Technologie laserového svařování plastů s termovizní kontrolou

Laserové svařování plastů

Svařování pomocí laseru je moderním způsobem spojování plastových materiálů s mnoha výhodami. Pro laserové svařování plastů se nejčastěji používá metoda transmisního svařování, kde jsou dva plastové díly položeny na sobě a svar je prováděn mezi nimi. Materiál horního dílu musí být proto opticky propustný pro laserové světlo. Laserový paprsek je přesně zaměřen na určené místo, prochází horním dílem a je absorbován na povrchu spodního dílu. Horní díl je přitlačován ke spodnímu dílu a ohřívá se od něj. Když se roztaví povrch spodního dílu, nataví se i spodek horního dílu a tím může vzniknout svar. Po ztuhnutí a odlehčení přítlaku tak zůstane materiál svařený v místech přejezdu laserového svazku.

Takto vzniklý svar je pevný, kvalitní a navíc je možné svařovat i plasty vyztužené skelnými vlákny. Laserový proces je rychlý, přesný a při běžném provozu nezanechává stopy na povrchu materiálu. Během několika sekund lze získat pevný vodotěsný svar, který už není potřeba nijak upravovat.

Výsledek výzkumu

Okno vyvinutého softwaru termovizní kontroly s termogramem a ukázkou nalezené vady.

Ve výzkumném centru Nové technologie Západočeské univerzity v Plzni (NTC) byl vyvinut termovizní způsob on-line kontroly a řízení procesu transmisního svařování plastů. Jedná se o realizaci nových algoritmů a vývoj vlastního software. Použité hardwarové komponenty jsou běžně dostupné.

Termovizní kamerový systém snímá teplotní pole horního povrchu plastového svařence v celém průběhu laserového procesu svařování. Informace obsažené v tomto teplotním poli lze využít jednak ke kontrole, zda byl vytvořen požadovaný svar a nebyl přitom poškozen okolní materiál, a jednak k řízení procesu svařování.

Výhodou této termovizní kontroly je její bezkontaktní - nedestruktivní charakter a zejména možnost on-line kontroly všech vyráběných dílů. Tím, že je kontrola integrována s procesem svařování, neprodlužuje nijak čas výroby, nevyžaduje pro realizaci navíc žádnou zástavbovou plochu výrobní linky a minimalizuje investiční a provozní náklady. Po svaření dílu je tak možné automatizovaně a ihned zjistit, jak kvalitně je svar proveden, jestli v některých místech vinou nedostatečného tepla nebo přítlaku svar nechybí nebo jestli naopak přebytkem tepla nedošlo k poškození dílu.

Průběžné snímání teplotního pole lze využít nejen ke kontrole ale i přímo k řízení celého procesu. Výhodou je možnost využívat teplotní informace i z míst, kde v daném čase přímo nepůsobí laserový paprsek. Prostorově je svařování dílu rozděleno do odpovídajících si laserových a termovizních úseků. Toho lze pak využít k ukončení procesu svařování na příslušném úseku, pokud teplota dosáhne požadované hodnoty, nebo k regulaci výkonu laserového zdroje případně rychlosti pohybu laserového paprsku, aby se teplota vyvíjela podle požadovaného časového průběhu.

Průmyslová aplikace

První průmyslovou aplikaci vyvinuté technologie představuje svařování plastových krytů centrálního ovládání automobilového zámku ve firmě Kiekert. Technologie byla integrována do výrobní linky, prošla schvalovacím řízením u koncernu Volkswagen a byla uvolněna pro sériovou výrobu plastových dílů. V současnosti je technologie nainstalována ve výrobní lince v ČR a Mexiku.