Prozessüberwachung und Kontrolle

• Prozess- und Anlagenüberwachung beim CO2-Laserstrahlschweißen von Getriebebauteilen (PDF - 944kb)
• ProWatcher Multi - Integrated machine and process diagnostics for CO2 laser welding processes (PDF - 544kb)

Im Rahmen nationaler und internationaler Projekte beschäftigt sich das LZH mit der Prozessüberwachung bei der Lasermaterialbearbeitung. Hauptsächlich werden dabei Schweißprozesse betrachtet, aber auch das Schneiden wird zunehmend untersucht.

Forschungen auf diesem Gebiet ergeben sich aus einem steigenden Bedarf an auto­mati­sierter Qualitätsüberwachung in den Unternehmen. Großes Interesse besteht beispiels­weise in der Automobilindustrie, die den Laser in den letzten Jahren als Werkzeug zum Schneiden und Schweißen entdeckt hat.

Als Basis für die Arbeiten zur Prozessüberwachung dient das am LZH entwickelte Prozess­kontrollsystem ProWatcher, das sich industriell im Bereich des Laserstrahl­schweißens schon vielfach bewährt hat. Bei dem System für Nd:YAG-Laser wird mit einem optischen Sensor die durch den Lichtwellenleiter zurückgeführte Prozess­strahlung axial gemessen und ausgewertet. Darauf aufbauend werden zur Gewinnung zusätzlicher Informationen Multisensorsysteme untersucht, mit deren Hilfe eine Vielzahl typischer Prozessfehler erkannt und klassifiziert werden kann.

Erfasst werden neben verschiedenen Wellenlängen der emittierten Prozessstrahlung auch die akustische Emission, die Temperaturverteilung an der Werkstückoberfläche, die Strahllage, sowie die Schutzglasverschmutzung bzw. der Schneidgasdruck. Da eine Auswertung der Daten in Echtzeit angestrebt wird, müssen entsprechend schnelle Sensoren und Algorithmen entwickelt und eingesetzt werden.

Durch eine intelligente Verknüpfung der gesammelten Daten mittels geeigneter Aus­wertestrategien ist es möglich, typische Fehlerarten als solche zu identifizieren. Bisherige Systeme sind in der Lage, das Auftreten eines Fehlers generell zu detektieren, können aber nur in Ausnahmen die Art des Fehlers erkennen. Erst eine Kombination von Signalen unterschiedlicher Quellen ermöglicht eine Fehleridentifikation. Dadurch wird es möglich, gezielt nach Schwachstellen im Prozess zu suchen.

Weiterhin werden bildverarbeitende Systeme zur Vermessung der Nahtoberfläche entwickelt. Dabei wird über ein Lichtschnittverfahren mit einer Kamera die Geometrie der Nahtoberfläche vermessen. Es können Nahteinfall und Kantenversatz der Bleche sicher detektiert werden.

Ferner werden kamerabasierte Systeme zur ortsaufgelösten Messung der Prozess­strahlung entwickelt, die eine Detektion von Fügespalten, zum Beispiel beim Schweißen von Tailored Blanks, ermöglichen.

Die Anforderungen an die Überwachungsverfahren werden in enger Zusammenarbeit mit den Anwendern aus der Industrie definiert.