innocat4_news_2013

InnoCaT4NEWS 13 Schweißen im Karosseriebau wird bislang vorwiegend mit überhöhter Laserleistung durchgeführt. Grund dafür ist die Annah- me, dass für die notwendige Verbindungs- festigkeit ein Durchschweißen notwendig ist – nur wenn die Nahtwurzel zu sehen ist, stimmt die Qualität. Für eine In-Prozess- Qualitätsbewertung werden standardmäßig ausschließlich Signale von Fotodioden ge nutzt. Zur anschließenden Sicherstellung des Anbindungsquerschnittes wird stich- probenartig eine zerstörende Prüfung durch Kontrolle der Nahtwurzel durchgeführt. Der Wunsch, den Laserschweißprozess im Karosserierohbau energie- und ressour- ceneffizienter zu gestalten, bringt deutlich erhöhte Anforderungen an die Prozessbe- obachtung mit sich. Für diesen Schwerpunkt gesetzte Ziele sind die Verringerung der La- serleistung während des Schweißprozesses und die Vermeidung der Weitergabe fehler- hafter Bauteile im Produktionsprozess. Somit müssen Qualitätsschwankungen bezüglich der geforderten Einschweißtiefe bereits während des Prozesses bzw. un- mittelbar im Anschluss erkannt werden. n Nur so viel wie nötig! Eine Tatsache ist, dass bei geringerer Laser- leistung ebenfalls die notwendige Festigkeit erreicht werden kann. Da hierbei kein Durch- schweißenmehrstattfindet,benötigtesergän- zend zur bislang optischen Prüfung weitere Prüfverfahren,welchedieTiefederSchweißnaht während des Schweißprozesses überwachen. Durch den Einsatz einer In-Prozess-Sensorik, welche zuverlässig den aktuellen Zustand des Schweißprozesses erfasst, lässt sich die Laserleistung soweit reduzieren, dass eine ausreichende Einschweißtiefe erreicht werden kann und damit die Einhaltung der Festig- keitsanforderungen an die Schweißnaht ge- sichert sind. Zur Beobachtung des gesamten Schweißprozesses wird eine koaxiale Kamera eingesetzt und anhand der Kameradaten Zu- standsänderungen des Bearbeitungsprozes- ses in Echtzeit erfasst. Die Robustheit der Ka- merainformationen und die Echtzeitfähigkeit des Systems ermöglicht eine Regelung des Schweißprozesses und damit der Einschweiß- tiefe über die Laserleistung, womit eine deutliche Energiereduzierung erreicht wird. Forschungsziel war es außerdem, automa- tisierbare Inline-Methoden zur zerstörungs- freien Prüfung mit Wirbelstrom- und Puls- Phasen-Thermografieverfahren zu entwickeln und neue Konzeptionen für Datenerfassung, Vorverarbeitung, Auswertung von Wirbel- strom- und Puls-Phasen-Thermografiedaten zu erstellen und umzusetzen. Ausgehend von Bearbeitungsprozessen mit variierenden Para- metern werden die Merkmale für verschiede- ne Schweißzustände automatisch identifiziert und Bearbeitungsfehler klassifiziert. Die In-Prozess-Qualitätskontrolle wurde so weit entwickelt, dass mit den zerstörungs- freien Prüfverfahren auch eine Bewertung des Schweißergebnisses in Echtzeit mög- lich ist. In der Anwendung fährt die Wirbel- stromsonde tastend über die Schweißnaht und erfasst für die Auswertung notwen- dige Prüfsignale. Zur Sicherung der Naht- qualität trägt das Wirbelstromverfahren bei, indem Nahtbreite und oberflächen- nahe Defekte automatisiert und innerhalb der Taktzeiten erkannt werden können. Gleicherweise sind die Grundlagen für den automatisierten Einsatz des Puls-Phasen- Thermografie-Verfahrens entwickelt.Dieses Verfahren kommt oft als Offline-Prüfung zum Einsatz. Der Fortschritt in der Entwick- lung geht jedoch dahin, dass anhand neuer Anregungs- und Auswertemethoden zuneh- mend der Bereich der Inline-Prüfungen erschlossen werden kann. Die ermittelten Puls-Phasen-Thermografie-Daten werden für die bildhafte Darstellung der Nahtei- genschaften herangezogen. Dadurch kön- nen Minderungen der Nahtqualität in Form von inneren Defekten erkannt werden. Durch den Einsatz der zerstörungsfreien Prüfverfahren wird die Weitergabe fehler- hafter Bauteile vermieden. Die Verfahren wurden unter Berücksichtigung von pra- xisrelevanten Fertigungsparametern an Probeschweißungen erfolgreich getestet. n Nutzen Durch die Reglung der Einschweißtiefe kann die Laserleistung am Werkstück beim Fügeprozess um bis zu 30% reduziert wer- den. Dadurch kann der Energieeinsatz bei Kühlung und Absaugung ebenso um bis zu 30 % gesenkt werden. Der Einsatz zerstörungsfreier Verfahren zur Überwachung der Nahtqualität führt zur Verringerung der Ausschussraten. Detek- tions- und Bewertungssicherheit von Quali- tätskriteriensowieeinezuverlässigeProzess- führung sind entscheidend für dieAkzeptanz von Sensorik im industriellen Umfeld. Die hier entwickelten Systemtechnologien und Analysemethoden werden den Anforderun- gen in vielfältigen Einsatzgebieten gerecht und können auf weitere Laseranwendungen übertragen werden. Bildquelle: Fraunhofer IWU n Lasernahtqualität Einschweißtiefe optimieren

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