Wärmekameras entdecken verborgene Strukturen

Beispiel für ein Einsatzfeld der Wärmebildtechnik ist das Infrarotschweißen. Dabei handelt es sich um eine relativ neue Technologie, die für anspruchsvolle Materialien und das Zusammenfügen großer Bauteile genutzt wird, die viel Kraft und hermetische Bedingungen erfordern.

Beim Infrarotschweißen werden zwei Teilehälften dicht an einer Platte, die Infrarotstrahlen aussendet, starr in ihrer Ausgangsposition gehalten, damit die zu verbindenden Oberflächen schmelzen. Dann wird die Platte entfernt. Die beiden Teilehälften werden so zusammengedrückt, dass sich die erhitzten Oberflächen beim Wiedererstarren fest miteinander verbinden.

Automobilzulieferer Yanfeng Automotive Interiors nutzt diese Technik – zum Beispiel zur Fertigung eines Kühlergrills für den Ford Escape. Um nach Ende des Erhitzungszyklus die Schweißnaht zu überprüfen, setzt das Unternehmen vier Wärmekameras des Typs A315 von Flir ein. Wärmebildkameras lassen sich zur zerstörungsfreien Überprüfung und Analyse von IR-Schweißnähten einsetzen, um auch jene Strukturen näher zu begutachten, die sich unter der geprüften Materialoberfläche verbergen.

Bei Yanfeng überwachen die Kameras nach dem Ende des Erhitzungszyklus 40 Zielbereiche an den Kunststoffteilen. In Verbindung mit einer speziellen Analyse-Software können sie erkennen, ob die dort gemessene Temperatur innerhalb der jeweils festgelegten oberen und unteren Grenzwerte liegt.

Ist dies der Fall, wird ein Freigabesignal an die SPS der Maschine gesendet, und der Schweißvorgang wird fortgesetzt. Liegt die gemessene Temperatur jedoch unter- oder oberhalb dieses Grenzwerts, gibt die Analyse-Software ein entsprechendes Fehlersignal an die SPS aus. Der Schweißvorgang wird gestoppt. Dann kann ein Produktionsmitarbeiter das abgelehnte Teil aus der Maschine nehmen, dieses visuell überprüfen und den Vorgang gegebenenfalls neu starten.

Ausschussquote deutlich reduziert

„Mit den Flir-Wärmebildkameras können wir die Qualität aller IR-Schweißnähte kontinuierlich überwachen, ohne den Schweißvorgang unterbrechen zu müssen“, erklärt Kevin Germain, Fertigungsingenieur im Yanfeng-Werk in Louisville. „Das funktioniert selbst dann zuverlässig, wenn sich gerade kein Mitarbeiter an der IR-Schweißmaschine befindet. Und wir können sogar mögliche Probleme erkennen, bevor sie überhaupt auftreten.“ Außerdem müssten zur Qualitätssicherung keine fertig verschweißten Teile mehr auseinanderreißen werden. So konnte die Ausschussquote laut Germain erheblich reduziert werden.

Neben Zulieferern nutzen auch OEMs Wärmebildkameras für ihre Qualitätssicherung. Bei BMW kommen sie etwa in Rollenprüfständen zum Einsatz, wenn dort die Qualität von Neufahrzeugen kontrolliert wird.

Der Autobauer arbeitet mit Wärmebildkameras von Flir, um den Abgasstrom der Doppelrohr-Abgasanlage zu visualisieren. Eine fest installierte A310 mit einem 45°-Weitwinkel-Objektiv ist dabei in der Lage, aus einem Abstand von circa zwei Metern den gesamten Heckbereich des Fahrzeugs auf einen Blick zu zeigen.

Die Kamera erzeugt unter anderem ein analoges Wärmebild-Videosignal mit einer Bildfrequenz von 30 Hz. Das entspricht 30 Einzelbildern pro Minute. Der Check der korrekten Funktion erfolgt über die Anzeige des Wärmebilds auf einem Monitor vor dem Fahrzeug. Der Prüfer sieht das Infrarotbild des Heckbereichs – und erkennt die Zustandsänderungen der Abgasklappen.

Farbbild könnte verwirren

Auch wenn die Flir A310 über verschiedene Farbpaletten zur Visualisierung der Wärmeverteilung verfügt, kommt hier die denkbar einfachste und klarste Palette zum Einsatz: schwarz-weiß. Der Grund dafür liegt in Unregelmäßigkeiten im Luftstrom der Abgasstrahlen: Es findet ein relativ hoher Luftaustausch statt, und der Abgasstrahl ist nicht gleichbleibend. Außerdem ist die hohe Strömungsgeschwindigkeit zu berücksichtigen. All das sind Faktoren, die zwar im Falschfarbenbild visualisiert werden könnten, hier aber vermutlich nur zur Verwirrung des Prüfers beitragen würden. Denn durch den Fahrer erfolgt hier nur ein reines Monitoring – mit der finalen Bestätigung: Die Klappe öffnet korrekt.

Auch Rohmaterialien für die Automobilindustrie werden mithilfe von Wärmebildkameras intensiv gecheckt. Das südafrikanische Unternehmen H. Rohloff hat ein automatisiertes Hochgeschwindigkeitssystem für die Inline-Kontrolle von Stahlknüppeln und -rohren entwickelt. Diese werden unter anderem für sicherheitsrelevante Komponenten in Fahrzeugen verwendet.

Um Oberflächenfehler bei Rund- und Vierkant-Stahlknüppeln zu entdecken, werden Wärmebildkameras von Flir eingesetzt. Das System besteht aus Wärmebildkameragehäuse, Signalverarbeitungssystem, Bedien- und Steuerstand, Induktionsheizer, Induktionsspulen, Wasserkühlsystem, Förderanlage und einer Vorrichtung zur Fehlerkennzeichnung.

Knüppel, Stäbe oder Rohre werden in die Förderanlage geladen und durch den Kamerakasten geführt. Im Kamerakasten erwärmt eine von drei unterschiedlich großen Induktionsspulen die Oberfläche des Materials auf maximal 20 °C, dabei erscheinen oberflächenoffene Fehlstellen wärmer als der Rest des Bereichs. Je nach Anwendung befinden sich drei oder vier Wärmebildkameras an jeder der Ecken des Kastens und erfassen die durch den erwärmten Knüppel erzeugten Daten mit einer Geschwindigkeit von 1 m pro Sekunde. Diese Daten werden anschließend von einem hoch entwickelten Signalverarbeitungssystem analysiert, das die Fehlstellen mit Hilfe von Algorithmen identifiziert, quantifiziert und anzeigt.

So leisten Wärmebildkameras im gesamten Entstehungsprozess eines Fahrzeugs wertvolle Dienste – vom Einsatz bei der Rohstoffproduktion bis zur Prüfung des fertigen Autos. ■