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Blick durch die Laseroptik

Inline-Prozessüberwachung beim Laser-Remote-Schweißen
Blick durch die Laseroptik

Blick durch die Laseroptik
Aufgenommene Bilder von Schweißnähten
Um den Prozess des Laser-Remote-Schweißens inline zu überwachen, hat Hema Electronic gemeinsam mit einem Kunden aus der Automobilindustrie ein System mit einer intelligenten HDR-Kamera entwickelt, das die fertige Schweißnaht selbst auf mögliche Fehler analysiert.

Laser-Remote-Schweißen gewinnt bei den Fahrzeugherstellern im Karosseriebau zunehmend an Bedeutung. Neben den technischen Vorteilen gegenüber dem bisher eingesetzten Widerstandspunktschweißen ist das Laserschweißen deutlich wirtschaftlicher und prozesssicherer. Motivation dafür ist die weit höhere Prozessgeschwindigkeit und die Flexibilität der Laseranwendung. Laser haben in der Zwischenzeit so hohe Wirkungsgrade, dass sie auch auf der Kostenseite mithalten können.

Das Hauptproblem beim Vergleich der Technologien liegt darin, dass beim Widerstandsschweißen die Prozessüberwachung sehr gut über die Messung der elektrischen Leistung möglich ist. Dieser Ansatz fehlt komplett beim Laser. Wie also ist die Rückmeldung aus dem Schweißprozess zu gewinnen?
Verschiedene indirekte Methoden, Informationen über den Ablauf der Schweißung über das zurückgestrahlte Licht heraus zu lesen, führten nicht zur gewünschten zuverlässigen Aussage oder sind nicht sehr praktikabel. Aus dieser Situation heraus wurde bei Hema Electronic ein neuer Ansatz gewählt. Gemeinsam mit einem großen Automobilbauer wurde die Aufgabenstellung analysiert und beschlossen, mit Hilfe der Bildgewinnung über eine intelligente HDR-Kamera die fertige Schweißnaht selbst zu analysieren. Der große Vorteil: Die Fehler selbst werden bewertet und man ist nicht auf indirekte Indikatoren angewiesen. Dazu sei bemerkt, dass derzeit auch bei schnellster Prozessortechnik keine Nachregelung über die Laseransteuerung schnell genug ist, um noch Korrekturen während des Laserprozesses durchzuführen.
Die Qualitätssicherung bei Bearbeitungsverfahren mit extremen Lichtverhältnissen am Laser stellt eine besondere Herausforderung dar. Die HDR-Kamera des Überwachungssystems blickt durch die Optik des Lasers auf jede fertige Schweißung und macht Bildaufnahmen; die Schweißnahtbewertung erfolgt somit direkt aus dem Live-Bild.
Die Geometrie der Schweißungen folgt bewährten Methoden aus dem Punktschweißen. Verschiedene Variationen wie Kreise, S-, oder Strichformen werden entsprechend den Anforderungen des Anwenders individuell am Blech positioniert. Der Laser schweißt die gewählte Geometrie und überfährt sie anschließend nochmals mit defokussiertem Strahl. Das Ergebnis ist ein gleichmäßiges Glühen der Schweißstelle. Anschließend wird die Scanneroptik so über der Schweißstelle zentriert, dass die Kamera über die Einkopplungsoptik ein Bild der ganzen Schweißung aufnehmen kann. Der Start der Aufnahme erfolgt über eine Triggerung durch den Laser. Die Analyse der Schweißung erfolgt unmittelbar nach Absenkung der Laserleistung.
Spezielle Bildverarbeitungsalgorithmen werten die Rohbilder gleich in der Kamera aus. Damit ist die maximale Bildinformation zugänglich. Die sofortige Auswertung an Bord der intelligenten Kamera gewährleistet die erforderliche Schnelligkeit der Auswertung.
Das Ergebnis ist eine eindeutige Aussage über die Festigkeit der Schweißnaht und ermöglicht sofort nach der letzten Schweißung am Bauteil eine Gesamtaussage (IO/NIO), sowie die Visualisierung der Fehler und Fehlerarten für die Nacharbeit. Die ausgewerteten Daten werden an den Host-Rechner übertragen. Das Ausschleusen von beanstandeten Teilen erfolgt automatisch. Die extrem hohe Sicherheit gegenüber Pseudofehlern ist ein wichtiger Erfolgsfaktor. Die Bildanalyse bietet über die Bewertung einer Schweißstelle mit IO/NIO zusätzliche Klassifizierungen in Fehlerklassen
  • zu geringe Festigkeit der Schweißstelle
  • Oberflächengüte nicht ausreichend
  • unzureichende Schweißleistung des Lasers
  • fehlende Schweißstellen (Soll-/Ist-Vergleich)
Die Akzeptanz beim Kunden ist nur durch maximale Bedienerfreundlichkeit zu erreichen. Das betrifft die kurze Inbetriebnahme ebenso wie die einfache Bedienbarkeit mit einer grafischen Bedienoberfläche.
Der Anwender lädt seine Konstruktionsdaten in das System. Er lässt sich das Bauteil anzeigen und positioniert und definiert seine Schweißstellen am Bildschirm. Mit Hilfe von Referenzaufnahmen von Schweißungen gibt er dem System an, wie die perfekte Schweißung aussehen soll. Ab diesem Schritt kann er das Seelector Icam Laser-System bereits für die Optimierung der Einstellung seines Lasers zu Hilfe nehmen. Die Bewertung der Schweißungen erfolgt immer nach seiner Vorgabe.
Bei der Einführung des Systems werden Inbetriebnahmezeiten von nur wenigen Tagen benötigt. Die sofortige Verfügbarkeit der vollen Kamerafunktionalität in der Serienfertigung macht den Erfolg im Karosseriebau komplett. Es erfolgt die vollständige Einbindung der Qualitätssicherung in die Produktionsanlage über verschiedene Schnittstellen. Die erste wichtige Information ist die IO/NIO-Information an den folgenden Prozessschritt zur Weiterbearbeitung oder Ausschleusung des Bauteils. Darüber hinaus werden Bauteilinformationen verwaltet, Auswertungsdaten in Form einer Exceltabelle an den Hostrechner übergeben, Statistiken erstellt und auf Wunsch zusammen mit dem Bild ausgegeben, damit der Nutzer sich anschauen kann, warum eine Bewertung gut oder schlecht erfolgte. Serienfehler an der gleichen Stelle, die mehrmals hintereinander auftauchen, werden gemeldet, damit die Ursache gesucht und behoben werden kann. Die Schwelle, wann eine Bildinformation als gut oder schlecht gewertet wird, ist interaktiv vom Nutzer definierbar. ■

Die Autorin

40298152

Charlotte Helzle
Geschäftsführerin
Hema Electronic
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