Qualitätskriterien können vom Benutzer in Bezug auf die Soll- / Ist-Abweichungsschwellen der Schweißposition oder -fokussierung, Einschweißtiefengrenzen und Nahtprofiltoleranzen zusammen mit den zulässigen Prozessparameterbereichen festgelegt werden. Als Ergebnis der automatisierten QS-Analyse, die online von der Lessmüller Lasertechnik-Software durchgeführt wird, wird ein sofortiges Pass/Fail-Signal generiert. Mit Hilfe dieses Signals können entweder die Strahlposition, der Fokus und die Prozessparameter in Echtzeit korrigiert werden oder die fehlhaften Bauteile sofort verworfen werden, sobald die Schweißung erfolgt ist.

Um die zuverlässige Herstellung von laserverarbeiteten Werkstücken zu gewährleisten, benötigt die Industrie sicherlich wiederholbare und konsistente Technologien zur Überwachung von Laserprozessen. Um diesem Bedarf gerecht zu werden, schlägt Lessmüller Lasertechnik verschiedene Lösungen vor:

  • OCT optische Kohärenztomographie
  • WELDEYE Kameraüberwachung mit externer Beleuchtung
  • WELDCHECK Prozesssensor auf Fotodiodenbasis

 

Prozessüberwachung mit OCT

Mit OCT Systemen der Fa. Lessmüller Lasertechnik ausgestattete Laserbearbeitungsköpfe ermöglichen eine robuste und schnelle Online-Qualitätsprüfung. Es wird eine hochgenaue Erkennung von Schweißnähten oder Fehlern mit außerordentlich hohem oder kleinem Aspektverhältnis erreicht.

Zusammen mit der Industrialisierung von OCT für das Laserschweißen werden derzeit industrielle Lösungen für die sequentielle Online-Steuerung der Pre-, In- und Post-Prozesse mit OCT entwickelt. Einer der wichtigsten Faktoren, die in direktem Zusammenhang mit der Schweißqualität stehen und sich im Prozess zeigen, ist die Tiefe der Dampfkapillare (Keyhole) beim Tiefschweißen. OCT ist eine bewährte Technologie, die während des Schweißens eines Werkstücks gleichzeitig, zuverlässig, zerstörungsfrei und koaxial zum Bearbeitungslaser die Einschweißtiefe messen kann. Ein wesentliches Entwicklungsbestreben ist die Verwendung der OCT Einschweißtiefen-Daten zur Regelung der Laserleistung, um die Einschweißtiefe konstant zu halten.

Aufbau inklusive BEO D70 Schweißoptik mit Defokussierungsgradient bei Laserleistung 4 kW und OCT Überwachung; Echtzeit-Einschweißtiefenmessungen mit OCT bei einer Schweißgeschwindigkeit von 80 mm / s (grüne Punkte), die blaue Linie ist der automatisch ermittelte statistische Einschweißtiefenwert.

 

 

Es ist nicht trivial, in ein dünnes Keyhole-Loch mit einem hohen Seitenverhältnis (Tiefe zu Breite) zu schauen. Aufgrund der Entkopplung von lateraler und axialer Auflösung des OCT Systems kann dieses jedoch vermessen werden. Darüber hinaus verfügt OCT über einen langen und variablen Arbeitsabstand bei gleichzeitig hoher Auflösung. Es ermöglicht eine automatisierte Echtzeitüberwachung (In-Prozess) der Lasereindringtiefe. Zerstörende Nachprüfungen können daher reduziert werden.

 

 

 

Um die gemessene OCT und die Querschnittstiefe zu korrelieren, wurden die Querschnitte erstellt. Der Vergleich der OCT Messergebnisse mit metallografischen Querschnitten zeigt eine gute Übereinstimmung. Die durchschnittliche Differenz zwischen den OCT In-Prozess- und den mikroskopischen Messungen beträgt 0,04 mm Systematische Studien zeigen, dass die mit OCT gemessene Einschweißtiefe mit den tatsächlichen Schweißtiefen innerhalb eines durchschnittlichen Fehlers von 9% gut übereinstimmt.

Die bei verschiedenen Laserleistungen und Schweißgeschwindigkeiten gemessene OCT Einschweißtiefe wurde mit Quer- und Längsschnittbildern verglichen. (a) Die mittels OCT gemessene Lasereindringtiefe wurde dem Längsschnitt überlagert. Es wurde eine gute Korrelation mit der Variation der Laserleistung und realen Einschweißtiefe gefunden.

 

OCT bietet die Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit der Kantenprofilmessungen bei verschiedenen Einfallswinkeln und hoher Schweißgeschwindigkeit. OCT ist eine stabile und zuverlässige Technik für Remote-Anwendungen während der industriellen Laserbearbeitung.

Die Mikrometerauflösung von OCT kann zum Beispiel dazu verwendet werden, um die Oberflächenporosität während des industriellen Laserschweißens zu untersuchen. Im Beispiel die Aufzeichnungen der Topographie der Rundschweißnaht mit offenen Poren. Es ist möglich, die Schweißnahtqualität zu bewerten und quantitativen Wert für die Poren zu erhalten.

 

OCT erfasst 3D-Oberflächenbilder, um die Schweißnahttopographie mit hoher axialer und lateraler Messgenauigkeit abzubilden. Offene Poren werden erkannt und ausgewertet. Anzahl und Größe der Poren sind ausschlaggebend für die Entscheidung, ob die Schweißung fehlgeschlagen ist.

 

Lessmüller Lasertechnik arbeitet an der OCT Anwendung zur Prozessüberwachung und -steuerung in der Additive Manufacturing (AM).

Alle oben genannten potenziellen Merkmale der OCT Systeme und die Dreidimensionalität der Daten bieten in vielerlei Hinsicht Vorteile gegenüber den herkömmlichen Technologien. OCT Systeme ermöglichen hochproduktive und flexible Produktionslinienlayouts mit einem erhöhten Volumen an produzierten Bauteilen. OCT macht das Schweißen in der Serienproduktion schneller, genauer und damit kostengünstiger als es derzeit mit herkömmlichen Sensortechnologien möglich ist.

 

Prozessüberwachung mit WELDEYE

Während des aktiven Schweißprozesses mit Laseroptik mit WELDEYE System werden beleuchtete mit Fremdlicht Bilder aufgenommen, um Nahtfugenposition des Schmelzbades und Reflexionen der erkalteten Schweißnaht zu vermessen. Diese Aufnahmen werden u. a. zur Abbildung der Umgebung des Schweißprozesses und zur Spaltvermessung verwendet. Die abwechselnde Aufnahme von beleuchteten und unbeleuchteten Bildern ermöglicht die Auswertung des Prozesslichts und der erkalteten Schweißnaht. Das WELDEYE System kann die Messwerte entweder anhand von absoluten Grenzwerten klassifizieren oder passende Grenzwerte von Referenzschweißungen erlernen.

 

Prozessüberwachung mit WELDCHECK

Integriert in die Bearbeitungsoptik oder in die Laserquelle, ermöglicht WELDCHECK Echtzeit-Überwachung des Laserbearbeitungsprozesses durch Auswertung der Prozesslichtintensität verschiedener Wellenlängenbereiche. Durch Schwankungen des emittierten Prozesslichtes können verschiedene Fehler erkannt werden.

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