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06.05.2015
DVS Congress 2012
Einleitung
Laserschweißen
&
C. Stumm, M. Busse, M. Wilbert, F. Leinenbach (alle ZeMA GmbH)
P. Becker, B. Faupel, J. Griebsch (alle HTW Saarland)
Anwendung
Signale
&
Verarbeitung
Zusammenfassung
&
Ausblick
18.09.2012
Steigerung der Prozessstabilität
bei der Lasermaterialbearbeitung
mittels Multisensorüberwachung
zur Implementierung einer
Echtzeit-Regelung
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B. Eng. Christopher Stumm
Prof. Dr.-Ing. Jürgen Griebsch
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 (F&E-Projekte)
Leichtbau
Einleitung
Widerspruch?
Laserschweißen
&
Anwendung
Kosten
Strukturfestigkeit
Signale
&
Verarbeitung
Zusammenfassung
&
Ausblick
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B. Eng. Christopher Stumm
Prof. Dr.-Ing. Jürgen Griebsch
• Laserschweißen 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)
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06.05.2015
hochbelastete Schraubverbindungen
Aufnahme Sicherheitsgurt
Aufnahme Motorlager
Einleitung
Schweissmutter
DIN 929
Laserschweißen
&
Anwendung
Stanzeinpressmutter
Signale
&
Verarbeitung
Zusammenfassung
&
Ausblick
18.09.2012
lasergeschweißter
Durchzug
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hochbelastete Schraubverbindungen
Aufnahme Sicherheitsgurt
Aufnahme Motorlager
Einleitung
Laserschweißen
&
Anwendung
Signale
&
Verarbeitung
Zusammenfassung
&
Ausblick
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06.05.2015
Versuchsaufbau & Laserschweißprozess
Gerät
Roboter
Hersteller
KUKA
Laserquelle
Trumpf
Laseroptik
Trumpf
Einleitung
Laserschweißen
Bezeichnung
KR 100 HA
TruDisk 4002
(P=2000W)
PFO 33
(df=0,6mm)
&
Anwendung
Signale
&
Verarbeitung
Zusammenfassung
&
Ausblick
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Intensität
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Signale und Sensorik
Gerät
Roboter
Hersteller
Bezeichnung
KUKA
KR 100 HA
Laserschweißen
&
Anwendung
Signale
&
Verarbeitung
Trumpf
Laseroptik
Trumpf
PFO 33
(df=0,6mm)
Photodioden
Precitec
LWM Sensor
CMOS Kamera
Photonfocus
MV1-D1312C
Off-axis
Kamera
Olympus
Ø
Industrie-PC
National
Instruments
(P=2000W)
i-Speed TR
(10.000fps)
PXIe 8108
rückreflektierte
Laserstrahlung
Leuchtdichte
Metalldampfplasma
Schmelzbadtemperatur
lmelt
Ø
Zusammenfassung
&
Ausblick
TruDisk 4002
Laserquelle
Einleitung
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06.05.2015
Signale und Sensorik in der PFO 33
Lichtleitkabel
CMOS Kamera
Laserstrahl
Spiegel an
Galvomotoren
Sensorik
Photodioden
Einleitung
Laserschweißen
Olympus
Highspeed-Video
&
Anwendung
Teildurchlässige
Spiegel
Signale
Parameter
&
Verarbeitung
Zusammenfassung
&
Ausblick
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Messmittel
Temperatur
InGaAs Diode
Leuchtdichte
„Plasma“
Silizium Diode
Rückreflex
Silizium Diode
In-Axis Kamera
CMOS Sensor
Off-Axis Kamera
Schutzglas
(spektraler Bereich)
Infrarot
sichtbar
Yb:Yag 1030nm
Beleuchtung 810nm
CMOS Sensor
Beleuchtung 810nm
Signale und Sensorik in der PFO 33
(hier ohne Olympus-Kamera)
In-Axis Camera
PFO 33 mit Crossjet
Einleitung
Laserschweißen
&
Anwendung
Signale
&
Verarbeitung
Zusammenfassung
&
Ausblick
Sensorik mit Messwandler/-verstärker
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Benutzeroberfläche und Signaldarstellung
Einstellparameter
Einleitung
Laserschweißen
Temperatur
Leuchtdichte Plasma
Rückreflex
&
Anwendung
Signale
&
Verarbeitung
Signalverarbeitung
Zusammenfassung
&
Ausblick
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Laserleistung
Koaxialkamera
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Fehlerbeispiele (n.i.O.-Schweißungen)
feuerverzinktes Blech: DX51 (1.0226)
Buchse: QST36-3 (1.0214)
simulierte Fehleinpressung
(verkippt)
Einleitung
Ø 2mm
Laserschweißen
&
simulierter Nahtausfall
(Loch)
Anwendung
Signale
&
Verarbeitung
Zusammenfassung
&
Ausblick
wechselnde
Einschweißtiefe
2,5mm
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Nahtunterseite
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Signalverlauf „Verkippung“
(Signalverarbeitung und Wavelet-Transformation)
Schweißbeginn
Einleitung
Laserschweißen
&
Wechsel
Verkippung
Temperatur
Leuchtdichte Plasma
Rückreflex
Anwendung
Signale
&
Verarbeitung
Zusammenfassung
&
Ausblick
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Leistung
Geschwindigkeit
Fokuslage
2000 W
20 mm/s
0 mm
Signalverlauf „simulierter Nahtauswurf“
(Signalverarbeitung und Wavelet-Transformation)
Ø 2mm
Einkopplung
Einleitung
Loch
Laserschweißen
&
Temperatur
Leuchtdichte Plasma
Rückreflex
Anwendung
Signale
&
Verarbeitung
Zusammenfassung
&
Ausblick
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Leistung
Geschwindigkeit
Fokuslage
2000 W
20 mm/s
0 mm
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Signalverlauf „wechselnde Einschweißtiefe“
(Signalverarbeitung und Wavelet-Transformation)
Werkstückoberseite
Einleitung
Werkstückunterseite
Laserschweißen
&
Temperatur
Leuchtdichte Plasma
Rückreflex
Anwendung
Signale
&
Verarbeitung
Zusammenfassung
&
Ausblick
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Leistung
Geschwindigkeit
Fokuslage
2000 W
20 mm/s
0 mm
Zusammenfassung
Festlegung geeigneter Parameter (Prozessfenster) von
beispielhaften Laserschweißanwendungen
Einleitung
Laserschweißen
&
Anwendung
Übergeordnete Steuerung des Laserschweißprozesses
(Strahlquelle, Handling, Umgebungsparameter) und
Implementierung relevanter Prozesssignale
Signale
&
Verarbeitung
Zeitliche Korrelation signifikanter Signaländerungen und
n.i.O.-Schweißungen (Fehlermerkmale)
Zusammenfassung
&
Ausblick
Erweiterte Einbindung von PD-Signalen und CMOS-Daten
(Schmelzbad) zur Implementierung von Regelstrategien
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Vielen Dank für Ihre
Aufmerksamkeit!
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