Sensore laser di tracciamento delle giunzioni per turbine eoliche

Affidatevi ai nostri sensori di saldatura con tracciamento laser delle giunzioni se volete potenziare il vostro processo di saldatura automatizzato, aumentare la qualità dei vostri prodotti saldati, migliorare l'efficienza della saldatura e ridurre costi, rischi o sprechi inutili.

In termini macroscopici, potrebbe sembrare vagamente assurdo affermare che una tecnologia specializzata come il tracciamento laser delle cuciture abbia un ruolo significativo da svolgere, ma ci sono vantaggi significativi disponibili se la tecnologia viene sfruttata appieno. Mentre il tracciamento laser delle cuciture potrebbe non essere il motore principale del risparmio energetico, consente altri progressi nella saldatura che affrontano direttamente il problema.

Le installazioni eoliche offshore sono in gran parte composte da sensori laser di tracciamento delle giunzioni per strutture in acciaio delle turbine eoliche. Produrle in modo efficiente è importante per la loro impronta di carbonio complessiva. L'efficienza delle fonti di energia per saldatura ad arco ha già fatto un balzo in avanti con la sostituzione delle unità basate su trasformatori di frequenza di rete con inverter ad alta frequenza che utilizzano moderni transistor di potenza e controlli elettronici ad alta velocità. Dopo aver reso la fonte di energia stessa molto più efficiente, il passo successivo e più difficile è migliorare l'efficienza del processo di saldatura.

Considerando che unire due pezzi di metallo tramite saldatura comporta la fusione dell'interfaccia tra di essi per consentire la formazione di un'unica pozza fusa e quindi la solidificazione della stessa in modo che due parti diventino una, è chiaro che è coinvolto un calore significativo. L'area di saldatura deve essere riscaldata oltre il punto di fusione, circa 1500 gradi per l'acciaio, e quindi lasciata raffreddare di nuovo a temperatura ambiente con il calore che si irradia principalmente nell'ambiente. Qualsiasi modo di ridurre la quantità di calore utilizzata non è solo vantaggioso in termini ambientali generali, ma anche in termini di saldatura specifici, ad esempio, riducendo la distorsione.

Nel caso in cui due parti siano accostate, l'obiettivo potrebbe essere quello di ridurre al minimo l'apporto di calore fondendo solo sottilissime fette del materiale di base su entrambi i lati dell'interfaccia. Per ottenere questo risultato, l'applicazione del calore deve essere controllata con precisione ed è facile vedere quanto sia necessario un rilevamento avanzato della posizione effettiva del giunto e un controllo preciso dell'erogazione del calore. Quindi, in termini generali, i vantaggi del rilevamento della posizione del giunto sono evidenti.

Tracciamento tattile delle cuciture
Come suggerisce il nome, i sensori tattili entrano fisicamente in contatto con la saldatura tramite una sonda di contatto. Quando la posizione della torcia cambia rispetto al pezzo in lavorazione, la sonda si devia nella direzione opposta e il controller apporta delle regolazioni per riportare la torcia nella sua posizione originale. I sistemi di tracciamento tattile della saldatura sono più adatti per saldature con geometria ampia e distinta. Se la saldatura è troppo piccola, la sonda può perdere il contatto con la saldatura e far uscire la torcia di saldatura dal percorso.
 

Attraverso cucitura ad arco
I sistemi di tracciamento del giunto ad arco passante utilizzano il feedback dei sensori di tensione, amperaggio e velocità di avanzamento del filo per identificare i cambiamenti nella posizione della torcia. Ad esempio, se stessimo saldando al centro di un giunto a filetto e iniziassimo a spostarci da un lato, la distanza tra torcia e lavoro diminuirebbe, causando un aumento dell'amperaggio dell'arco (saldatura cv). Affinché questo metodo di saldatura funzioni, la torcia di saldatura deve oscillare avanti e indietro perpendicolarmente al giunto di saldatura. Nel farlo, il sistema esegue continuamente un confronto dell'amperaggio di saldatura sul lato sinistro e destro del giunto di saldatura; tra i due picchi di amperaggio deve trovarsi il centro. I sistemi di tracciamento dell'arco passante sono più adatti per giunti di saldatura con geometria ampia e distinta, come grandi saldature a smusso e a filetto.
 

Tracciamento della cucitura con visione laser
Dimostrazione di tracciamento del giunto con visione laser con sistema di saldatura a colonna e a braccioI sistemi di tracciamento del giunto con visione laser utilizzano un nastro laser che si proietta sulla superficie della parte creando una linea laser distinta lungo il giunto di saldatura. La linea laser viene quindi visualizzata con una leggera angolazione tramite una telecamera. Il risultato è un profilo di linea che corrisponde esattamente alla geometria del giunto di saldatura. Viene quindi creato un punto di riferimento sul profilo di linea e il controller eseguirà tutti i movimenti necessari per mantenere questo punto di riferimento nella stessa posizione rispetto alla torcia di saldatura. I sistemi di visione laser hanno una risoluzione molto elevata che consente loro di tracciare in modo affidabile sia giunti di saldatura grandi che piccoli.

L'uso del sensore di tracciamento laser delle giunzioni per la saldatura a fascio delle turbine eoliche con manipolatori robotici si sta espandendo verso applicazioni industriali più ampie, poiché la disponibilità del sistema aumenta con costi di capitale ridotti. Convenzionalmente, la saldatura laser richiede un posizionamento e una precisione di accoppiamento elevati. A causa della variabilità nella geometria e nel posizionamento delle parti, nonché della deformazione termica che può verificarsi durante il processo, la posizione e l'adattamento del giunto non sono sempre accettabili né prevedibili a priori se vengono utilizzati semplici dispositivi di fissaggio. Ciò rende il passaggio dall'ambiente CAD/CAM virtuale al sito di produzione reale non banale, limitando le applicazioni in cui le preparazioni di parti corte sono una necessità come le produzioni in piccoli lotti. Sono necessarie soluzioni che rendano le operazioni di saldatura laser fattibili per serie di produzione con tolleranze non rigorose per servire una gamma più ampia di applicazioni industriali.

Tali soluzioni dovrebbero essere in grado di tracciare il sensore di tracciamento laser delle giunzioni per turbine eoliche, nonché di tollerare spazi variabili formati tra le parti da unire. In questo lavoro, una correzione online per la traiettoria del robot basata su un sistema di visione coassiale in scala di grigi con illuminazione esterna e una strategia di oscillazione adattiva sono proposte come mezzi per aumentare la flessibilità complessiva di un impianto di produzione.

La soluzione sviluppata ha impiegato due loop di controllo: il primo è in grado di modificare la posa del robot per seguire traiettorie variabili; il secondo, in grado di variare l'ampiezza dell'oscillazione circolare in funzione dello spazio formato nelle saldature a giunto di testa. Casi dimostrativi su saldature a giunto di testa con acciaio inossidabile 301 con complessità aumentata sono stati utilizzati per testare l'efficacia della soluzione. Il sistema è stato testato con successo su lamiere di acciaio inossidabile planari spesse 2 mm a una velocità di saldatura massima di 25 mm/s e ha prodotto errori massimi di posizionamento e orientamento di imbardata rispettivamente di 0.325 mm e 4,5 gradi. Il sensore di tracciamento laser continuo della cucitura per turbine eoliche potrebbe essere ottenuto con spazi fino a 1 mm e posizione variabile della cucitura con il metodo di controllo sviluppato. La qualità accettabile del sensore di tracciamento laser della cucitura per turbine eoliche potrebbe essere mantenuta fino a uno spazio di 0,6 mm nella configurazione di saldatura autogena impiegata.

Il sensore di tracciamento della cucitura laser per la guida delle turbine eoliche è una tecnica in cui la torcia di saldatura e il filo di saldatura sono posizionati con precisione lungo lo spazio di saldatura. Quando si allinea il metallo di saldatura allo spazio, varie tolleranze svolgono un ruolo che può influenzare le dimensioni, la geometria e la posizione dello spazio di saldatura nello spazio.

Anche se il gap è disposto dritto nel design, in pratica può essere irregolare e mostrare variazioni nella larghezza e nell'altezza dei bordi opposti. Queste variazioni possono essere causate da vari fattori come il tipo di fissaggio o il peso morto dei componenti.

Durante il processo di saldatura, si verifica un altro effetto che difficilmente può essere compensato da misure di progettazione: vale a dire, la distorsione termica. Per compensare questi effetti, è stata sviluppata la tecnica del sensore di tracciamento laser delle giunzioni per turbine eoliche. Esistono vari metodi di guida delle giunzioni di saldatura, sebbene gli approcci classici siano usati meno frequentemente oggi.

Un metodo tradizionale è quello di guidare la torcia di saldatura attraverso uno spazio utilizzando un perno meccanico. Tuttavia, questo metodo è raramente utilizzato oggigiorno a causa della sua suscettibilità alle interferenze (ad esempio il serraggio del perno) e della sua limitata applicabilità a geometrie semplici. Inoltre, non fornisce alcuna informazione sull'altezza della cucitura.

Lo stato dell'arte odierno consiste in sensori ottici che rilevano la geometria e la posizione della giunzione senza contatto prima del processo di saldatura. In alcuni casi sono stati utilizzati telemetri laser a punti con guida a raggio mobile, ma i sensori laser di tracciamento della giunzione per turbine eoliche stanno diventando più comuni. Questi sensori catturano profili 3D dello spazio davanti alla torcia di saldatura.

In combinazione con uno speciale software di tracciamento delle giunzioni, i dati vengono valutati e la posizione ottimale (nel piano x e z) viene trasmessa al controllo degli assi del sistema di saldatura o del robot di saldatura. Di conseguenza, la posizione ottimale del sensore laser di tracciamento delle giunzioni per turbine eoliche può essere raggiunta in qualsiasi momento, anche se si verifica una distorsione termica.

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