Prozessvisualisierung und -überwachung WELDEYE

• Prozessvisualisierung und -überwachung von Laserschweißprozessen
• Funktionsweise der Online-Prozessüberwachung WELDEYE
• Das modulare Baukastenprinzip
• WELDEYE-Anwendungen
• Vorteile der Prozessvisualisierung und -überwachung WELDEYE auf den Punkt
• Dokumentation

Das WELDEYE-System besteht aus einer Hochgeschwindigkeitskamera gekoppelt und synchronisiert mit einer Laserbeleuchtung. Hiermit können sowohl Live-Bilder wie auch Videoaufnahmen mit bis zu 500 Hz Abtastrate vom Fügeprozess erstellt werden. Während der Laser schweißt oder lötet, sorgen der integrierte optische Filter und die spezielle Beleuchtung dafür, dass die Lichtstrahlung aus dem Prozess und damit störende Effekte unterdrückt bzw. reduziert werden. Schweißfuge und Schmelzbad werden so zusammen mit der Reflexion der erkalteten Schweißnaht fortlaufend vermessen.

Ab der Generation LM7 besitzt das WELDEYE-System in Verbindung mit der AP3.0-Kamera eine direkt in das Kameragehäuse integrierte Beleuchtung. Damit gibt es keinen negativen Einfluss auf die Störkontur der Bearbeitungsoptik mehr.

Jede Schweißung wird aufgezeichnet, anhand von Daten aus Referenzläufen analysiert und gespeichert. Verwaltung und Speicherung der Daten erfolgt auf einem Industrie-PC mit Schnittstelle zum Feldbussystem der Anlagensteuerung. Hier können die per Video aufgezeichneten Daten bis zu acht Stunden nach Aufzeichnung mit der WELDEYE-Player-Funktion wiedergegeben werden und stehen in unterschiedlichen Formaten zum Export in das Netzwerk des Anwenders zur Verfügung.

Je nach Softwarelizenz stehen die folgenden unterschiedlichen Funktionen bzw. Anwendungen der Prozessvisualisierung und -überwachung WELDEYE zur Verfügung.

Mit einer durchgehenden Analyse der Live-Bilder in definierten Prozessregionen sowie der bereits erstarrten Schweißnaht lassen Bildauswertungsalgorithmen Unregelmäßigkeiten im Verlauf und der Ausbildung der Schweißnähte erkennen. Solche Nahtunregelmäßigkeiten sind:

• Unterbrechungen der Schweißnaht
• Oberflächenfehler
• Seitliche Anbindungsfehler

Das System bietet außerdem die Möglichkeit, die Lage von Draht zu Laserstrahl wie auch von Laserstrahl zu Fügestoß zu vermessen und gegen Sollwerte zu überwachen. Eine Kommunikationsschnittstelle mit der Anlagensteuerung transferiert die gewonnenen Daten und stellt sie dem Anwender zur Qualitätsbewertung zur Verfügung. Als Maßstab hierfür dient eine gute Schweißung, auf deren Basis üblicherweise Warn- und Fehlerschwellen definiert werden.

Mit der Hardware der WELDEYE-Auswertung kann man Daten aus der Schweißoptik, dem Roboter oder der Laserquelle zeitlich synchronisiert zum Prozessvideo aufnehmen und verwalten. Die Kommunikation hierfür läuft ebenso über den Feldbus und ermöglicht es, erkannte Unregelmäßigkeiten im Prozess direkt, zeitlich oder örtlich aufgelöst, den entsprechenden Parameterabweichungen zuzuordnen. Der Anwender kann durch diese ganzheitliche Prozessüberwachung schnell auf Unregelmäßigkeiten reagieren und seinen Schweißprozess optimieren – sowohl im Anlauf einer Serie als auch während der Produktion ohne zeitintensive Fehlersuche oder aufwendige Versuchsreihen.

Zur Schweißnahtführung sind die taktilen Laserbearbeitungsoptiken mit einem optomechanischen Schwenksystem – eine Kombination aus optischen und mechanischen Komponenten – ausgestattet, welches an die Drahtzuführung gekoppelt ist. Mit dieser Steuerung und Regelung werden Laserstrahl und Schweißdraht mit einer Andruckkraft immer an der Fügekante und entlang der tatsächlichen Bauteilkontur geführt. Doch auch eine Schweißkante kann Toleranzen aufweisen, beschädigt sein oder durch Fehler der Vorrichtung falsch positioniert sein. In solchen Fällen würde die stetig wirkende Andruckkraft dazu führen, dass Draht und Laserstrahl von der vordefinierten Position abweichen und das Spannsystem, das Bauteil selbst oder die Laseroptik beschädigen. Diesen Vorgang nennt man Wire-slip-off. Das WELDEYE-System überwacht den Abgleich der Ist- zur Sollposition des Schweißdrahts und meldet Abweichungen über das Feldbussystem. Der Anwender kann somit schnell reagieren und Maßnahmen zur Schadensprävention festlegen und automatisch ausführen lassen.

Ein zusätzliches Feature im WELDEYE-System ist ein integrierter Kantenerkennungsalgorithmus. Für diese Art der Nahtführung werden sogenannte Aktoren – antriebstechnische Baueinheiten – angesteuert, um Bahnkorrekturen vorzunehmen. Hierzu werden Reflexionsmessungen an der Schweißkante durchgeführt und detektieren deren Position wie auch mögliche Spalte.