Precitec Prozesssteuerung und Qualitätssicherung beim Laserstrahl-Remoteschweißen

Redakteur: M.A. Frauke Finus

Mit Weld Master ScanTrack & Inspect stellt Precitec ein Produkt für die Prozesssteuerung und Qualitätssicherung beim Laserstrahl-Remoteschweißen im Karosseriebau.

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Weld Master Scan Track & Inspect ermöglicht Prozesssteuerung und Qualitätssicherung beim Laserstrahl-Remoteschweißen im Karosseriebau.
Weld Master Scan Track & Inspect ermöglicht Prozesssteuerung und Qualitätssicherung beim Laserstrahl-Remoteschweißen im Karosseriebau.
(Bild: Precitec)

Zahlreiche Trends kennzeichnen den Einsatz von Lasern im Bereich des Automobils. Der Einsatz hochfester Stähle, gewichtssparender Aluminiumlegierungen, innovativer Fügetechniken und ungewöhnlicher Materialmischungen führt zum übergeordneten Ziel, Fahrzeuge letztlich sicherer und effizienter zu machen. Heutzutage spielen Prozessüberwachungssysteme im Umfeld des Laserfügens eine wichtige Rolle, um sowohl die Prozessstabilität als auch die Qualität zu gewährleisten. Die Prozessüberwachung wird in Pre-, In- und Post-Überwachung unterteilt. Die Weld-Master-Plattform von Precitec führt nach Unternehmensangaben alle verschiedenen Prozessschritte zusammen. Sowohl die Online-Nahtfindung als auch Nahtkontrolle während des Laserschweißprozesses mittels Lasertriangulation und Graubildauswertung kann mit nur einer Kamera realisiert werden, wie es heißt.

Das übergeordnete Ziel Gewicht von Fahrzeugkarosserien zu reduzieren, wirkt sich stark auf die verwendeten Materialien und Verbindungsgeometrien aus. Die Einführung von Aluminium in Kombination mit kurzen Flanschen verringerte einerseits das Gewicht, andererseits führte es zu komplexeren Fügeverfahren. Heißrisse sind an dieser Stelle als größte Herausforderung zu nennen. Stand der Technik ist die Verwendung von siliziumbasiertem Zusatzdrähten zur Verringerung der Anzahl der entstehenden Heißrisse, wie Precitec mitteilt.

Neue Prozessansätze adressieren

Durch die Kombination der Tracking-Funktionen des Weld Masters mit dem Scan Tracker-Scanmodul und der Laserleistungssteuerung können neue Prozessansätze adressiert werden, wie es weiter heißt. Der Scan Tracker wird verwendet, um den fokussierten Laserstrahl lateral zu oszillieren sowie mit hohen Frequenzen zu überlagern. Zusätzlich könne eine synchrone Laserleistungsmodulation appliziert werden. Als Folge werde eine präzise Leistungsverteilung in lateraler Richtung erreicht, die die Energieeinbringung in das Werkstück örtlich auflösbar mache und somit den Wärmeeintrag erheblich reduziert sowie das Zusatzwerkstück hinfällig mache.

Bei Kehlnahtanwendungen kann nach Herstellerangaben basierend auf Lasertriangulation vor dem eigentlichen Laserprozess ein möglicher Spalt zwischen Ober- und Unterblech gemessen werden. Entsprechend werden dann Prozessparameter wie Laserleistung, laterale Lage oder auch Leistungsmodulation des Laserstrahls angepasst. Dies führt zu einer geregelten sowie robusten Spaltüberbrückbarkeit.

Die Nahtgeometrie ist ein wichtiger Indikator für die erreichte Qualität, wie es heißt. Definierte geometrische Werte, wie Nahtbreite, Nahteinfall oder Nahtüberwölbung, können direkt in-situ im Nachgang zur Bearbeitung gemessen und mithilfe der Bildverarbeitung bewertet werden. Diese basiere ebenfalls auf der Lasertriangulation und einer Graustufenanalyse. Somit sei die Information über die Qualität des Bauteils sofort vorhanden, Teile können instantan ausgeschleusst und nachgearbeitet werden.

Die Nahtgeometrie ist ein wichtiger Indikator für die erreichte Qualität. Definierte geometrische Werte, wie beispielsweise Nahtbreite, Nahteinfall oder Nahtüberwölbung, können direkt in-situ im Nachgang zur Bearbeitung gemessen und mit Hilfe der Bildverarbeitung bewertet werden. Diese basiert ebenfalls auf der Lasertriangulation und einer Graustufenanalyse. Somit ist die Information über die Qualität des Bauteils sofort vorhanden, Teile können instantan ausgeschleusst und nachgearbeitet werden.

Kosten reduzieren

Durch die Nutzung des Weld Masters ScanTrack & Inspect bei der Aluminium-Türen-Produktion im Hause Audi konnte die Prozesszeit zur Schweißung der relevanten Kehlnähte um 53% reduziert werden, wie es weiter heißt. Als Folge der geringeren Energieeinbringung (-47 %) und der damit verbundenen sinkenden Laserleistung wurde die immer wichtiger werdende CO2-Bilanz um 24 % verbessert, wie es heißt. Laufende Kosten, für beispielsweise Zusatzdraht oder Schutzgläser, konnten um 95 % reduziert werden.

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