High Speed

Dr.-Ing. Norbert Stein, VITRONIC Dr.-Ing. Stein Bildverarbeitungssysteme GmbH, Wiesbaden

Für sicherheitsrelevante Schweißnähte gilt dies jedoch nach wie vor nur in wenigen Fällen. Dabei stehen heute leistungsfähige und kostengünstige optische 3D-High-Speed-Schweißnaht-Prüfsensoren zur Verfügung, die durch die 100%-Inline-Prüfung die Produktqualität jeder einzelnen Schweißnaht sicherstellen und dokumentieren. Diese neue Generation von Prüfsensoren auf Basis des Laser-Lichtschnittverfahrens überwinden die Limits der Detektionsleistung von Geräten, die aus Taktzeitgründen aus einer Kombination von 2D- und 3D-Prüfung bestehen mussten. Die neue Generation der Viro 3D-Prüfgeräte von Vitronic erzeugt bis zu 2000 Höhenprofile der Schweißnaht pro Sekunde und wertet diese aus. Selbst bei einer Schweißgeschwindigkeit von 6 m/min (Laserschweißen) bedeutet dies, dass die Schweißnaht takthaltend mit einer Auflösung von 50 µm in allen drei Dimensionen vollflächig erfasst und analysiert wird. MIG/MAG-Nähte, Laserschweißnähte in Stahl oder Aluminium: jede Art von Materialien kann sicher geprüft werden.

Der Prüfsensor erkennt Fehlerarten wie fehlende Schweißnaht, Längenfehler, Fehler in der Nahthöhe (A-Maß) oder Nahtform (Spalten, Einbrüche, Absackungen), Löcher und Poren, Randkerben oder Lageabweichungen der Naht. Gleichzeitig vermisst und dokumentiert der Sensor die Form der Schweißnaht als Qualitätsbeleg. Wird der Sensor oder das Bauteil robotergeführt, können komplexe Bauteile mit einer Vielzahl von unterschiedlichsten Schweißnähten – ob Kehlnähte oder andere Nahtformen – vollständig geprüft werden. Bei MIG/MAG-Schweißnähten prüft der Sensor mit Vorschubgeschwindigkeiten bis zu 48 m/min. Nachdem die Nähte takthaltend im Rechner ausgewertet wurden und entsprechende IO- bzw. ein NIO-Signale gesetzt wurden, wird das Prüfergebnis im Rechner verarbeitet und in die Statistik integriert, in der Fehlerarten und Fehlerhäufigkeiten protokolliert werden. Hierdurch wird der Dokumentationspflicht Rechnung getragen. Bei Verwendung der Statistik für Trendanalysen weist das Prüfsystem rechtzeitig auf ein latentes Qualitätsproblem hin, bevor Ausschuss erzeugt wird. Der Vergleich der Fehlerhäufigkeiten zu unterschiedlichen Zeiträumen (zum Beispiel Tag-/Nachtschicht) macht äußere Einflüsse objektiv und transparent. Über den integrierten Monitor oder über einen Webbrowser sind der Maschinen- oder Schichtführer und die QS ständig und ohne den Prüfvorgang zu stören, über die produzierte Qualität informiert. Durch den Wegfall der manuellen Prüfung kann das Bauteil direkt vom Prüfroboter in die Verpackung oder in die folgende Maschine eingelegt werden, so dass eine vollständige Automatisierung von der Produktion bis zur Auslieferung realisiert werden kann. Das Einlernen neuer Nahtgeometrien wird über ein einfach zu handhabendes Teach-In realisiert und kann deshalb von eingewiesenem Fachpersonal durchgeführt werden. Die Festlegung der Prüfkriterien für die verschiedenen Fehlerarten geschieht über fehlerspezifische Toleranzschwellen, die auch lokal angepasst werden können. Zusätzlich können teilweise logische Verknüpfungen der Fehler auf dem Bauteil realisiert werden, um komplexen Bewertungskriterien gerecht zu werden (zum Beispiel max. zulässige Anzahl von Poren in einem bestimmten Bereichder Löcher).

Stichpunktartig seien einige der Vorteile dieser Technologie zusammengefasst:

– Objektive 3D-Vermessung statt subjektiver Beurteilung

– Sicheres Erkennen defekter Nähte

– Standardisierte 100%-Qualität

– Dokumentation der Produktqualität

– Erkennen und Dokumentation von schichtabhängiger Qualität

– Frühzeitige Warnung durch Trendanalyse

– Bessere, weil konstante Produktqualität

– Kostenersparnis durch Vermeidung von Schlupf und Ausschuss/Nacharbeit

– Automatisierung von Produktion bis Verpackung möglich

Mängel bei der Verschweißung von Rädern sind verständlicherweise ein Horrors-Szenario. Unter diesem Aspekt ist es einsichtig, dass sich gerade die Radhersteller sehr intensiv um die Frage der Qualitätssicherung kümmern. Die ersten von Vitronic gelieferten Anlagen wurden deshalb in der Radproduktion eingesetzt.

Bei der Schweißnahtbeurteilung von Rädern liegen folgende Prüf- und Fehlerkriterien vor: Fehlende Schweißnaht, Schweißnahtlänge, poröse Naht, Einbrand- und Randkerben, relative Lage der Naht, Verdickung am Nahtanfang, nicht gefüllte Endkrater, relative Vermessung der Nahthöhe und -breite. Auch unterschiedliche Nahtformen müssen ggf. bei der Beurteilung berücksichtigt werden.

Die Prüfstation, die den Schweißnahtsensor VIRO-3D in 2000 Hz-Version (2000 Profilschnitte pro/Sekunde) enthält, ist in die Schweißlinie integriert und der Schweißstation nachgeschaltet. Sie arbeitet im gleichen Takt wie die Schweißanlage.

Bei der Initialisierung des Systems wird das entsprechende Prüfprogramm, das die Rahmenbedingungen der Messung enthält, geladen.

Vor der Aufnahme der Messwerte taucht der Sensor in das Rad ein. Während einer 1,5 sek. dauernden Drehbewegung des Rades prüft der Sensor alle Schweißnähte entsprechend der aufgeführten Fehlerliste. Ein geschweißtes Rad mit einem Umfang von 1200 mm wird bei einer Höhen- und Seitenauflösung von 150 µm und einer Rasterung von 0,4 mm je Profilschnitt innerhalb dieser 1,5 s komplett geprüft. Die ermittelten Messwerte werden dem Bedienpersonal direkt über einen Bildschirm und via Browser zur Verfügung gestellt. Zur langfristigen Prozess- und Qualitätsüberwachung erfolgt eine Archivierung der Messwerte. Außerdem wird an einer der Messstation nachfolgenden Station sichergestellt, dass die defekten Räder über ein IO/NIO-Signal aus dem laufenden Prozess ausgeschleust werden.

Die Inspektion stellt sicher, dass nur Räder mit einwandfreier Schweißnaht ausgeliefert werden.