Die Prozesskontrolle beim Laserschweissen gewinnt bei der Fertigung von Bauteilen in der Automobilindustrie immer mehr an Bedeutung. Zur weiteren Verminderung des Ausschusses wird nach der inzwischen etablierten Vor- und Nachkontrolle der Schweissnähte immer mehr die Prozesssteuerung beim Laserschweissen eingeführt. So hat z.B. die Forschungsgesellschaft für Strahlwerkzeuge mbH FGSW im Rahmen des von der Landesstiftung Baden-Württemberg geförderten Projektes „ACES“ die Prozesskontrolle mit einer koaxialen CMOS Kamera eingehend untersucht.
Von der Forschungsgesellschaft für Strahlwerkzeuge mbH FGSW wurde für das Projekt ACES eine Kamera gesucht, die eine gute Empfindlichkeit im Nahen Infrarot (NIR) Bereich besitzt und sich bereits bei Schweissapplikationen bewährt hat. Als Nebenbedingung sollten Bildraten von 1 kHz mit dem Bildverarbeitungssystem möglich sein, damit zu einem späteren Zeitpunkt der Entwicklung für die Prozesssteuerung eine Stellgrösse aus dem Ergebnis der automatischen Analysen abgeleitet werden kann. Die Wahl fiel auf die MV-D1024E-160 CMOS-Kamera von Photonfocus, die schon mehrfach erfolgreich bei Schweissprojekten eingesetzt wurde.
Für den Versuchsaufbau wurde ein 6 kW Scheibenlaser verwendet, der mit einer 2D-Scanneroptik mit 450mm Brennweite verbunden wurde. Der Brennfleckdurchmesser betrug 600 µm. Der Laserschweissprozess wurde koaxial durch den Scanner hindurch bei einem Abbildungsmassstab von 0,31 beobachtet. Den optischen Aufbau zeigt Bild 1. Die MV-D1024E-160 Kamera wurde mit einem ROI von 324 x 324 Pixeln und einer Belichtungszeit von 0,25 ms betrieben. Dabei resultierte eine Bildrate von 1kHz. Zur Beobachtung wurde das thermische Eigenleuchten bei einer Wellenlänge von 905 nm ausgenutzt. Das Schmelzbad musste nicht zusätzlich beleuchtet werden, da die unteren Grauwerte im Bild mit Skimming angehoben wurden.
Für die Schweissversuche wurde verzinktes Stahlblech 2 x 0,7mm mit Überlappstoss verwendet. Bild 2 zeigt die Situation bei koaxialer Beobachtung des Schweissprozesses. Das Keyhole (rechts im Bild) und das Schmelzbad (links) sind deutlich erkennbar. Die schwarze Zone nach dem Keyhole wird durch einen Fehler beim Schweissen (Durchschweissung) hervorgerufen.
Bild 3 zeigt deutlich einen Schmelzauswurf, der durch die im Vergleich zu Bild 2 erhöhte Laserleistung und Vorschubsgeschwindigkeit hervorgerufen wurde. Mit dem Versuchsaufbau konnte im Projekt nachgewiesen werden, dass mit einer koaxialen CMOS-Kamera eine Prozesskontrolle durchgeführt werden kann. Die Photonfocus CMOS-Kamera MV-D1024E-160 wurde aufgrund ihrer hohen Dynamik, der sehr guten Empfindlichkeit im NIR-Bereich sowie der hohen Bildrate, die sich durch geeignete Wahl des Auslesefensters (ROI) ergibt, ausgewählt.
Direkt-Link zu den Photonfocus CMOS-Kameras:
http://www.rauscher.de/...
Messehinweis:
VISION 2009
Halle 4 - Stand 4C15
Von der Forschungsgesellschaft für Strahlwerkzeuge mbH FGSW wurde für das Projekt ACES eine Kamera gesucht, die eine gute Empfindlichkeit im Nahen Infrarot (NIR) Bereich besitzt und sich bereits bei Schweissapplikationen bewährt hat. Als Nebenbedingung sollten Bildraten von 1 kHz mit dem Bildverarbeitungssystem möglich sein, damit zu einem späteren Zeitpunkt der Entwicklung für die Prozesssteuerung eine Stellgrösse aus dem Ergebnis der automatischen Analysen abgeleitet werden kann. Die Wahl fiel auf die MV-D1024E-160 CMOS-Kamera von Photonfocus, die schon mehrfach erfolgreich bei Schweissprojekten eingesetzt wurde.
Für den Versuchsaufbau wurde ein 6 kW Scheibenlaser verwendet, der mit einer 2D-Scanneroptik mit 450mm Brennweite verbunden wurde. Der Brennfleckdurchmesser betrug 600 µm. Der Laserschweissprozess wurde koaxial durch den Scanner hindurch bei einem Abbildungsmassstab von 0,31 beobachtet. Den optischen Aufbau zeigt Bild 1. Die MV-D1024E-160 Kamera wurde mit einem ROI von 324 x 324 Pixeln und einer Belichtungszeit von 0,25 ms betrieben. Dabei resultierte eine Bildrate von 1kHz. Zur Beobachtung wurde das thermische Eigenleuchten bei einer Wellenlänge von 905 nm ausgenutzt. Das Schmelzbad musste nicht zusätzlich beleuchtet werden, da die unteren Grauwerte im Bild mit Skimming angehoben wurden.
Für die Schweissversuche wurde verzinktes Stahlblech 2 x 0,7mm mit Überlappstoss verwendet. Bild 2 zeigt die Situation bei koaxialer Beobachtung des Schweissprozesses. Das Keyhole (rechts im Bild) und das Schmelzbad (links) sind deutlich erkennbar. Die schwarze Zone nach dem Keyhole wird durch einen Fehler beim Schweissen (Durchschweissung) hervorgerufen.
Bild 3 zeigt deutlich einen Schmelzauswurf, der durch die im Vergleich zu Bild 2 erhöhte Laserleistung und Vorschubsgeschwindigkeit hervorgerufen wurde. Mit dem Versuchsaufbau konnte im Projekt nachgewiesen werden, dass mit einer koaxialen CMOS-Kamera eine Prozesskontrolle durchgeführt werden kann. Die Photonfocus CMOS-Kamera MV-D1024E-160 wurde aufgrund ihrer hohen Dynamik, der sehr guten Empfindlichkeit im NIR-Bereich sowie der hohen Bildrate, die sich durch geeignete Wahl des Auslesefensters (ROI) ergibt, ausgewählt.
Direkt-Link zu den Photonfocus CMOS-Kameras:
http://www.rauscher.de/...
Messehinweis:
VISION 2009
Halle 4 - Stand 4C15
