Laserstrahl in Echtzeit steuern 27.03.2013, 16:14 Uhr

Mit 10.000 Bildern pro Sekunde zu höchster Präzision

Ein neues Regelungssystem birgt für das Laserschweißen eine bislang unerreichte Dimension in Qualität und Flexibilität. Mit einer Kamera, die 10.000 Bilder pro Sekunde verarbeitet, wird der Schweißvorgang in Echtzeit analysiert und gesteuert.

Mit dem neuen Steuerungssytem wird die Schweißnaht extrem sauber und gleichmäßig.

Mit dem neuen Steuerungssytem wird die Schweißnaht extrem sauber und gleichmäßig.

Foto: Stahl-Informations-Zentrum

Das Schweißen mit dem Laserstrahl wird als schnelles und flexibles Fügeverfahren vor allem an schwer erreichbaren Stellen, etwa im automobilen Karosseriebau, eingesetzt. Bisher musste man allerdings Unregelmäßigkeiten in der Schweißnaht hinnehmen, denn die hochdynamischen Vorgänge in der Schmelzzone verhinderten eine präzise Steuerung. Die üblichen Systeme zur Überwachung des Prozesses arbeiten auf der Basis von Photodioden, erkennen aber lediglich die Intensität und nicht die örtliche Verteilung der Strahlung.

Intensität des Laserstrahls wird in Echtzeit angepasst

Mit einer neuen Bildverarbeitungstechnologie, die drei Forscher aus unterschiedlichen Instituten entwickelt haben, lässt sich die Intensität des Laserstrahls bei Prozessschwankungen jetzt erstmals in Echtzeit anpassen. Damit können etwa Ungleichförmigkeiten in der Bewegung des Roboters oder eine verschmutzte Laseroptik ausgeglichen werden.

Andreas Blug vom Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM in Freiburg, Felix Abt vom Institut für Strahlwerkzeuge an der Universität Stuttgart und Leonardo Nicolosi vom Institut für Grundlagen der Elektrotechnik und Elektronik der TU Dresden haben das neue Kamerasystem entwickelt. Es gelang ihnen, das Durchstoßen des Lasers durch einzelne Blechlagen im Schmelzbad zu messen und so die Einschweißtiefe in Überlappverbindungen zu regeln. 

Die Schweißnaht wird extrem sauber und gleichmäßig

Die spezielle Kamera hat einen Aufnahmechip mit 25.000 Pixel. In jedem davon ist ein eigener Mikroprozessor integriert; gemeinsam sind sie über ein so genanntes zellulares neuronales

Präzise durch 10.000 Bilderpro Sekunde.

Präzise durch 10.000 Bilderpro Sekunde.

Foto: Stahl-Informations-Zentrum

Netzwerk miteinander verbunden. Während die Kamera über ein Spiegelsystem den Schweißprozess fokussiert, werden die gewonnenen Bilddaten 10.000 Mal pro Sekunde analysiert und parallel verarbeitet.

Die Laserleistung kann innerhalb von Millisekunden angepasst werden. Die Schweißnaht wird extrem sauber und gleichmäßig, weil Leistungsüberschüsse und somit Schweißrauch und Spritzer vermieden werden. Der Energieeinsatz verringert sich um etwa fünf Prozent.

Das System arbeitet so exakt, dass es sich nicht nur für das Tiefschweißen sondern auch für das geregelte Einschweißen bei Überlappverbindungen eignet. Bei diesem Verfahren durchdringt der Laserstrahl das untere Blech nicht.

Es wird gerade so weit in das untere Blech eingeschweißt, dass dessen Rückseite nicht verletzt wird und es sich später ohne optische Beeinträchtigung lackieren lässt. Bei verzinkten Blechen bleibt zudem der Korrosionsschutz vollständig erhalten. Beim geregelten Einschweißen sind bei gleicher Nahtfestigkeit Energieeinsparungen von bis zu 30 Prozent möglich.

Für ihr neues Regelungssystem wurden die Forscher im vergangenen Jahr mit mehreren Preisen bedacht: Mit dem dritten Platz des Stahl-Innovationspreis 2012 in der Kategorie „Stahl in der Forschung und Entwicklung/Verfahren“ und ebenfalls mit dem dritten Platz des Berthold Leibinger Innovationspreises. Jetzt wird das neue System auf der Hannover Messe, die am 8. April beginnt, vorgestellt. 

Von Gudrun von Schoenebeck Tags:

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