Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPTForschungsprojekt »MANUNET – Weldable«
Kunststoffe zeichnen sich durch ein geringes Gewicht und eine hohe Korrosionsbeständigkeit aus, verbunden mit einem hohen Freiheitsgrad bei der Formgestaltung. Sie eignen sich daher für technische Systeme mit hohen Produkt- und Anwendungsanforderungen. Das Schweißen von Kunststoffen wird jedoch durch unterschiedliche maschinen-, werkstück- und umgebungsbezogene Parameter beeinflusst, die sich auf die Prozessstabilität und Produktqualität auswirken.
Für die Herstellung von präzisen Kunststoffteilen mit minimalem Ausschuss und hohem Durchsatz müssen die Abweichungen der Prozessparameter gering gehalten werden. Um Prozessstabilität und Produktqualität über lange Produktionszeiten hinweg zu sichern, ist der Einsatz von Prozessüberwachungs- und Steuerungssystemen unerlässlich. Die meisten Überwachungssysteme in diesem Bereich basieren auf Inline-Pyrometrie, bildgebenden Verfahren oder der Messung der Einstellwege. Diese Systeme sind jedoch nur bedingt geeignet, da sie keine quantitativen Informationen über Geometrieabweichung (Nahtverengung oder Interruption) oder das Vorhandensein von Poren oder Hohlräumen in der hergestellten Schweißnaht liefern.
Das Ziel im Projekt MANUNET Weldable war es, einen adaptiven Prozess zum Laserdurchstrahlschweißen mit einer Rückkopplung durch Inline-Tomographie zu entwickeln: Anhand eines maschinenintegrierten hochpräzisen, optischen Kohärenztomographie-Systems können in-line quantitative Informationen über den Schweißformprozess gewonnen werden. Erfasst werden dabei die Schweißnahtgeometrie, Leckagen Schweißpartnerlücken und es findet eine Porenerkennung und -bewertung statt. Diese Informationen werden durch das System verarbeitet und an eine Steuereinheit zurückgegeben, die sich in Echtzeit an die Prozessparameter anpasst. Für das System basiert auf einem Prozess- und Kontrollmodell mit simulativer Unterstützung.
Arbeitsschritte
- Definition der Prozesseigenschaften
- Konzept und Design der adaptiven Schweißeinheit
- Konzept und Implementierung des tomographischen Messsystems
- Daten- und Bildverarbeitung
- Systemintegration
- Prozessmodellierung
- Implementierung der Prozesskontrolleinheit
- Validierung der adaptiven Prozesskontrolle
- Projektmanagement
Meilensteine
- Fertigstellung des Messgerätes und Nachweis der Leistungsparameter
- Fertigstellung eines Prototypen des Messsystems und der Bildverarbeitungseinheit
- Vervollständigung des fluiddynamischen Prozessmodells
- Vervollständigung der Steuereinheit mit integriertem tomographisch-physischem Messsystem
Projektergebnisse
Das System für die optische Kohärenztomographie wurde erfolgreich in den laufenden Prozess des Laserdurchstrahlschweißens integriert. Geometrische Parameter können nun im Prozess erfasst werden, ohne dass die Prozessstrahlung das Messsignal beeinflusst. Außerdem erfolgt eine vollständige Detektion der Schweißnaht sowie der Fügenaht zwischen den Fügeparametern. Verschweißte und unverschweißte Bereiche des Bauteils können klar voneinander abgegrenzt und dargestellt werden. Aufgrund der geringeren Signalstreuung im Material kann bei transparenten Stoffen eine bessere Erfassung der geometrischen Parameter gewährleistet werden.
Projektpartner
- Amtron GmbH
- Bayerisches Laserzentrum GmbH (blz)
- Continental automotive GmbH
- Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT
- GeonX S.A.
- It4ip S.A.
- LPKF Laser & Electronics AG
- Rovi-Tech S.A
Projektförderung
Das Vorhaben Weldable wird im Rahmen des Förderprogramms »Innovationen für die Produktion Dienstleistung und Arbeit von morgen« vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreut.