8 spannende Sensorsysteme der Fraunhofer-Institute

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4. Laserschweißprozesse in Echtzeit erfassen und regeln

Laserschweißprozesse sind in der modernen Produktion nicht mehr wegzudenken. Im Karosseriebau ermöglichen sie gerade an schwer erreichbaren Stellen schnelles und flexibles Schweißen. Gerade der Aspekt der Qualitätssicherung wurde bisher nur ungenügend gelöst. Besonders die effizienten Tiefschweißprozesse beruhen auf einen komplexen und hochdynamischen Zusammenspiel von Laserlicht, Schmelzströmungen und dem Druck des Metalldampfes.

Konventionelle, kamerabasierte Bildverarbeitungssysteme können zwar viele Fehler erkennen, sind aber zu langsam, um in den Prozess einzugreifen. Die CNN-(Cellulare Neuronale Netze-)Technologie überwacht erstmals industrielle Prozesse. Dabei handelt es sich um eine leistungsfähige analoge Rechnertechnologie, welche aufgrund ihres geringen Schaltungsaufwands in die elektrische Beschaltung der Pixel von CMOS-Kameras integriert werden kann.

So entsteht ein leistungsfähiger Parallelrechner, in dem die Bildinformationen aller 25.000 Pixel gleichzeitig verarbeitet werden. Die am Schweißkopf montierte CNN-Kamera, die das Durchschweißloch innerhalb der Dampfkapillare mit einer Bildrate von 14 kHz abtastet. Die hohe Bildrate ist die statistische Basis für die Zustandsbewertung des Schweißprozesses, aufgrund der die Laserleistung in einem zum Patent angemeldeten Verfahren innerhalb weniger Millisekunden angepasst wird.

Die für den Karosseriebau wichtigste Innovation ist die geregelte Einschweißung in zwei überlappende verzinkte Stahlbleche. Die Laserleistung wird von der CNN-Kamera so geregelt, dass die Einschweißtiefe trotz variablen Vorschubs nahezu konstant bleibt und die Blechunterseite durch die Schweißnaht nicht verletzt wird.

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