Design of an automated nozzle centering system for high performance laser cutting via coaxial machine vision

Laser cutting represents one of the most industrially appreciated machining techniques for a variety of advantages, such as speed of execution and quality of the result. For this reason, the scientific community remains constantly active on this issue in order to achieve increasingly optimal cutting conditions. Cutting quality is influenced by many factors, one of which is the alignment between the laser beam and the center of the nozzle. Nowadays this procedure is often manually performed by an operator, thus being both complex and time-consuming. This procedure is the fundamental theme of this thesis project, which is tailored to the development of a fully automatic nozzle centering system. The system described is divided into several parts and designed to take advantage of a near-infrared sensitive camera mounted on the laser head for monitoring purposes. The results show how the developed method succeeds in automatically aligning the laser beam with the center of the nozzle. In addition, a prototype for manual centering is also presented, providing a tool to help the operator saving time and improving precision.

Il taglio laser rappresenta una delle tecniche di lavorazione meccanica più apprezzata industrialmente per svariati vantaggi come la velocità di esecuzione e la qualità del risultato. Per tale motivo la comunità scientifica rimane sempre attiva su questo tema, al fine di raggiungere condizioni di taglio sempre più ottimali. La qualità di taglio viene influenzata da molti fattori, uno dei quali è l’allineamento tra il fascio laser e il centro dell’ugello. Al giorno d’oggi questa procedura viene spesso eseguita manualmente da un operatore, risultando quindi sia complessa che dispendiosa. Tale procedura rappresenta il tema fondamentale di questo progetto di tesi, finalizzato allo sviluppo di un sistema completamente automatico di centraggio ugello. Il sistema descritto è suddiviso in diverse parti e studiato per sfruttare una camera sensibile al vicino infrarosso, montata sulla testa laser per scopi di monitoraggio. I risultati mostrano come il metodo sviluppato riesca ad allineare automaticamente il fascio laser con il centro dell’ugello. Inoltre viene anche presentato un prototipo per il centraggio manuale, che fornisce uno strumento per aiutare l’operatore a risparmiare tempo e migliorare la precisione.