Prozessvisualisierung und -überwachung für das Laserschweißen

Das WELDEYE von Lessmüller Lasertechnik hat mit mehr als 400 weltweit installierten Systemen Maßstäbe in der Nahtführung und Qualitätssicherung gesetzt.

Das modulbasierte WELDEYE-System visualisiert den Schweißprozess, ermöglicht Online-Nahtführung, sichert die Qualität bei Laserschweißprozessen und ist universell für viele Schweißoptiken (z.B. Scansonic ALO3, Highyag PDT, Blackbird IntelliWeld) adaptierbar.

Aus der synchronen Aufzeichnung und Auswertung von Bilddaten mit Prozessparametern und Steuerungsdaten der Anlage ergeben sich völlig neue Möglichkeiten in der Prozessüberwachung. Ob Schweißdraht-Fehler oder durch Schmutz verursachte Nahtunterbrechungen - WELDEYE sieht alles.

 


Das System besteht aus einer Hochgeschwindigkeitskamera mit optischem Filter und einer leistungsstarken Beleuchtungsquelle. Der hohe Informationsgrad der Kamerabilder ermöglicht in Kombination mit unterschiedlichen Daten aus der Anlage (Optik- und Roboterdaten) die Programmierung automatischer Auswertungen.

Im Serienprozess erprobte Qualitätsalgorithmen überwachen Schweißposition, -prozess sowie -naht, korrigieren Positionsfehler in Echtzeit und melden abweichende Schweißnähte an die übergeordnete Anlagensteuerung.

WELDEYE Kameramodul CM 3.0Faserlaser mit BS-KollimatorWELDEYE Brennstab mit Kugelkopf

Vorteile:

  • Echtzeit-Nahtführung, -Prozessvisualisierung, -überwachung und Qualitätssicherung beim Laserschweißen und Löten
  • Aufnahme der LIVE-Kamerabilder des Schweißprozesses und Bildanalyse in Echtzeit
  • Synchrone Aufzeichnung und Auswertung von Bilddaten und Prozessparametern (z.B. Vorschubgeschwindigkeit)
  • Automatische Fehlererkennung und Autokorrektur zur Reduzierung von Stillstandzeiten und Ausschussproduktion, Prüfkosten und Nacharbeitsquote
  • Integration in viele gängigen Laserschweißoptiken
  • Kompakte und leichte Gestaltung, geringe Störkontur
  • Robustes Industriedesign: Staubdichter Aufbau (IP-64) mit roboterschlepptauglichem Kabel und Schnittstellen
  • Kommunikation über Standard-Feldbusse

Funktionen

Aufgrund der intensiven WELDEYE-Fremdbeleuchtung, wodurch die Kamera nicht vom Schweißlicht beeinträchtigt wird, ist eine Beobachtung gerade während des Schweißprozesses möglich.

Während des aktiven Schweißvorgangs werden die Prozesslichtstrahlung durch den schmalbandigen Filter optimal unterdrückt und sequenziell Bilder mit und ohne externer Beleuchtung aufgenommen und in Echtzeit ausgewertet.

Mit Hilfe der beleuchteten Bilder werden Position der Schweißstoßfuge sowie des Schmelzbades und Reflexionen der erkalteten Schweißnaht vermessen. Diese Aufnahmen werden u.a. zur Spaltvermessung verwendet.

In unbeleuchteten Bildern wird die Wirkzone auf Helligkeit geprüft.

Alle Schweißungen werden kontinuierlich aufgezeichnet, automatisch analysiert und gespeichert. So wird der gesamte Prozess in Echtzeit kontrolliert und mit Daten aus Referenzläufen verglichen. Bei definierten Abweichungen von der Referenz während des aktuellen Schweißprozesses wird eine Meldung ausgegeben.

WELDEYE ist nach dem Baukastenprinzip aufgebaut, so dass der Anwender das gesamte System oder einzelne Funktionen implementieren kann. 

Einrichtungsunterstützung

Die Kamera kann im Tageslichtmodus genutzt werden, indem der optische Filter motorisch ausgeschwenkt wird. Dieser Modus ermöglicht eine exakte, nahtparallele Programmierung des Roboters vor der Schweißung.

Der Benutzer erhält ein Livebild der Kamera, wobei ein eingeblendetes Fadenkreuz die spätere Position des Bearbeitungslasers markiert.

Mit OPTIKCHECK ist eine zusätzliche Funktion verfügbar, um Aussagen über Optik, Drahtposition und Drahtdüse zu treffen.

Optikcheck
Positionsüberprüfung der Optik mittels Marker (Bild 1), Vermessung von Drahtposition und Drahtdüse (Bild 2) und automatische Fadenkreuzausrichtung mit Testschuss auf Probeblech (Bild3).

Kantenerkennung und Nahtführung

Die Position der Schweißstoßfuge wird mittels Reflexionsprinzip bestimmt. Kantenerkennungsalgorithmen ermöglichen die automatisierte Kontrolle und Korrektur von Schweißposition und Laserstrahlposition, Spaltenposition und Referenzkanten.

Bauteiltoleranzen werden in der Nahtführung automatisch ausgeglichen.

Kantenerkennung

Online-Nahtführung: Ermittlung der Schweißstoßfugenposition im Kamerabild (grüne Linie im gelb umrahmten Bereich) und im Diagramm des WELDEYE Players

Überwachung

Aufgrund der intelligenten Steuerungs-, Kamera-, und Beleuchtungstechnik ist eine automatische Überwachung des Schweißprozesses möglich. Die abwechselnde Aufnahme von beleuchteten und unbeleuchteten Bildern dient der Auswertung des Prozesslichts und der Messung der Umgebung des Schweißprozesses.

Beleuchtete Bilder werden mit Fremdlicht aufgenommen, um Schweißposition und Nahtqualität in Echtzeit zu überwachen. Die Nahtoberfläche wird zusammen mit dem Nahtprofil hochauflösend abgebildet, das aktuelle Helligkeitsprofil der Naht von Bild zu Bild erstellt und mit der Referenzmessungen verglichen.

Die Helligkeitsanalyse der sekundären Prozesslichtstrahlung in unbeleuchteten Bildern gibt Aufschluss über qualitätsrelevante Informationen zur fertigen Laserschweißnaht.

Neben den Bilddaten werden zusätzlich Prozessparameter der Anlage aufgezeichtet und überwacht.

Das WELDEYE-System kann die Messwerte entweder anhand von absoluten Grenzwerten klassifizieren oder passende Grenzwerte von einer oder mehreren Referenzschweißungen erlernen.

Die Analyse von Bild- und Prozessdaten dient der automatischen Online-Erkennung von Fehlern und Fehlerursachen sowie der Echtzeitkorrektur.

Alternierende Beleuchtung

Aufeinanderfolgende Aufnahmen mit abwechselnder Beleuchtung zur Fehleranalyse. Hier: Erkennung von durch Schmutz verursachten Löchern in der Schweißnaht

Wiedergabe und Dokumentation

In diesem Modus können die aufgenommenen Videos nach der Schweißung abgespielt und in kompatible Formate (avi, mp4, mpeg) exportiert werden. Die parallel zur Videoaufnahme aufgezeichneten Feldbusdaten dienen der nachträglichen Beurteilung des Schweißprozesses.

Ein Industrie-PC mit Netzwerk- und Feldbusschnittstelle sorgt für die automatische Speicherung von Videos und Daten. Der Anwender hat die Möglichkeit, jeden Prozess auch noch acht Stunden nach der Schweißung zu verfolgen und zu beurteilen.

Die gewonnenen Daten können für zukünftige Prozessbeobachtungen auf Netzwerklaufwerken dauerhaft gespeichert und archiviert werden.

WELDEYEPlayer

Online-Qualitätssicherung: Erkennung von Nahtpositionsfehlern im Kamerabild (rot umrahmter Bereich) und im Diagramm (rote Linie) des WELDEYE Players