Laser-Prozessüberwachung 4D.TWO® & 4D.watcher
Schweißnahtfehler im Prozess erkennen und Nacharbeit reduzieren
Machen Sie mit diesem neuen weiterentwickelten System für Qualitätsmonitoring Laserschweißen noch wirtschaftlicher und prozesssicherer. Mögliche Fehler werden bereits während des Schweißens erkannt. So reduzieren Sie nachträgliche kostenintensive Prüfungen.
Vorteile der Laser-Prozessüberwachung 4D.TWO® & 4D.watcher
Unterschiedliche Faktoren wie Maschinen, Werkstücke und Umgebungsbedingungen beeinflussen den Laserprozess. Kleinste ungewollte Parameterabweichungen können bereits bedeuten, dass die Schweißung des Bauteils nicht mehr innerhalb der zulässigen Toleranz liegt.
Bei jeder individuellen Laserapplikation entsteht durch die Wechselwirkung des Laserlichts mit dem Werkstoff eine charakteristische Prozessstrahlung. Die Veränderung dieser optischen Strahlung indiziert den Verlauf des Prozesses. Über definierte Warnschwellen, die an die individuelle Applikation angepasst sind, werden der Anlagensteuerung automatisch Abweichungen und Fehler im Prozess übermittelt. Fehlerhafte Teile können daraufhin aussortiert und nach Möglichkeit nachgearbeitet werden.
Prozessüberwachung während des Schweißprozesses stellt also einen wichtigen Teil der Qualitätssicherung dar. Mit 4D.TWO® und 4D.watcher haben Sie maximale Kontrolle über Ihren Laserprozess.
Die Vorteile in der Übersicht:
- Ausgereiftes Überwachungssystem für Laser-Serienprozesse, wie z. B. dem Fügen
- Gibt Hinweise zur Stabilität eines Schweißprozesses
- Detektiert Schweißnahtfehler während ihres Entstehens
- Unterstützt den Anwender, dass Bauteile mit fehlerhaften Schweißungen nicht fortgeführt werden
- Sorgt für das Einhalten der tolerierten Prozessparameter
- Prozessüberwachung ohne Taktzeitverluste
Laserschweißen mit Überwachung
Insbesondere in der Automobilproduktion, wie z. B. bei der Fertigung von Batterien, Elektromotoren oder sicherheitsrelevanten Bauteilen, ist ein Erkennen von Fehlern bereits während der Produktion von großem Vorteil. Nachgelagerte Reparaturen dieser hochwertigen Bauteile müssen aus technischer und kommerzieller Sicht nach Möglichkeit vermieden werden, da es die Wirtschaftlichkeit der Produktionsanlage mindert. Werden Fehler direkt bei der Schweißung erkannt, verhindert ein rechtzeitiges Eingreifen, dass die Anlage weitere fehlerhafte Bauteile produziert – auf diese Weise wird eine vorausschauende Prozessüberwachung erreicht.
Ein Laser-Überwachungssystem wie 4D.TWO® & 4D.watcher detektiert Schweißnahtfehler während ihres Entstehens. Defekte Batteriekontakte, Dichtnähte oder Hairpin-Verbindungen können beispielsweise sofort nachgeschweißt oder ausgetauscht werden. So wird verhindert, dass komplette Bauteile am Ende einer Produktionslinie ausgeschleust werden müssen.
Ein weiterer Vorteil der Laser-Prozessüberwachung mit 4D.TWO® & 4D.watcher ist, dass die statistischen Auswertungen aller Schweißpositionen aus vorherigen Produktionsläufen dabei helfen, optimale Prozessparameter einzuhalten.
Anwendungsgebiete für die Laser-Prozessüberwachung beim Laserschweißen
- Schweißen von Hairpins bei der Produktion von Elektromotoren bei denen innenliegende Defekte wie Poren den elektrischen Leiterquerschnitt reduzieren.
- Schweißen von Materialpaarungen/Werkstoffpaarungen wie Kupfer auf Aluminium, Kupferlegierung auf Edelstahl etc., wo es zur Bildung intermetallischer Phasen kommen kann, die unerwünscht spröde sind.
- Schweißen von Batteriekontakten – viele Fügeverbindungen mit hohem Anspruch an Präzision und Qualität, um Ausfall oder Beschädigung der Zellen zu
4D.TWO® ist Ihre universelle Multisensor-Datenquelle für (fast) jede Laseranwendung, bei der die Prozessüberwachung für die Qualitätskontrolle entscheidend ist. Er übertrifft die Fähigkeiten anderer Sensoren bei weitem an Präzision, Empfindlichkeit und Vielseitigkeit. Er liefert bis zu 1 M Samples/s auf Basis von 42+ Rohkanälen unterschiedlichster physikalischer Eigenschaften – in einem kompakten Gerät.
Die Vorteile des Sensors 4D.TWO®:
- Multispektrales System: Lichtsensibler Sensor mit exaktem Wellenlängenspektrum (16 Kanäle im visuellen Bereich, 16 Kanäle im Infrarotlicht-Bereich). Zusätzlich zu diesen spektral aufgelösten Kanälen besitzt der 4D.TWO® Kanäle der 0. Ordnung für VIS (visuelles Licht), NIR (Infrarotlicht) und Rückreflektion. Zusammen mit einem Bewegungs- und Umgebungssensor ergeben sich daraus eine Anzahl von 42+ Kanälen zur Abtastung.
- Prozesskontrolle: Prozessparameter werden in Echtzeit kontrolliert. In der Serienfertigung werden qualitäts- und produktivitätsrelevante Prozessdaten der Laserschweißnaht systematisch erfasst und dokumentiert. Dies gilt für alle gängigen Laserfügeverfahren und anderen Laserprozesse.
- Lossless-Technology: Zwei integrierende Auswerteeinheiten vermeiden lückenhafte Messungen und Ausfallzeiten. So werden mit Lossless-Technology sehr kurze Abweichungen im Laserprozess erfasst. Ereignisse von < 40 µs können bei einer Signalveränderung (Absenkung oder Anstieg um 100 %) mit nur 6 kHz Abtastrate zuverlässig erkannt werden.
- Umfangreiche Datenerfassung: 4D.TWO® misst zusätzlich Temperatur, Luftfeuchtigkeit sowie Luftdruck. Sein 9-achsiger Bewegungssensor ermöglicht das Heranziehen weiterer zusätzlicher Daten.
- Geringe Anpassungszeit: Nach erfolgreicher Implementierung in die Schweißanlage können alle Einstellungen in der Software vorgenommen werden, was die Einstellungsaufwände vor Ort minimiert.
Die Vorteile des 4D.watcher:
- Echtzeitüberwachung: Auf Basis der Informationen der Prozessabweichungen können Bauteilanomalien wie z. B. Risse, Poren, Spritzer oder Schäden in Echtzeit erkannt werden.
- Fehlertypenklassifizierung: Durch das Anlegen unterschiedlicher Kombikanäle – d. h. mathematische Kombination mehrerer Sensordaten – können unterschiedliche Fehlerursachen besser identifiziert und klassifiziert werden. Dadurch können unvorhersehbare Vorkommnisse im Prozess und Stillstandszeiten reduziert werden.
- Flexible Implementierung: Lässt sich an unterschiedliche Maschinen und Produktionslinien anpassen.
- Datenexport: Erfasste Daten können exportiert, analysiert und dokumentiert werden – Nachverfolgbarkeit in der Anwendungsapplikation.
- Individuell anpassbar: Erlaubt auch Anpassungen an spezielle Anwendungsapplikationen und deren Überwachungsanforderungen.
- Zusätzliche Sensordaten: Für eine synchronisierte Datenanalyse können Daten Dritter implementiert werden.
- Adaptermodule: Ermöglichen die Integration der Sensorik in verschiedenste Laserbearbeitungsoptiken aller gängigen Hersteller.
Abbildungen unten: Fehlerbild einer fehlerhaften Positionierung auf einer Bipolarplatte
FAQs über Laser-Überwachungssysteme
Warum braucht man eine Überwachung beim Laserschweißen?
Die Anforderungen an Sicherheit und Qualität vieler Produkte steigen stetig und deren Herstellung wird immer komplexer. Mit der Überwachung von Laserprozessen können Fehler bereits während des Schweißens erkannt werden, was nachträgliche zeitaufwändige und teure Prüfungen maßgeblich reduziert und die Wirtschaftlichkeit erhöht.
Ist die Prozessüberwachung ein Qualitätsmessverfahren?
Die Prozessüberwachung selbst ist kein Qualitätsmessverfahren, sondern vielmehr ein Indikator für die Laser-Prozessstabilität. Ist die Prozessstabilität hoch, wird auch eine hohe Serienqualität erreicht. Man kann die Prozessüberwachung als Werkzeug verstehen, mit dessen Hilfe Fehlerursachen frühzeitig erkannt werden können.
Wie funktioniert der 4D.TWO®-Sensor?
Der 4D.TWO®-Sensor verfügt über 3 Photodioden mit je 100 kHz Abtastfrequenz im sichtbaren Bereich, im nahen Infrarot und bei Laserwellenlänge. Durch sein patentiertes optisches Design kann die 4D.TWO-Sensoreinheit das emittierte Prozesslicht zusätzlich durch zwei 6 kHz-Spektrometereinheiten in seine spektralen Komponenten zerlegen. Durch dieses einzigartige Merkmal ergeben sich 16 Kanäle im Bereich des sichtbaren Spektrums (ca. 350–900 nm) und 16 Kanäle im nahen Infrarotbereich von ca. 1.100 nm bis 1.700 nm.
Was ist Lossless-Technology beim Laserschweißen?
Die Lossless-Technology erlaubt es, Hochgeschwindigkeitsprozesse wie z. B. das Schweißen von Bipolarplatten mit mehr als 1m/s zu überwachen. Konventionelle Sensoren tasten den Istwert mit der entsprechenden Frequenz ab, während der 4D.TWO®-Sensor zeitlich integrierend zwischen zwei Erfassungen den Istwert ermittelt. Dadurch bleibt keine Signalspitze unsichtbar, sodass auch sehr kurze oder schnelle Prozesse zuverlässig überwacht werden können. Mit der Lossless-Technology erzeugen Sie durch die geringere Abtastrate nun deutlich weniger Datenvolumen. Der 4D.TWO®-Sensor kann mit seinem 6-kHz-System bei der Erkennung von Fehlern eines Zeitabschnitts von 40 µs erkennen.
Warum ist die Prozessüberwachung beim Laserschweißen so schwierig?
Laser-Prozessüberwachung stellt eine große Herausforderung für die Serienproduktion dar, denn gerade bei der Herstellung von Präzisionsbauteilen ist der Bereich der zulässigen Parameterabweichungen sehr eng. Die implementierten Überwachungssysteme müssen also in Hochgeschwindigkeit selbst kleinste Abweichungen erkennen. Das stellt hohe Ansprüche sowohl an das Sensorsystem als auch an die Auswerteeinheit.
Warum verkauft ABICOR BINZEL Überwachungssysteme von 4D Photonics?
Mit mehr als 2000 international installierten Systemen verfügt 4D Photonics über einen weitreichenden Erfahrungsschatz hinsichtlich Laser-Prozessüberwachung. Je nach Applikation erstellen die Laser-Prozessüberwachungsexperten ein Konzept, konfigurieren das System und kümmern sich um Inbetriebnahme sowie Schulung. ABICOR BINZEL ist der weltweite Servicepartner. Durch unser weltweites Sales- und Servicenetzwerk können wir Sie so vor Ort noch sicherer und noch wirtschaftlicher beraten und betreuen.