Pemantauan-Waktu Nyata-Berbasis Penglihatan dalam Pengelasan Laser

Pemantauan proses{0}}waktu nyata sangat penting untuk memastikan kualitas las dalam pengelasan laser. Penginderaan-berbasis penglihatan, sebagai metode pemantauan non-kontak, telah menjadi salah satu teknik yang paling banyak diadopsi. Dengan menangkap sinyal optik dari zona pengelasan, sistem penglihatan memungkinkan operator mengamati dinamika kolam las dan perilaku lubang kunci, sehingga memberikan data berharga untuk penilaian kualitas dan pengendalian proses.

Di dalampengelasan laser, sistem pemantauan proses-waktu nyata pada dasarnya diklasifikasikan ke dalam dua konfigurasi berdasarkan sudut perolehan sinyal optik: di luar-sumbu dan koaksial.

• Nonaktif-Pemantauan Sumbu:Menangkap sinyal proses dari atas atau dari samping kolam las pada sudut tertentu relatif terhadap sinar laser.
• Pemantauan Koaksial:Mengekstraksi sinyal pencitraan langsung dari atas kolam las dan lubang kunci, sejajar dengan sumbu sinar laser.

Selanjutnya berdasarkan sumber penerangannya, penginderaan penglihatan dapat dikategorikan menjadi sistem aktif dan sistem pasif. Sistem aktif memanfaatkan sumber cahaya tambahan untuk pencahayaan non-sumbu atau koaksial pada kolam cair dan lubang kunci. Sebaliknya, sistem pasif mengandalkan radiasi alami yang dipancarkan oleh plasma atau radiasi termal dari logam cair di dalam kolam cair sebagai sinyal pencitraan.

Dalam penginderaan penglihatan di luar sumbu, pemosisian dan pemasangan sensor relatif sederhana dan nyaman, serta jalur optik untuk akuisisi gambar sangatlah mudah. Penerangan non-sumbu-konvensional juga mudah diterapkan. Namun, konfigurasi ini memiliki kelemahan yang signifikan: konfigurasi ini tidak dapat menangkap geometri planar lubang kunci dengan jelas. Selain itu, mengakomodasi sensor penglihatan luar sumbu dan perlengkapan pemasangannya memerlukan banyak ruang fisik di sekitar kepala pengelasan.

Sensor penglihatan koaksial mengatasi keterbatasan ruang dengan melihat langsung ke lubang kunci dari atas. Dengan memproses gambar koaksial yang diambil dari kumpulan lelehan dan lubang kunci, sistem dapat memantau dan menilai status-proses pengelasan secara real-time. Dibandingkan dengan sensor off-sumbu, konfigurasi koaksial menawarkan keunggulan penting, termasuk struktur kompak, kebutuhan ruang minimal, dan integrasi mulus dengan lensa pemfokusan laser.

Namun demikian, memisahkan dan mengekstraksi sinyal pencitraan koaksial dari sinar laser{0}}berkekuatan tinggi tetap menjadi tantangan teknis utama.

Untungnya, kemajuan dalam manufaktur komponen optik telah secara efektif mengatasi hambatan ini:

Untuk Laser Keadaan-Panjang Gelombang Padat-Pendek (misalnya, Nd:YAG atau Laser Serat):

Pemisah sinar biasanya diintegrasikan ke dalam jalur optik laser. Hal ini memungkinkan sinyal optik yang dipantulkan dari kolam cair dibelokkan atau disaring ke dalam sensor kamera, sehingga menghasilkan pemisahan yang bersih dari sinar laser utama.

Untuk Laser{0}}Panjang Gelombang Panjang (misalnya, Laser CO₂):

Sinyal pencitraan dari kumpulan lelehan secara tradisional diekstraksi dengan menggoreskan atau memfokuskan cahaya melalui lubang-mikro di cermin putar untuk memantau variasi kedalaman lubang kunci. Namun, metode ini memiliki keterbatasan, karena keakuratan hasil sangat dipengaruhi oleh kondisi pengelasan yang berfluktuasi dan gangguan plasma.