Sensori

La formazione di striature periodiche sui bordi di taglio è una caratteristica insita nel processo di taglio laser.
Prove sperimentali hanno dimostrato come la profondità di queste striature non è influenzata in maniera significativa da variazioni della potenza di lavoro, mentre la velocità è risultata essere un parametro fondamentale del processo, tanto da poter affermare che il suo valore determina le caratteristiche fisiche dei bordi di taglio.

Partendo da tali considerazioni è stato realizzato presso i nostri laboratori un dispositivo elettro- ottico che, mediante analisi dell'emissione infrarossa proveniente dal punto di interazione laser-materiale e tramite tecniche di auto-apprendimento, imposta le condizioni operative del processo al fine di minimizzare la rugosità dei bordi di taglio ottenuti.

Con tale dispositivo si è arrivati ad ottenere tagli controllati aventi un valore della rugosità fino al 30% rispetto a quelli ottenuti in processi non controllati.

Al fine di ottenere informazioni sul processo di saldatura degli acciai con laser a CO₂ è stato sviluppato un dispositivo costituito da tre moduli integrati per la rilevazione delle emissioni infrarossa, ultravioletta e visibile provenienti dalla zona di lavoro.
L'emissione visibile in particolare è utilizzata per il calcolo in linea di un parametro fisico del plasma di saldatura: la temperatura elettronica.

L'analisi statistica delle serie temporali così ottenute permette quindi valutazioni relative alle eventuali difettosità dei giunti saldati.
In particolare un semplice parametro, funzione del valore medio e della varianza dei segnali infrarosso ed ultravioletto, mostra valori tanto più alti quanto più la saldatura presenta difetti, e si presta quindi alla definizione di un valore di soglia per l'accettabilità dei campioni.

Ulteriori informazioni possono essere ottenute esaminando le distribuzioni di frequenza dei tre segnali, che mostrano un andamento prossimo a quello gaussiano nei casi di assenza di difetti.

E' possibile infine determinare una zona di tolleranza per l'oscillazione dei segnali, anche essa funzione della varianza dei segnali stessi, che permette di localizzare difettosità macroscopiche dei giunti.

Affinché il processo di trattamento termico superficiale degli acciai porti alla trasformazione metallografica desiderata è necessario apportare alla zona da trattare una quantità di energia tale da raggiungere la temperatura a cui la suddetta trasformazione avviene.
E' pertanto di grandissima utilità effettuare processi con temperatura di trattamento costante.

Presso il Centro Laser è stato realizzato un dispositivo che rileva la temperatura nella zona di trattamento, mediante un pirometro a due lunghezze d'onda, ed agisce in "feedback" sulla potenza di lavoro del laser, proprio allo scopo di mantenere costante la temperatura ad un valore impostato dall'operatore a monte del processo stesso.

La correlazione fra dati di ingresso e di uscita del sistema è conseguenza di un modello matematico del processo, principalmente basato sull'equazione di Fourier.
Il sensore è stato caratterizzato su una stazione per il trattamento termico degli acciai sinterizzati con laser a CO₂.

Durante il processo di sverniciatura con laser ad eccimeri è possibile osservare la formazione di plasma dovuto alla vaporizzazione del materiale nella zona di interazione con il laser.
L'emissione spettroscopica di tale plasma cambia al variare della natura del materiale presente nella zona di interazione, fornendo quindi importanti informazioni sullo stato del processo stesso.

Su queste basi, è stato realizzato presso i laboratori del Centro Laser, un dispositivo che rileva in tempo reale l'emissione spettroscopica del plasma in una opportuna finestra spettrale centrata a 470 nm e regola la frequenza di lavoro del laser ad eccimeri allo scopo di garantire la totale rimozione dello strato di vernice e di evitare al contempo il danneggiamento del substrato.

Tale dispositivo è stato quindi caratterizzato per il processo di sverniciatura di materiali compositi per l'industria aerospaziale.

L'obiettivo di questa attività è lo sviluppo di un sensore modulare per il monitoraggio dei processi di taglio e saldatura laser delle plastiche.

Il parametro fisico che può essere analizzato durante il processo di taglio è la temperatura della zona di interazione.
Durante il processo di saldatura invece, oltre la temperatura, si può misurare la pressione della zona di interazione.

La temperatura viene misurata coassialmente al fascio laser utilizzando un pirometro, mentre il segnale di pressione, determinato dall'espansione del segnale fuso, può essere misurato da sensori piezoelettrici posti al di sotto della zona di interazione.
Questi segnali possono essere utilizzati per mettere a punto un algoritmo per il controllo automatico della potenza laser.