a, b, k, one can tune out from small-sized, pulsed noise at the initial E (x, y) in time t. The considered filtering transformation (1) allows one to significantly detune from changes in the emissivity of the IRI, from uninformative changes in heat transfer and from uninformative changes in the thermophysical characteristics of materials, as well as from small-sized short-term disturbances. These changes were not conversion (1) in the aggregate and each separately could significantly distort the results of thermal monitoring of the IKI.

Реализация преобразования (1) различными способами увеличивает гибкость обеспечения универсальных возможностей устройства 17. Так, преобразование (1) с высоким быстродействием и несложной программно-технической реализацией может быть получено в преобразователе 18 и блоке 19 с помощью интеграла свертки. Т.е. с использованием известных методов и аппаратных средств оптической и электронной расфокусировки. При этом оптическая расфокусировка может реализоваться входными оптическими узлами в преобразователе 18. Однако она связана с введением только Гауссова расфокусирующего преобразования. Эквивалентная расфокусировке оптическая корреляция, использующая расфокусирующие маски, может быть более универсальной и быстродействующей, но связана с относительной сложностью фильтров.Implementation of the transformation (1) in various ways increases the flexibility of providing universal capabilities of the device 17. Thus, the transformation (1) with high speed and simple software and technical implementation can be obtained in the converter 18 and block 19 using the convolution integral. Those. using well-known methods and hardware for optical and electronic defocusing. In this case, optical defocusing can be realized by the input optical nodes in the transducer 18. However, it is associated with the introduction of only a Gaussian defocusing transform. Equivalent to defocusing, optical correlation using defocusing masks can be more versatile and faster, but related to the relative complexity of the filters.

Возможна также реализация методами цифрового, аналогового, квазианалогового (эквивалентного по результатам) моделирования с помощью конечно-разностной аппроксимации, с использованием фундаментального решения Кельвина и др. Для сложных зашумленных информационных массивов универсальная программная компьютерная или специализированная программная микропроцессорная реализация в блоке 20 базовой модели (1) позволяет с повышенной точностью и эффективностью осуществлять градиентно-экстремальные преобразования, используя закономерности накопления и размытия накопленных сигналов. Исходные E(x, у), представляющие обычно сигналы тепловых изменений областиIt is also possible to implement methods of digital, analog, quasi-analog (equivalent by results) modeling using finite-difference approximation, using the fundamental solution of Kelvin and others. For complex noisy information arrays, a universal software computer or specialized software microprocessor implementation in block 20 of the base model (1 ) allows with increased accuracy and efficiency to carry out gradient-extreme transformations using regularities accumulation and blurring of accumulated signals. The initial E (x, y), usually representing signals of thermal changes in the region

16, в блоках 18 - 20 преобразуются посредством (1) в градиентно-экстремальные Игэс (х, у) с информативным представлением амплитуды и площади исходного воздействия.16, in blocks 18 - 20 are transformed by means of (1) into gradient-extreme IgES (x, y) with an informative representation of the amplitude and area of the initial effect.

В блоке 20 проводят пороговые сравнения сигналов Игэс от преобразователя 18 и сигналов от датчиков 3, 5, 7, 9, 10 с порогами Пl - П18. При этом обеспечивается слежение за пороговым рассогласованием, диагностируют состояния сварного соединения деталей 14 и возможное снижение ресурсных характеристик блоков лазерной сварочной установки. В блоке 20 сигналы Игэс от зон 15, 16 свариваемых деталей 14, пройдя преобразователь 18 и блок 19, вначале сравниваются с порогом Пl.In block 20, threshold comparisons of IgES signals from transducer 18 and signals from sensors 3, 5, 7, 9, 10 with thresholds Пl - П18. This ensures tracking of the threshold mismatch, diagnose the condition of the welded joint parts 14 and a possible decrease in the resource characteristics of the blocks of the laser welding installation. In block 20, the IgES signals from zones 15, 16 of the welded parts 14, having passed the transducer 18 and block 19, are first compared with the threshold Пl.

Определяют сигнал наличия процесса сварки по равенству или превышению суммарным сигналом И_∑(Иrэc), со всех термочувствительных элементов термодатчика в преобразователе 18, первого порогового значения Пl. Посредством счёта сигналов наличия процесса сварки и сопоставления их с реперными отсчётами времени идентифицируют номер сварочной точки, текущее положение, длину шва или пропуск проплавления.The signal of the presence of the welding process is determined by equality or excess by the total signal And _∑ (Ires), from all the thermosensitive elements of the temperature sensor in the converter 18, of the first threshold value Pl. By counting the signals of the presence of the welding process and comparing them with the reference time readings, the number of the welding point, the current position, the length of the seam or the passage of penetration are identified.

Подобным образом в блоке 20 путём сравнения И_∑ с порогами П2, ПЗ определяют соответственно заданной технологии сварки ненормативные состояния сварочного процесса. В том числе, для непровара по равенству или снижению относительно второго порогового значения П2, а для перегрева по равенству или превышению третьего порогового значения ПЗ суммарными сигналами И_∑. Так проводят анализ амплитуд И_∑ градиентно-экстремальных сигналов ненормативных размеров сварочной ванны путём порогового слежения по Пк для контроля наступления диагностируемых состояний и по Ппр для контроля временных производных И_∑/t возможности (прогноза) их наступления. Причем при сравнении с Ппр сигнал прогноза позволяет по сигналу цепи блоков 20, 19, 12 вовремя регулировать, например, подачу тока накачки в блоке 2, не допуская во многих случаях непровар, а с другой стороны не допуская перегрев. Исключая перегрев в ряде случаев устраняют такие его следствия, как ненормативное увеличение проплавления, дефекты несплошности, концентрации остаточных напряжений, термические деформации сварной конструкции, выбросы расплавленного материала.Similarly, in block 20, by comparing AND _∑ with thresholds P2, PZ, non-standard states of the welding process are determined according to a given welding technology. Including, for lack of penetration by equality or reduction relative to the second threshold value of P2, and for overheating by equality or exceeding the third threshold value of PP by the total signals And _∑ . This is an analysis of the amplitudes And _{∑ of the} gradient-extreme signals of non-standard sizes of the weld pool by threshold monitoring according to PC for monitoring the onset of diagnosed conditions and according to PPR for monitoring temporary derivatives And _∑ / t of the possibility (forecast) of their occurrence. Moreover, when comparing with PPR, the forecast signal allows you to adjust in time, for example, the supply of the pump current in block 2 by the signal of the circuit of blocks 20, 19, 12, in many cases not allowing lack of fusion, and on the other hand preventing overheating. Excluding overheating, in some cases its consequences are eliminated, such as an abnormal increase in penetration, discontinuity defects, concentration of residual stresses, thermal deformations of the welded structure, and emissions of molten material.

Продифференцированные сигналы Игэс прошедшие преобразователь 18, блок 19 в блоке 20 помогают контролировать существенно меньшие по длительности, чем время тока сварки сигналы выбросов расплавленного материала. Обнаруживают выбросы селекцией немонотонных максимумов их вершин. Таким образом в блоке 20 путём сравнения временной производной суммарного сигнала И_∑/t с порогом выброса Пв определяют соответственно заданной технологии сварки ненормативные состояния выброса расплавленного материала и его разновидности, прожога. Это осуществляют по равенству или превышению И∑/t пороговых значений выбросов Пв.The differentiated IES signals passing the transducer 18, block 19 in block 20 help to control significantly shorter durations of the welding current than the emission signals of molten material. Outliers are detected by selection of nonmonotonic maxima of their peaks. Thus, in block 20, by comparing the time derivative of the total signal And _∑ / t with the emission threshold Pv, non-standard states are determined according to the given welding technology ejection of molten material and its variety, burn through. This is done by equality or exceeding And / t threshold values of emissions of PV.

Подобно тому, как нормирующий контроль и обеспечение адаптивного управления номинальным проплавлением осуществляют по сигналам цепи блоков 14, 18 - 20, 12 для заданной технологии визирования и обработки сигналов определяют нарушения геометрии шва по неравномерной ширине, усилению по длине, а также по провисанию корня шва.Just as normalizing control and ensuring adaptive control of nominal penetration is carried out according to the signals of the chain of blocks 14, 18 - 20, 12, for a given technology of sighting and signal processing, violations of the weld geometry along uneven widths, amplification along the length, and also sagging of the root of the weld are determined.

В блоке 20 сигналами цепи блоков 14, 18 - 20 соответственно заданной технологии сварки определяют возможность появления дефектов несплошности, причин снижения ресурса узлов лазерного оборудования (по равенству или превышению суммарным сигналом И_∑ из блока 18, шестого порогового значения П6).In block 20 signals circuit blocks 14, 18 - 20 respectively predetermined welding technologies determine the possibility of discontinuity defects, the causes of reduction of laser equipment resource nodes (for equality or exceeding the sum signal _Σ and the block 18, the sixth threshold value P6).

Таким образом, в блоках 18, 19, 20 реализуют диагностирование градиентно- экстремальных сигналов Игэс основных ненормативных состояний качества процесса лазерной сварки. В блоке 20 по сигналам цепи блоков 14, 18 - 20 определяют соответственно заданной технологии сварки навигационные характеристики управления движением путём сравнения Иi соответствующих областей визирования стыка для прихватки с четвёртым П4 для закрытого края шва с пятым П5, для открытого края с нулевым По соответствующими пороговыми значениями. Подобным образом, но с учётом сигналов от асимметрии геометрии стыка в блокеThus, in blocks 18, 19, 20, diagnostics of gradient-extreme IgES signals of the main non-standard states of quality of the laser welding process is implemented. In block 20, according to the signals of the block chain 14, 18 - 20, the navigation characteristics of the motion control are determined according to the specified welding technology by comparing Andi the corresponding areas of the joint sight for the tack with the fourth P4 for the closed edge of the seam with the fifth P5, for the open edge with zero According to the corresponding threshold values . Similarly, but taking into account signals from the asymmetry of the geometry of the joint in the block

20 по сигналам цепи блоков 14, 18 - 20 определяют превышения кромок (по превышению порога П7), отклонения лазерного луча от стыка между свариваемыми деталями (по превышению порога П8) и/или от угла между деталями и лазерным лучом (по превышению порога П8.1), превышения уровня зазора стыка (по превышению порога П9). Это осуществляют путем амплитудной селекции сигналов свариваемых деталей, визируемых соответственно заданной технологии сварки преимущественно впереди, по боковым сторонам траектории стыка или относительно оси лазерного луча. Причём для сопоставимых сварочных технологий пороговые отличия сигналов Иi отклонений при превышении кромок (по превышению порога П7) меньше чем пороговые отличия сигналов Иi отклонений от стыка (по превышению порога П8), а также обычно и от угла между деталями и лазерным лучом (по превышению порога П8.1).20, the signals of the blocks 14, 18 - 20 determine the excess of the edges (by exceeding the threshold P7), the deviation of the laser beam from the joint between the parts to be welded (by exceeding the threshold P8) and / or the angle between the parts and the laser beam (by exceeding the threshold P8. 1), exceeding the level of the joint gap (by exceeding the threshold P9). This is carried out by amplitude selection of the signals of the parts to be welded, which are sighted according to a given welding technology mainly in front, on the sides of the joint path or relative to the axis of the laser beam. Moreover, for comparable welding technologies, the threshold differences of the signals And deviations when the edges are exceeded (by exceeding the threshold P7) are less than the threshold differences of the signals And i deviations from the butt (by exceeding the threshold P8), and also usually from the angle between the parts and the laser beam (when the threshold is exceeded) A8.1).

При этом, если лазерный луч 13 отклоняется от стыка, то впереди и по боковым сторонам по ходу движения нарушается тепловая симметрия сигналов Иi относительно теплоразделяющего стыка. Оптикоэлектронный канал нагрева, визируемый преобразователем 18, воспринимает тепловой сигнал этой асимметрии. В блоке 20 формируется сигнал превышения порога П8, соответствующий величине и направлению отклонения. Он передается в блок 12, замыкая обратную связь адаптивного управления, и исключая посредством блока 11 (отрабатывающего сигнал обратной связи) тепловое рассогласование и возвращая лазерный луч 13 на стык.In this case, if the laser beam 13 deviates from the joint, then the thermal symmetry of the signals And relative to the front and on the sides in the direction of travel is violated heat-separating joint. The optoelectronic heating channel, sighted by the transducer 18, perceives a thermal signal of this asymmetry. In block 20, a signal is generated that exceeds threshold P8, which corresponds to the magnitude and direction of the deviation. It is transmitted to block 12, closing the feedback of the adaptive control, and eliminating thermal mismatch by block 11 (processing the feedback signal) and returning the laser beam 13 to the joint.

Превышение кромок также связано с нарушением тепловой симметрии сигналов Иi относительно теплоразделяющего стыка и определяется превышением порога IYI.The excess of the edges is also associated with the violation of the thermal symmetry of the signals And relative to the heat-separating joint and is determined by the excess of the threshold IYI.

Отклонение лазерного луча 13 от нормированных значений угла особенно при угловой сварке может привести к существенно большей, чем у отклонений от стыка тепловой асимметрии. Это отслеживается сравнением с порогом П8.1.The deviation of the laser beam 13 from the normalized values of the angle, especially during angular welding, can lead to significantly greater than deviations from the junction of thermal asymmetry. This is monitored by comparison with the threshold P8.1.

Существенно снижаются сигналы Игэс при увеличении зазора стыка, что определяет сравнение с порогом П9. При этом идентифицируют недопустимую величину зазора стыка свариваемых деталей путём порогового контроля уменьшения амплитуд сигналов Иi тепловых следов проплавления визируемого на стык термочувствительного элемента.Significantly reduced IgES signals with an increase in the joint gap, which determines a comparison with the threshold P9. In this case, an unacceptable joint gap of the parts to be welded is identified by threshold control of a decrease in the amplitudes of signals And thermal traces of penetration of the heat-sensitive element sighted at the joint.

Программно в блоке 20 идентифицируют недопустимую величину зазора стыка свариваемых деталей, как факт или возможную причину непровара и сопутствующих дефектов несплошности, при отсутствии других причин непровара. По сигналу окончания сварки из блока 12, сигналам открытого или закрытого края шва в блоке 20 идентифицируют номер свариваемого шва соответственно заданной технологии сварки. Затем в блоке 20 идентифицируют номер свариваемого изделия по количеству сваренных швов и/или длинам швов.In software, in block 20, an unacceptable joint gap of the parts to be welded is identified as a fact or a possible cause of lack of penetration and related defects of discontinuity, in the absence of other causes of lack of penetration. By the signal of the end of welding from block 12, the signals of the open or closed edge of the seam in block 20, the number of the welded seam is identified according to the specified welding technology. Then, in block 20, the number of the welded product is identified by the number of welded seams and / or seam lengths.

Идентифицируют причины фактических или возможных появлений дефектов несплошности и снижения ресурса узлов лазерного оборудования от нарушений подачи и отсоса защитной газовой смеси в зоне сварки по появлению электрических сигналов равенства или уменьшения относительно пороговых уровней П10.1, П10.2 в цепях блоков 20 - 19 - 9 и 20 - 19 - 10 для датчиков обдува 9 и/или вытяжки 10. При этом ещё одной причиной снижения ресурса лазерного оборудования является появление в цепи блоков 20 - 19 - 5 сигналов пороговых или предпороговых уровней недопустимых превышений температуры, характеризующих ненормативные форсированные режимы и неполадки в блоке 6 при формировании требуемого лазерного воздействия. Подобным образом посредством контроля тепловых аномалий обнаруживают неполадки в блоках 2,Identify the reasons for the actual or possible occurrence of discontinuity defects and a decrease in the resource of laser equipment units from violations of the supply and suction of the protective gas mixture in the welding zone by the appearance of electrical signals of equality or decrease relative to threshold levels P10.1, P10.2 in the circuits of blocks 20 - 19 - 9 and 20 - 19 - 10 for airflow sensors 9 and / or exhaust 10. In addition, another reason for reducing the life of laser equipment is the appearance of threshold or pre-threshold signals of unacceptable levels in the circuit of blocks 20 - 19 - 5 Nij temperature characterizing deviant forced modes and malfunctions in block 6 during the formation of the desired laser action. Like in the way through the control of thermal anomalies detect malfunctions in blocks 2,

8, 11, 12.8, 11, 12.

В блоке 20 идентифицируют фактические или по предпороговым сравнениям возможные причины непровара: по появлению в цепи блоков 18 - 20 сигналов пороговых или предпороговых уровней недопустимых превышений кромок (по превышению или равенству порогу П7), отклонений от стыка (по превышению или равенству порогу П8), от угла между деталями и лазерным лучом (по превышению или равенству порогу П8.1); по появлению в цепи блоков 7, 19, 20 сигналов снижения уровня интенсивности лазерного излучения (когда сигнал меньше или равен порогу Пl 1.1); по появлению сигналов цепи блоков 3, 19, 20 снижений амплитуды (когда сигнал меньше или равен порогу П15.1), длительности (когда сигнал меньше или равен порогу Ш2.1), частоты (когда сигнал меньше или равен порогу ШЗ.l) сигналов тока накачки лазера; по появлению в цепи блоков 18 - 20 сигналов увеличения скорости сварки (когда сигнал больше или равен порогу П14.1); по недопустимым изменениям величины лазерного пятна (сравнение, в зависимости от технологии сварки, с порогом П17) для сигналов в цепи блоков 18 - 20. При этом определяют изменения уровня лазерной энергии, мощности путём контроля в блоке 6 датчиком 7 интенсивности излучения лазера на длине волны лазерного воздействия на материал. Или путём контроля датчиком 3 тока накачки лазерного луча в блоке 2. В блоке 20 идентифицируют недопустимую величину зазора стыка свариваемых деталей, как факт или возможную причину непровара, сопутствующих дефектов несплошности, при отсутствии других причин непровара. Или путём порогового контроля в цепи блоков 18 - 20 уменьшения амплитуд сигналов Иi тепловых следов проплавления визируемого на стык термочувствительного элемента.In block 20, the actual causes, or pre-threshold comparisons, are identified for possible causes of lack of penetration: by the appearance in the circuit of blocks 18 to 20 of signals of threshold or pre-threshold levels of unacceptable edge excesses (by exceeding or equal to threshold P7), deviations from the joint (by exceeding or equal to threshold P8), from the angle between the parts and the laser beam (by exceeding or equal to the threshold P8.1); by the appearance in the circuit of blocks 7, 19, 20 of signals to reduce the level of laser radiation intensity (when the signal is less than or equal to the threshold of Pl 1.1); by the appearance of the signals of the chain of blocks 3, 19, 20 of decreasing amplitude (when the signal is less than or equal to the threshold П15.1), duration (when the signal is less than or equal to the threshold Ш2.1), frequency (when the signal is less than or equal to the threshold ШЗ.l) of signals laser pump current; by the appearance in the circuit of blocks 18 - 20 of signals for increasing the welding speed (when the signal is greater than or equal to the threshold P14.1); by unacceptable changes in the magnitude of the laser spot (comparison, depending on the welding technology, with a threshold of P17) for signals in the circuit of blocks 18 - 20. In this case, changes in the level of laser energy and power are determined by monitoring in block 6 with a sensor 7 the laser radiation intensity at a wavelength laser exposure to the material. Or, by monitoring the sensor 3 of the laser beam pump current in block 2. In block 20, an unacceptable joint gap of the welded parts is identified as a fact or a possible cause of lack of penetration, associated defects of discontinuity, in the absence of other causes of lack of penetration. Or by threshold control in the circuit of blocks 18 - 20 of reducing the amplitudes of the signals And thermal traces of penetration of the heat-sensitive element sighted at the joint.

Идентифицируют фактические или по предпороговым сравнениям возможные причины перегрева, выбросов по появлению пороговых или предпороговых уровней недопустимых превышений: в цепи блоков 20 - 19 - датчик 7 сигналов интенсивности лазерного излучения (Пl 1.2); в цепи блоков 20 - 19 - датчик 3 сигналов амплитуды (П15.2), длительности (П12.2), частоты (П13.2) тока накачки лазера; в цепи блоков 18 - 20 сигналов уменьшения скорости сварки (П14.2) и недопустимые изменения величины лазерного пятна (П17) для сигналов в цепи блоков 18 - 20. При этом идентифицируют недопустимые изменения величины лазерного пятна, как факт или возможную причину диагностируемых состояний непровара или перегрева, выброса, путём установления в блоке 20 отсутствия других причин этих диагностируемых состояний. В блоке 20 регистрируют соответственно заданной технологии сварки рассмотренные сигналы недопустимых состояний проплав ления, фактических или возможных их причин для корректировок сварочного процесса в реальном времени или исправления переплавлением дефектного участка или остановки процесса при длительном нарушении оптимального процесса сварки. Здесь же формируют сигналы автоматического управления процессом лазерной сварки путём адаптивного изменения амплитуды, длительности накачки лазера, скорости сварки, частоты импульсов, фокусировки лазерного излучения.Identify the actual or pre-threshold comparisons of possible causes of overheating, emissions by the appearance of threshold or pre-threshold levels of unacceptable excesses: in the circuit of blocks 20-19 - a sensor 7 of laser radiation intensity signals (Pl 1.2); in the circuit of blocks 20-19, there are a sensor 3 of signals of amplitude (A15.2), duration (A12.2), frequency (A13.2) of the laser pump current; in the chain of blocks 18 - 20 signals to reduce the welding speed (P14.2) and unacceptable changes in the value of the laser spot (P17) for signals in the circuit of blocks 18 - 20. In this case, unacceptable changes in the value of the laser spot are identified as a fact or a possible cause of the diagnosed conditions of lack of fusion or overheating, discharge, by establishing in block 20 the absence of other causes of these diagnosed conditions. In block 20, the considered signals of unacceptable fusion states, their actual or possible causes for real-time correction of the welding process or correction of the defective area by melting or stopping the process with a long violation of the optimal welding process are recorded according to a predetermined welding technology. Here, signals are generated for automatic control of the laser welding process by adaptively changing the amplitude, duration of the laser pump, welding speed, pulse frequency, and laser radiation focusing.

При этом для устранения технологических причин непроваров, перегревов, выбросов в простых вариантах отработанной технологии достаточно адаптивно управлять по цепи блоков 20 - 19 - 12 длительностью подачи тока накачки в блоке 2. Поскольку прохождение тока только с временной адаптацией для исключения непровара и перегрева не всегда приемлемо, то используются воздействия для устранения других рассмотренных технологических причин. Рассмотренные операции в устройстве 17 обеспечивают адаптивное управление по основной цепи сигналов, свариваемые детали 14 - блоки 18 - 20, 12. Учитывают допуски конкретных технологий на несовпадение и некачественную подготовку кромок, на изменения зазора, на отклонения от стыка, на величину провисания корня шва, на отклонения режимов формирования лазерного воздействия лучом 13 установки 1 на свариваемые материалы 14.At the same time, in order to eliminate the technological causes of lack of fusion, overheating, and emissions in simple versions of the developed technology, it is sufficient to adaptively control the supply current in block 2 through the block circuit 20 - 19 - 12, since the passage of current with only temporary adaptation to eliminate lack of fusion and overheating is not always acceptable then impacts are used to eliminate the other technological reasons considered. The considered operations in the device 17 provide adaptive control along the main signal chain, the parts to be welded 14 - blocks 18 - 20, 12. The technology tolerances for mismatch and poor-quality preparation of edges, for changes in the gap, for deviations from the joint, for the amount of sagging of the weld root are taken into account. on deviations of the modes of formation of laser exposure by the beam 13 of the installation 1 on the materials being welded 14.

Таким образом, основной полученный технический результат состоит в существенном расширении функциональных возможностей диагностирования, управления качеством лазерной сварки и в повышении технологической надежности ведения процесса в реальном времени. С большей полнотой определены информативные всесторонние причинно-следственные взаимосвязи сигналов, отражающих динамику основных элементов процесса лазерной сварки.Thus, the main technical result obtained consists in a substantial expansion of the diagnostic capabilities, quality control of laser welding and in improving the technological reliability of the process in real time. Informative comprehensive causal relationships of signals reflecting the dynamics of the main elements of the laser welding process have been more fully determined.

К основным диагностируемым состояниям добавлена диагностика появления дефектов несплошности, причин снижения ресурса узлов лазерного оборудования.Diagnostics of the appearance of discontinuity defects and causes of a decrease in the resource of laser equipment nodes have been added to the main diagnosed states.

Введена диагностика причин всех ненормативных состояний. В том числе для ненормативных характеристик: энергетики лазера; амплитуды, длительности и частоты тока накачки; скорости сварки; фокусировки лазера; температуры охлаждающей среды; газовой защиты. В слежении за геометрией стыка добавлен как контроль над превышением кромок, так и контроль над зазором.Diagnostics of the causes of all abnormal conditions has been introduced. Including for abnormal characteristics: laser energy; amplitude, duration and frequency of the pump current; welding speed; laser focusing; coolant temperature; gas protection. In monitoring the geometry of the joint, added control over the excess edges, and control over the gap.

К характеристикам слежения за энергетикой проплавления добавлены контроль амплитуды, контроль длительности и контроль частоты тока накачки. К характеристикам слежения за временными параметрами проплавления добавлен контроль скорости сварки.Amplitude control, duration control, and pump current frequency control are added to the characteristics of penetration energy tracking. Welding speed control has been added to the characteristics of tracking the temporary parameters of penetration.

К характеристикам слежения за снижением ресурса узлов лазерного оборудования добавлен контроль над газовой защитой и контроль над температурой охлаждающей среды. Это достигнуто системным синтезом различных каналов контроля, в том числе дополнительных по току накачки, энергетике и фокусировке лазерного луча, температуре охлаждающей среды, газовой защите. Обеспечен единый комплекс параллельной диагностики основных состояний проплавления, появления дефектов несплошности и снижения ресурса оборудования, анализа причин ненормативного проплавления. Устраняются причины ненормативных состояний при настройке, своевременном ремонте, адаптивной корректировке в реальном времени характеристик качества лазерной сварки с учётом геометрии стыка, энергетики и временных параметров проплавления, газовой защиты и температуры охлаждающей среды.To the characteristics of monitoring the decrease in the resource of laser equipment nodes, control over gas protection and control over the temperature of the cooling medium have been added. This was achieved by systemic synthesis of various control channels, including additional ones according to the pump current, energy and focusing of the laser beam, temperature of the cooling medium, and gas protection. A single complex of parallel diagnostics of the main conditions of penetration, the appearance of discontinuity defects and a decrease in equipment life, analysis of the causes of non-standard penetration is provided. The causes of abnormal conditions are eliminated during tuning, timely repair, adaptive real-time adjustment of the quality of laser welding, taking into account the geometry of the joint, energy and time parameters of penetration, gas protection and temperature of the cooling medium.

Рассмотренное термосенсорное диагностирование формообразования шва и работы оборудования процессов лазерной сварки с обеспечением адаптивного управления не ограничивается приведенным описанием лазерной сварки. Возможно использование для различных режимов, материалов, толщин, технологий (в том числе стыковых, угловых, нахлёсточных, орбитальных), с присадкой, в среде различных защитных газов и без неё, в любом пространственном положении лазерной сварки. При этом обеспечивают отработку минимально требуемых рассогласований без участия оператора, с оптимизацией динамики колебаний электропривода. Повышается надежность сварочной установки, уменьшается трудоемкость, повышается производительность (автоматизированная настройка, использование интенсивных режимов, сокращение длительности начала процесса сварки), экономятся сварочные материалы и электроэнергия. Уменьшается разбрызгивание материала, повышается точность и стабильность технологического процесса, т.е. улучшается качество сварных соединений. The considered thermosensor diagnostics of the formation of the weld and the operation of equipment of laser welding processes with the provision of adaptive control is not limited to the description of laser welding. It can be used for various modes, materials, thicknesses, technologies (including butt, corner, lap, orbital), with the additive, in the environment of various protective gases and without it, in any spatial position of laser welding. At the same time, they work out the minimum required mismatches without the participation of the operator, with optimization of the dynamics of oscillations of the electric drive. The reliability of the welding installation is increased, the labor input is reduced, the productivity is increased (automated tuning, the use of intensive modes, the reduced duration of the start of the welding process), and welding materials and energy are saved. The spraying of the material is reduced, the accuracy and stability of the process, i.e. quality of welded joints improves.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM

1. Способ диагностики и управления качеством лазерной сварки, включающий измерение пространственно-временных сигналов инфракрасного излучения тепловых следов на поверхности свариваемых деталей в визируемых областях воздействий сварочного инструмента и его тепловых волн, преобразование временных, пространственных изменений амплитуд сигналов в градиентно-экстремальные сигналы путем моделируемых дифференциальным уравнением теплопроводности накопления и размытия, преобразование инфракрасного излучения в информативные электрические сигналы преобразователем с точечными поверхностными термочувствительными элементами, с получением с каждого из них электрического сигнала Иi, где i - номер элемента, определение относительных отклонений сварочного инструмента от стыка между свариваемыми деталями и/или от угла между деталями и осью сварочного инструмента путем амплитудной селекции сигналов Иi свариваемых деталей, визируемых соответственно заданной технологии сварки впереди, по боковым сторонам траектории стыка или относительно оси сварочного инструмента, а по визируемой поверхностной области тепловой волны проплавления определение наличия процесса сварки при равенстве или превышении первого порогового значения, определение непровара при равенстве или снижении относительно второго порогового значения, определение перегрева при равенстве или превышении третьего порогового значения для суммарных сигналов И_∑ со всех термочувствительных элементов, определение выброса расплавленного материала при равенстве или превышении пороговых значений выбросов для временной производной суммарного сигнала И_∑/t, определение навигационных характеристик управления движением путём сравнения И_∑ соответствующих областей визирования стыка для прихватки с четвёртым, для закрытого края шва с пятым, для открытого края с нулевым пороговыми значениями соответственно заданной технологии сварки, отличающийся тем, что в качестве сварочного инструмента используют луч лазера, идентифицируют номер сварочной точки, текущее положение, длину шва или пропуск проплавления посредством счёта сигналов наличия процесса сварки и сопоставления их с реперными отсчётами времени, идентифицируют номер свариваемого шва по сигналу окончания сварки или по сигналу открытого края шва или по сигналу закрытого края шва, соответственно аданной технологии сварки, идентифицируют номер свариваемого изделия по количеству сваренных швов и/или длинам швов, определяют возможность появления дефектов несплошности, причин снижения ресурса узлов лазерного оборудования для заданной технологии сварки по равенству или превышению шестого порогового значения суммарным сигналом И_∑, определяют превышение кромок свариваемых деталей путём пороговой амплитудной селекции сигналов Иi свариваемых деталей, визируемых соответственно заданной технологии сварки впереди, по боковым сторонам траектории стыка, идентифицируют фактические или по предпороговым сравнениям возможные причины непровара по появлению сигналов пороговых или предпороговых уровней недопустимых превышений кромок, отклонений от стыка, величины зазора, снижений уровней интенсивности лазерного излучения, амплитуды, длительности, частоты сигналов интенсивности накачки лазера, увеличения скорости сварки, недопустимых изменений величины лазерного пятна, идентифицируют фактические или по предпороговым сравнениям возможные причины перегрева, выбросов по появлению сигналов пороговых или предпороговых уровней недопустимых превышений интенсивности лазерного излучения, амплитуды, длительности, частоты сигналов интенсивности накачки лазера, уменьшения скорости сварки, недопустимых изменений величины лазерного пятна, регистрируют соответственно заданной технологии сварки сигналы недопустимых состояний проплавления, фактических или возможных их причин для корректировок сварочного процесса в реальном времени или переплавления дефектного участка или остановки процесса при длительном нарушении оптимального процесса сварки, формируют сигналы автоматического управления процессом лазерной сварки путём адаптивного изменения амплитуды, длительности накачки лазера, скорости сварки, частоты импульсов, фокусировки лазерного излучения.1. A method for diagnosing and controlling the quality of laser welding, including measuring the spatio-temporal signals of infrared radiation from heat traces on the surface of the parts being welded in the visible areas of the effects of the welding tool and its heat waves, converting temporary, spatial changes in signal amplitudes into gradient-extreme signals by modeled differential the heat equation of accumulation and blur, the conversion of infrared radiation into an informative electric these signals by a transducer with point-surface thermosensitive elements, receiving an electric signal Ii from each of them, where i is the element number, determining the relative deviations of the welding tool from the joint between the parts to be welded and / or from the angle between the parts and the axis of the welding tool by amplitude selection of signals And i of the parts to be welded, which are sighted according to the given welding technology in front, on the sides of the joint path or relative to the axis of the welding tool, and along the uemoy surface area of the thermal wave penetration detect welding process with equal or exceeding the first threshold value, the determination of lack of fusion at equal or decrease relative to the second threshold value, determining superheat at equal or exceeds the third threshold value for the sum signal and _Σ all thermosensitive elements ejection determination molten material when equal or exceeding threshold emission values for the temporary derivative of the total signal la and _Σ / t, determining navigation performance control by comparing the motion AND _Σ respective areas of sight joint to tack to the fourth to the closed seam edge to the fifth to the open end of the zero thresholds respectively given welding procedure, characterized in that the welding tools use a laser beam, identify the number of the welding point, the current position, the length of the seam or the passage of penetration by counting the signals of the presence of the welding process and comparing them with the reference by our time counts, identify the number of the welded seam by the signal of the end of welding or by the signal of the open edge of the seam or by the signal of the closed edge of the seam, respectively of the welding technology, identify the number of the welded product by the number of welded seams and / or the lengths of the seams, determine the possibility of the appearance of discontinuity defects, the reasons for reducing the resource of laser equipment nodes for a given welding technology by equality or exceeding the sixth threshold value by the total signal And _∑ , determine the excess of the edges of the parts to be welded by threshold amplitude selection of signals And the parts being welded, sighted according to the specified welding technology in front, on the lateral sides of the junction trajectory, the actual reasons for possible according to the appearance of signals of threshold or pre-threshold levels of unacceptable edge excesses, deviations from the joint, gap size, decrease in laser radiation intensity levels, amplitude, duration, frequency of laser pump intensity signals, increase in welding speed, unacceptable changes in the laser spot, identify actual or pre-threshold spots comparisons are possible causes of overheating, emissions due to the appearance of signals of threshold or subthreshold levels of unacceptable excesses of the laser intensity radiation, amplitude, duration, frequency of the signals of the laser pump intensity, reduction of the welding speed, unacceptable changes in the magnitude of the laser spot, register, according to the specified welding technology, signals of unacceptable penetration states, their actual or possible causes for real-time correction of the welding process or re-melting of the defective section or process stops during prolonged violation of the optimal welding process, form signals for automatic control of the laser process molecular welding by adaptively changing the amplitude and duration of the laser pump, the welding speed, the pulse frequency, focusing the laser radiation.

2. Способ по п.l, отличающийся тем, что дополнительно определяют изменение уровня лазерной мощности за счет контроля интенсивности лазерного луча датчиком инфракрасного излучения.2. The method according to claim 1, characterized in that it further determines a change in the level of laser power by controlling the intensity of the laser beam with an infrared sensor.

3. Способ по п.l, отличающийся тем, что дополнительно определяют изменение уровня лазерной мощности за счет контроля тока накачки лазерного луча.3. The method according to claim 1, characterized in that it further determines a change in the level of laser power by controlling the pump current of the laser beam.

4. Способ по п.l, отличающийся тем, что определяют наличие и причину изменения уровня интенсивности лазерного излучения, наличие изменений длительности и частоты импульсов лазера за счет контроля тока накачки лазерного луча. 4. The method according to p. 1, characterized in that it determines the presence and cause of the change in the level of laser radiation intensity, the presence of changes in the duration and frequency of the laser pulses due to control of the pump current of the laser beam.

5. Способ по п.l, отличающийся тем, что идентифицируют недопустимую величину зазора стыка свариваемых деталей при наличии непровара, сопутствующих дефектов несплошности по отсутствию других причин непровара. б.Способ по п.l, отличающийся тем, что идентифицируют недопустимую величину зазора стыка свариваемых деталей путём порогового контроля уменьшения амплитуд сигналов Иi тепловых следов проплавления, при этом термочувствительный элемент визируют на стык свариваемых деталей.5. The method according to claim 1, characterized in that an unacceptable joint gap of the welded parts is identified in the presence of lack of penetration, concomitant discontinuity defects due to the absence of other causes of lack of penetration. b. The method according to claim 1, characterized in that an unacceptable joint gap of the parts to be welded is identified by threshold control of a decrease in the amplitudes of the signals And thermal traces of penetration, while the heat-sensitive element is sighted at the joint of the parts to be welded.

7. Способ по п.l, отличающийся тем, что идентифицируют фактические или возможные причины появления дефектов несплошности, снижения ресурса узлов лазерного оборудования для заданной технологии сварки по отклонениям относительно пороговых уровней электрических сигналов датчиков обдува и/или вытяжки защитной газовой смеси в зоне сварки.7. The method according to claim 1, characterized in that the actual or possible causes of the appearance of discontinuity defects are identified, and the life of the laser equipment assemblies for a given welding technology is determined by deviations from the threshold levels of electrical signals from the blowing and / or exhaust protective gas mixture sensors in the welding zone.

8. Способ по п.l, отличающийся тем, что идентифицируют недопустимые изменения величины лазерного пятна для диагностируемых состояний непровара, перегрева, выброса при отсутствии других причин этих диагностируемых состояний.8. The method according to claim 1, characterized in that unacceptable changes in the magnitude of the laser spot are identified for the diagnosed states of lack of penetration, overheating, and ejection in the absence of other causes of these diagnosed conditions.

9. Устройство диагностики и управления качеством лазерной сварки, содержащее инфракрасный преобразователь для визирования оптическим входом теплового следа воздействия сварочного инструмента на свариваемые материалы, блок управления и операционный блок, выходом подключённый к регистратору, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью диагностики и управления качеством сварки, для чего в качестве сварочного инструмента используют луч лазера, и оно снабжено лазерным блоком с датчиком интенсивности лазерного луча, датчиком тока накачки лазера, расположенным в блоке источника питания, и блоком электронного согласования, при этом операционным блок электрически подключён входом и выходом к инфракрасному преобразователю через блок электронного согласования, который подключён к входу и выходу блока управления, датчику тока накачки лазера и датчику интенсивности лазерного луча, причём инфракрасный преобразователь выполнен с возможностью ориентирования по областям визирования окрестностей поверхностей, расположенных по ходу относительного движения лазерного луча по стыку, впереди и по боковым сторонам траектории стыка, или относительно оси луча для контроля подходов к прихватке шва, к окончанию шва сплошного металла закрытого края и окончанию шва кромки открытого края, окрестности поверхности теплового следа формируемой сварочной ванны, окрестности поверхности фокусировки лазерного пятна, окрестности тепловых следов контролируемых поверхностей лазерного блока для диагностирования их ненормативных режимов и отклонений.9. A device for diagnosing and controlling the quality of laser welding, containing an infrared converter for visualizing the thermal input of the thermal trace of the impact of the welding tool on the materials being welded, the control unit and the operating unit connected to the recorder by the output, characterized in that it is configured to diagnose and control the quality of welding why a laser beam is used as a welding tool, and it is equipped with a laser unit with a laser beam intensity sensor, a current sensor laser pump located in the power supply unit and the electronic matching unit, while the operating unit is electrically connected to the input and output to the infrared converter through the electronic matching unit, which is connected to the input and output of the control unit, the laser pump current sensor and the laser beam intensity sensor, moreover, the infrared converter is made with the possibility of orientation along the areas of sight of the neighborhoods of surfaces located along the relative motion of the laser beam at the junction, in front and on the lateral sides of the junction trajectory, or relative to the axis of the beam to control approaches to tacking the seam, to the end of the seam of the solid metal of the closed edge and the end of the seam of the edge of the open edge, the vicinity of the surface of the thermal trace of the weld pool being formed, the vicinity of the focus surface of the laser spot neighborhood thermal traces of the controlled surfaces of the laser unit to diagnose their abnormal conditions and deviations.

10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что оно снабжено датчиком температуры охлаждающей среды, расположенным в блоке охлаждения лазерного блока и соединенным с блоком электронного согласования.10. The device according to p. 9, characterized in that it is equipped with a temperature sensor for the cooling medium located in the cooling unit of the laser unit and connected to the electronic matching unit.

11. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что оно снабжено датчиками обдува и вытяжки, расположенными в блоке газовой защиты и соединенными с блоком электронного согласования. 11. The device according to p. 9, characterized in that it is equipped with blowing and exhaust sensors located in the gas protection unit and connected to the electronic matching unit.