DVS Congress 2012 Steigerung der Prozessstabilität bei der Lasermaterialbearbeitung mittels Multisensorüberwachung zur Implementierung einer

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1 1/15 DVS Congress 2012 Steigerung der Prozessstabilität bei der Lasermaterialbearbeitung mittels Multisensorüberwachung zur Implementierung einer Echtzeit-Regelung C. Stumm, M. Busse, M. Wilbert, F. Leinenbach (alle ZeMA GmbH) P. Becker, B. Faupel, J. Griebsch (alle HTW Saarland) Forschungsgruppe IntegratiF Schwerpunkt: Robuste Fertigungsprozesse 1. Auswahl geeigneter Umgebungsbedingungen sowie von Material- sowie Bearbeitungsparametern 2. Übergeordnete Steuerung zur Regelung von Bearbeitungsprozessen (absorb. Energie, Tiefe Qualität) Steigerung der Effizienz von Bearbeitungsprozessen IntegratiF (FE-Projekte) Leichtbau 2/15 Kosten Widerspruch? Strukturfestigkeit warmaushärtender Stähle 22MNB5 (mit Prof. Valeske, Automotive Quality Saar / IZFP) Fügen von Formgedächtnislegierungen Clinch-Klebeverbindung höherfester Stähle statisch und dynamische hochbelastete Schraubverbindungen im Karosserierohbau (body-in-white) 1

2 hochbelastete Schraubverbindungen Aufnahme Sicherheitsgurt Aufnahme Motorlager Schweissmutter DIN 929 Stanzeinpressmutter lasergeschweißter Durchzug 3/15 hochbelastete Schraubverbindungen Aufnahme Sicherheitsgurt Aufnahme Motorlager 4/15 2

3 Versuchsaufbau Laserschweißprozess Gerät Hersteller Bezeichnung Roboter KUKA KR 100 HA Laserquelle Laseroptik Trumpf Trumpf TruDisk 4002 (P=2000W) PFO 33 (d f =0,6mm) 5/15 Intensität und Sensorik Gerät Hersteller Bezeichnung Roboter KUKA KR 100 HA Laserquelle Laseroptik Trumpf Trumpf TruDisk 4002 (P=2000W) PFO 33 (df=0,6mm) Photodioden Precitec LWM Sensor CMOS Kamera Photonfocus MV1-D1312C Off-axis Kamera Industrie-PC Olympus Ø National Instruments l melt i-speed TR (10.000fps) PXIe 8108 rückreflektierte Laserstrahlung Leuchtdichte Metalldampfplasma Schmelzbadtemperatur Ø 6/15 3

4 und Sensorik in der PFO 33 Lichtleitkabel CMOS Kamera Laserstrahl Spiegel an Galvomotoren Sensorik Photodioden Olympus Highspeed-Video Teildurchlässige Spiegel Parameter 7/15 Messmittel InGaAs Diode Leuchtdichte Plasma Silizium Diode Silizium Diode In-Axis Kamera CMOS Sensor Off-Axis Kamera Schutzglas (spektraler Bereich) Infrarot sichtbar Yb:Yag 1030nm Beleuchtung 810nm CMOS Sensor Beleuchtung 810nm und Sensorik in der PFO 33 (hier ohne Olympus-Kamera) In-Axis Camera PFO 33 mit Crossjet Sensorik mit Messwandler/-verstärker 8/15 4

5 Benutzeroberfläche und Signaldarstellung Einstellparameter Leuchtdichte Plasma Signalverarbeitung 9/15 Laserleistung Koaxialkamera Fehlerbeispiele (n.i.o.-schweißungen) feuerverzinktes Blech: DX51 (1.0226) Buchse: QST36-3 (1.0214) simulierte Fehleinpressung (verkippt) Ø 2mm simulierter Nahtausfall (Loch) wechselnde Einschweißtiefe 2,5mm 10/15 Nahtunterseite 5

6 Signalverlauf Verkippung (Signalverarbeitung und Wavelet-Transformation) Schweißbeginn Wechsel Verkippung Leuchtdichte Plasma 11/15 Leistung Geschwindigkeit Fokuslage 2000 W 20 mm/s 0 mm Signalverlauf simulierter Nahtauswurf (Signalverarbeitung und Wavelet-Transformation) Ø 2mm Einkopplung Loch Leuchtdichte Plasma 12/15 Leistung Geschwindigkeit Fokuslage 2000 W 20 mm/s 0 mm 6

7 Signalverlauf wechselnde Einschweißtiefe (Signalverarbeitung und Wavelet-Transformation) Werkstückoberseite Werkstückunterseite Leuchtdichte Plasma 13/15 Leistung Geschwindigkeit Fokuslage 2000 W 20 mm/s 0 mm Festlegung geeigneter Parameter (Prozessfenster) von beispielhaften Laserschweißanwendungen Übergeordnete Steuerung des Laserschweißprozesses (Strahlquelle, Handling, Umgebungsparameter) und Implementierung relevanter Prozesssignale Zeitliche Korrelation signifikanter Signaländerungen und n.i.o.-schweißungen (Fehlermerkmale) Erweiterte Einbindung von PD-n und CMOS-Daten (Schmelzbad) zur Implementierung von Regelstrategien 14/15 7

8 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! mail: 15/15 8