OCT für zeit- und materialeffizientes Laserschweißen

Laserschweißanlagen müssen eigenständig arbeiten, insbesondere bei hohen Stückzahlen. Trotz der hohen Schweißgeschwindigkeit, muss der Laserstrahl genau auf die Schweißstoßfuge treffen. OCT ist ein Positionskontrollsystem, das sicherstellt, dass der Laserstrahl in einem weiten Einfallswinkelbereich entlang der verschiedenen Geometrien immer auf die gewünschte Schweißposition gerichtet wird. Dies ist unabhängig von den Umgebungsfaktoren und Befestigungselementen. OCT ist für die industrielle Laserbearbeitung von Vorteil, da es dem Laserstrahl in jeder Schweißrichtung folgt und eine hervorragende Flexibilität ohne zeitaufwändige Neuorientierung bietet. OCT hilft auch bei der Lösung folgender Nahtführungsprobleme beim Laserschweißen in der Automobilproduktion:

  • OCT beseitigt Ungenauigkeiten bei der Ausrichtung der Bearbeitungsoptiken oder bei der Führung der Roboterbewegungen, die zu einer Verschiebung des Laserstrahls von der vordefinierten Schweißbahn führen könnte.
  • OCT erleichtert die exakte Positionierung des Laserstrahls auf jeder beliebigen Schweißbahn mit Verzerrungen wie Rundungen und Kerben oder plötzlichen Änderungen der Schweißrichtung.
  • OCT ermöglicht das präzise Hochgeschwindigkeits-Laserschweißen von metallischen Automobilwerkstücken mit schwer zugänglichen auch nicht geraden Nähten.

 

Mit OCT ausgestattete Laserbearbeitungsköpfe bieten eine Reihe von Vorteilen, die der Steigerung der Produktivität und der Senkung der Produktionskosten der Automobilindustrie dienen. Dazu gehören Beständigkeit, Präzision, Echtzeitleistung, hohe Flexibilität und Erfassungsrate und Unempfindlichkeit gegenüber der Schweißumgebung.

Gesetzgebung und Kundenanforderungen zwingen die Automobilindustrie, den Kraftstoffverbrauch zu senken, um die Treibhausgasemissionen zu senken. Leichtere Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor benötigen weniger Kraftstoff für den Antrieb. Traditionelle Fahrzeughersteller streben eine Reduzierung des Fahrzeuggewichts durch den Einsatz neuer Werkstoffe an, insbesondere leichter Aluminiumlegierungen und dünnerer Flansche. Die Integration von OCT als Nahtführungssystem ermöglicht es, die Flansche zu kürzen und vereinfachte Spannsysteme zu verwenden. Dies ermöglicht eine präzise, vollautomatische und hochdynamische Erkennung und Einstellung der Nahtverbindungsposition über den gesamten Scanbereich der Bearbeitungsoptik.

Der Vorteil der Nahtführung mit dem OCT System besteht darin, dass sie nicht durch die vordefinierte Linie oder Kante eingeschränkt wird.

 Erfolgreiche Echtzeit-Nahtverfolgung mittels OCT an einer Autotürverkleidung mit einer nichtlinearen Kante wie einer Kerbe.

 

Resultierende kontinuierliche Schweißung.

 

OCT ist eine vorteilhafte Technik, die beim Schweißen von Aluminium-Karosserie in Serienproduktion anstelle herkömmlicher taktiler optischer Systeme verwendet werden kann. Die ultraschnelle koaxiale Nahtführung mit OCT bietet die Möglichkeit, hohe Schweißgeschwindigkeiten zur Stabilisierung des Prozesses zu verwenden, insbesondere um Heißrisse in Aluminiumlegierungen zu vermeiden. Während des schnellen Schweißens ist die Abkühlgeschwindigkeit schneller, was zu einer Erhöhung der Zugfestigkeit der Schweißnaht und zu einer Verringerung des Auftretens von Heißrissen führt.

Echtzeit-Nahtführung bei Schweißversuchen eines Stahl-Autotürblatts unter Remote-Konfiguration mithilfe der OCT Nahtführungsfunktion.

 

OCT bietet eine schnelle Verfolgung und eine hochgenaue Erkennung der Stoßfugen mit einem außergewöhnlich hohen oder kleinen Seitenverhältnis. Die Anwendung von OCT ist insbesondere für Geometrien von Vorteil, auf die mit herkömmlichen kamerabasierten Techniken nicht zugegriffen werden kann. Zum Beispiel beim Schweißen einer Autotür: Bei einer Änderung der Schweißrichtung um 90 ° dauert die Umorientierung des Laserstrahls mit einem herkömmlichen Schweißkopf 1 - 1,5 s. Mit OCT und Scanner kann dies in Millisekunden erfolgen.

 

Stichschweißungen an einer Autostahltür: a) ausgewählte Schweißnähte von guter Qualität, die eine genaue Nahtführung mittels OCT während der Herstellung zahlreicher Schweißnähte nachweisen; (b) einige Ausnahmen, die durch angesammelten Schweißschmauch, aufgrund der schlechten Zugänglichkeit der Schweißnähte und des kurzen Vorlaufs der OCT Messungen verursacht werden.

 

Die koaxiale Ausrichtung des OCT ermöglicht es den Benutzern des Systems, die Messungen in einem weiten Arbeitswinkelbereich durchzuführen. Bei den Stahlwerkstücken erkennt OCT die Oberflächentopographie deutlich unter Einfallswinkeln von mehr als 50 °, während sie durch die Schweißoptik schaut.

  

Lessmüller Lasertechnik OCT wurde auf die Remote-Scanneroptik montiert und diente zur Nahtführung beim Schweißen der Fahrzeug-Strukturbauteile: T-Stoß unter 12 ° Arbeitswinkel und Kehlnaht unter 50 ° Winkel. Die automatisch erkannte Nahtposition ist mit einer vertikalen Cyan-Linie markiert.

 

Auch beim programmierbaren Schweißen ist die exakte Positionierung des Bearbeitungsstrahls wichtig, da Toleranzen und Spaltänderungen die Schweißqualität beeinflussen. OCT kontrolliert nicht nur die Nahtposition, sondern auch die Spaltgröße und den Einfallswinkel vor dem Schweißen, um diese online zu kompensieren. Mit OCT ausgestattete LSO Schweißoptiken ermöglichen die Spaltüberbrückung, indem sie automatisch die exakte Schweißposition (seitlich und axial) erkennen und einstellen, so dass Spalte von bis zu 0,8 mm überbrückt werden können. Dies ermöglicht das Schweißen mit erhöhter Geschwindigkeit ohne Verwendung der komplizierten Oszillationsoptik.

Mit Hilfe von OCT wurden die Winkelfehler kompensiert und die Laserstrahlleistung und -position (Offset) beim Schweißen von Karosserie-Bauteilen ohne zusätzlicher zeit- und kostenintensive Laserstrahl-Oszillation zur Spaltüberbrückung korrigiert. Eine gute Bindung wurde erreicht. Qualität und Mikrostruktur der Schweißnaht entsprachen den industriellen Qualitätsanforderungen.

Durch den großen Arbeitsabstand und die hohe Präzision des OCT Werkzeugs kann die Erkennung von Schweißstoßfugen mit außergewöhnlich hohem Seitenverhältnis (Flanschverbindung) oder kleinem Seitenverhältnis (Antriebe-HV-Naht) erreicht werden.

Ein weiteres Beispiel ist die OCT Anwendung Nahtführung beim Schweißen eines Antriebrads. Die vertikale Cyan-Linie zeigt die automatisch erkannte Nahtposition an.

Erfolgreiche Erfahrungen mit dem Betrieb in der Serienfertigung von Fahrzeugen machen OCT als Sensortechnologie für die heutigen Laserbearbeitungstrends günstig. Seine Anwendung trägt zum technologischen Fortschritt in der Automobilindustrie und zur Erfüllung behördlicher Vorschriften und Kundenanforderungen bei.

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