Optische Kohärenztomographie: Für die automatisierte Schweißnahtprüfung beim LIchtbogenschweißen erhalten Anwender jetzt mehr Möglichkeiten. Ein Hersteller für die Qualitätsüberwachung von industriellen Schweißprozessen erweitert sein Angebot um ein neues Sensoriksystem.
Das Sensoriksystem OCT 250 stand-alone hat die Lessmüller Lasertechnik GmbH, München, auf den Markt gebracht. Es nutzt die optische Kohärenztomographie (OCT) als Messverfahren für eine kontinuierliche Nahtverfolgung und Schweißnahtinspektion in Echtzeit für automatisiert geführte MSG-Schweißprozesse.
Bei diesem Verfahren wird breitbandiges Licht, welches eine geringe Kohärenzlänge aufweist, mit einem Strahlteiler in zwei Teilstrahlen geteilt. Ein Teilstrahl wird auf die Probe gelenkt, der andere Teilstrahl durchläuft eine Referenzstrecke. Das von der Probe reflektierte Licht wird mit dem Referenzlicht in einem Interferometer überlagert und so zur Interferenz gebracht. Aus dem Interferenzsignal lassen sich dann verschiedene Strukturen entlang der optischen Achse, also in der Tiefe, unterscheiden. Durch laterales Scannen über die Probe erhält man dreidimensionale Bilder. Die Bandbreite der Lichtquelle bestimmt dabei die axiale Auflösung. Zum Beispiel hat eine Superlumineszenzdiode als Lichtquelle mit einer zentralen Wellenlänge von 1325 nm und einer Bandbreite von 97 nm eine Kohärenzlänge von circa 16 μm Die OCT-Auflösung in axialer Richtung ist dann gleich der halben Kohärenzlänge, in diesem Beispiel somit 8 μm.
© Lessmüller
Präziser als herkömmliche Kameras
Die Vorteile für Anwender liegen laut Mitteilung von Lessmüller auf der Hand: OCT-Verfahren sind präziser als klassische Kameratechnik, der Aufwand für eine nachlaufende Qualitätskontrolle reduziert sich erheblich und die Anwender-Software ermöglich zudem die Auswertung und Dokumentation von Analysedaten. Die Produktivität steigt und der Ausschuss kann verringert werden.
Das Lichtbogenschweißen, oder MSG-Schweißen (Metall-Schutzgas-Schweißen), ist weit verbreitet. Es ermöglicht das Fügen dünner Bleche ebenso wie von Bauteilen mit Materialstärken von bis zu 60 mm und wird im Industrieumfeld häufig vollautomatisch und robotergeführt eingesetzt. Um die Produktivität des automatisierten MSG-Schweißens zu verbessern und um Ausschuss zu reduzieren, der durch eine unzureichende Verschmelzung der Schweißverbindung verursacht wird, muss der Schweißprozess präzise gesteuert werden. Aufgrund der hohen Anforderungen des robotergeführten MSG-Schweißens gelten bisherige Prozessüberwachungssysteme – mit Laserprojektor und CMOS-Kamera – oft als unzureichend. Die OCT-Technik ermöglicht jetzt erstmals eine entsprechende Qualitätssicherung im Lichtbogenschweißen.
Mehr Genauigkeit und bessere Nachverfolgung
Ähnlich wie im Laserstrahlschweißen ermöglicht die Schweißsensorik OCT 250 stand-alone auch im automatisiert geführten MSG-Schweißen die vorlaufende Nahtverfolgung sowie die nachlaufende Nahtinspektion im laufenden Schweißprozess. Im Unterschied zu herkömmlichen Prozessüberwachungssystemen mit Kameratechnik ist der OCT-Sensor lichtunempfindlich. Trotz Lichtbogen, Umgebungsbeleuchtung und reflektierenden Schweißspritzern arbeitet er zuverlässig und präzise. Diese Unempfindlichkeit erlaubt es, die Messlinien viel näher an den TCP (Tool Center Point) zu legen und damit passive Verfahrwege, also Nebenzeiten, zu reduzieren.
Der OCT-Scanner kann direkt an einen robotergeführten Schweißbrenner montiert werden. Zur Prozessüberwachung projiziert das System zwei OCT-Scanlinien nahe des Schweißbereichs. Die erste, vorlaufend zur Werkzeugspitze, erfasst die zu schweißende Geometrie und vermisst, wenn nötig, die Maße der Spalte. Die zweite Scanlinie läuft hinter der Brennerdüse, also nach dem Lichtbogen, und tastet die Schweißraupe ab. Hierbei werden quantitative und qualitative Daten, wie Schweißnahtlänge, Profil, Breite, Fläche und Kehle der Schweißraupe, Konvexität und Konkavität der Nahtoberfläche, Hinterschnitte und andere Defekte sowie an der Oberfläche liegende Porositäten und Krater erfasst.
Software korrigiert laufenden Schweißprozess
Durch die von Lessmüller selbst entwickelte Anwendersoftware können alle Daten zur Qualitätssicherung von Nahtführung und -inspektion visualisiert, ausgewertet und zur Nachverfolgung archiviert werden. Die Client-Software kann auf Basis der vorlaufenden Nahtverfolgung Steuerungsbefehle via Feldbus an die Maschinen- beziehungsweise Robotersteuerung ausgeben und den Programmablauf des Roboters korrigieren. So lassen sich beispielsweise Versätze, der Schweißwinkel oder eine Kombination aus beidem anpassen und individuell auf den jeweiligen Verbindungstyp sowie die Spalt- und Überlappungsgröße abstimmen. Die Auswertung der nachlaufenden Nahtinspektion erlaubt den Abgleich mit vordefinierten Toleranzen und kann bei Erkennung kritischer Fehler die Bauteile als Ausschuss kennzeichnen und sogar den Schweißprozess abbrechen. Damit entfällt der Aufwand und die Notwendigkeit zusätzlicher Qualitätskontrollen nach dem Schweißen.
Die OCT 250 stand-alone Sensorik stellt eine sehr effiziente, platzsparende und einfach zu integrierende Prozess- und Qualitätsüberwachung für automatisch geführtes MSG-Schweißen dar, die sich in kurzer Zeit amortisiert. Anwender können Produktionsausfälle vermeiden, die geforderte Schweißqualität sicherstellen und die Produktivität ihrer Schweißprozesse steigern. Weitere Kontrollmaßnahmen können reduziert und Arbeitszeit eingespart werden. Die Zuverlässigkeit und Industrietauglichkeit des Systems wurde in mehreren Testanwendungen bei Forschungsinsituten und bei Tier1-Automobilzulieferern bereits unter Beweis gestellt.
Web:
www.lessmueller.de
