Für dieparaxiale Sichtwahrnehmungbeim Laserschweißen: Der Sensor zeichnet sich durch eine einfache und bequeme Positionierung und Installation aus und verfügt über einen unkomplizierten optischen Pfad für die Bilderfassung. Auch die konventionelle paraxiale Beleuchtung ist einfach zu implementieren. Der größte Nachteil besteht jedoch darin, dass das planare Profil des Schlüssellochs nicht erfasst werden kann. Darüber hinaus benötigen paraxiale Vision-Sensoren einen relativ großen Bauraum.
Im Gegensatz,koaxiale Sichterkennungzum Laserschweißen ermöglicht die Beobachtung des Schlüssellochs direkt von seiner Oberseite. Durch die Verarbeitung der während des Betriebs erfassten koaxialen visuellen Bilder des Schmelzbads und des Schlüssellochs kann der Schweißstatus in Echtzeit überwacht und ausgewertet werden. Im Vergleich zur paraxialen Bilderkennung bietet die koaxiale Bilderkennung mehrere Vorteile: kompakte Bauweise, integrierbares Design mit Laserausgangslinsen und geringe Stellfläche. Dennoch bleibt die Trennung und Extraktion koaxialer Bildsignale aus dem Laserstrahl die größte technische Herausforderung.
Derzeit können fortschrittliche Technologien zur Herstellung optischer Komponenten dieses Problem wirksam lösen. Bei Festkörperlasern mit kurzen Wellenlängen wie Nd:YAG-Lasern werden Strahlteiler im optischen Weg des Lasers installiert, um optische Signale aus dem Schmelzbad oder dem Laserstrahl abzulenken und so den koaxialen Bildgebungsweg vom Laserstrahlweg zu trennen. Bei CO₂-Lasern mit langer-Wellenlänge werden Mikro-Löcher auf Fokussierspiegeln hergestellt, um Bildsignale aus dem Schmelzbad zu übertragen, die dann extrahiert werden, um Variationen in der Schlüssellochtiefe zu charakterisieren. Diese Lösung weist deutliche Einschränkungen auf, da ihre Erkennungsergebnisse sehr anfällig für Schweißparameter und Plasmainterferenzen sind.
Mithilfe der Vision-Sensing-Technologie können der Eindringstatus des Werkstücks, Variationen von Schlüssellöchern in Abhängigkeit von der Schweißgeschwindigkeit sowie die Korrelation zwischen Eindringtiefe und den Abmessungen von Schlüssellöchern und Schmelzbädern untersucht werden, um so indirekt die Qualität des Laserschweißens vorherzusagen. Zum Beispiel die Analyse der Evolutionsregeln von Schlüssellochbildern, wenn der Schweißstatus wechseltkeine-Durchdringungoderteilweises Eindringen in das SchmelzbadZuausreichende Penetration (vollständige Schlüssellochpenetration)kann eine theoretische Grundlage für die Regelung der Eindringtiefe beim Laserschweißen liefern.
