Evaluation der detektierbaren Sensorsignale zur Regelung des Laserschweißprozesses

Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Einsatzmöglichkeiten eines kamerabasierten Sensors zur Durchschweißkontrolle (SeamLine Pro) untersucht. Das erste Ergebnis dieser ARbeit ist, dass das Sensordetektionsvermögen mit der Vorschubgeschwindigkeit, leistung und Defokkusierung zunimmt. Es wird festgestelle, dass der Sensor bei Blindnaht mit einer Vorschubgeschwindigkeit höher als 4 m/min, einer Leistung 10% höher als die Durchweißgrenzleistung und einer Defokussierung von mindestens 2 mm im Blech gut funktionieren kann. Es wird auch festgestellt, dass der Seinso für Überlapp-Stoß nicht einsetzbar ist, weil er nicht in der Lage ist, eine Einschweißung von einer Durchschweiß8ng zu unterscheiden. Es wird auch festgestellt, dass der Sensor bei langsamer Vorschubgeschwindigkeit nicht funktioniert, weil der Auswertungsalgorythmus zum Beginn er Arbeit nicht geeignet ist.

Im Rahmen dieser Arbeit wurd eine neuer Auswertungsalgorythmus entwickelt, der im Vergleich mit dem SeamLinPro-Algorythums zu einem höheren Signalpegel (für Einschweißung sowie für Durchschweißung) führt. Er basiert auf der Tatsache, dass, wenn eine dunkle Schattierung auf dem Bild zu sehen ist, sich ein Tiefpunkt im Bildprofil abbildet. Die Existenz von Schattierungen ("Pseude-Durchschweißlöcher") bei Einschweißung und ihr Enstehungsmechanismus wird diskutiert.

Die Effekte der Prozessparametervariation auf das Schattierungsereignis wurden untersucht. Die Prozentzahl an Schattierungn, die innerhalb einer Sequenz detektieren wird müssen, um eine sichere Aussage über den Erfolg der Durchweißung machen zu können, wurden für jedes Prozessparameterset evaluiert. Es wird festgestellt, dass diese Prozentzahl an Schattierungen bei 10% Leistungsüberschuss zwischen 30 und 70%, in Abhängikgeit von den Prozessparameters, variiert. Die Entscheidungsschwellen (Erfolg der Durchschweißung ja/nein) müssen in Abhängigkeit von den Prozessparametern neu definiert werden.

Der Einfluss der Prozessparameter auf die Schattierungsgeometrie wurde auch untersucht, um die Einschweißung von der Durchschweißung besser unterscheiden zu können. Weitere Kriterien (Schattierungsquerschnitt, Helligkeitsstufenunterschied) wurden gefunden, die zusammen mit dem entwickelten neuen Auswertungsalgorythmus zur besseren Unterscheidung von Ein- und Durchschweißung führen können.

Im zzweiten Schritt dieser Arbeit wurden die Ergebnisse der gleichzeitigen Prozessbeobachtung von oben mit dem Sensor SeamLine Pro und von unten mit einer Hochgeschwindigkeitskamera dargestellt. Dabei wird festgestellt, dass die Anzahl der detktierten Löcher über die gesamte Schweißung der dunklen Schattierungen auf den Bildern der oberen Kamera nicht entsprechen. Es wird auch bewiesen, dass sie Materialstärke und der Materialtpy die Anzahl der dektierten Kapillaröffnungsereignisse von oben bzw. unten beeinflussen. Auch bei kräftiger Durchschwißung bleibt die Kapillare nicht ständig geöffnet, unbabhängig davon, ob man von oben oder von unten beobachtet.

Die Machbarkeit eines oben platzierten Durchschweißkontrollsenosrs bei hoher Vorschubgeschwindigkeit und hoher Kapillarneigung wird auch untersucht. Es wird festgestellt, dass bei konstanter Streckenenergie der Kapillarneigungswinkel unabhängig von der Vorschubgeschwindigkeit ist. Durch ein einfaches Modell wird auch bewiesen, dass die Kapillarneigung den Blick in die Kapillare verhindern kann. Eine Formel zur Abschätzung eines theoretischen Kapillarneigungsgrenzwinkles, der die Durchschweißkontrolle mit einer oben positionierten Kamera noch erlaubt, wird etabliert.

Ein weiteres Ergebnis dieser Untersuchung ist, dass es keine Periodizität in Kapillaröffnung sowie in Kapillaröffnungsdauer gibt. Mit welcher Frequenz die Kapillare sich öffnet, und wie lange sie geöffnet bleibt, lässt sich nicht vorhersagen. Aus diesem Grund konnte keine optimale Frquenz für die Untertastung mit Seamline Pro gefunden werden. Aber die Kapillaröffnungsdauer, die am häufigsten auftritt, ist gleich der Beobachtungsperiode 20 Mikrosekunden.