Messsystem zur Regelung von Laserschweißprozessen mit pixelparalleler Bildverarbeitung

Beim Laserschweißen treten aufgrund des hochdynamischen Vorgangs häufig Nahtfehler wie z. B. mangelnde »Durchschweißung« auf. Auf viele dieser Nahtfehler kann wiederum durch Veränderung von Prozessparametern, wie beispielsweise Vorschubgeschwindigkeit, Laserleistung oder Fokuslage, gezielt Einfluss genommen werden. Aus diesem Grund wird hier die Anwendung einer neuartigen Kameraarchitektur in der Laserschweißtechnologie vorgestellt, bei der die Intensitätswerte benachbarter Pixel zu so genannten »Cellular Neural/Nonlinear Networks« (CNN) gekoppelt werden. Dazu werden Rechen- und Speicherelemente in die elektronische Beschaltung der Pixel integriert, was eine schnelle, pixelparallele Bildverarbeitung ermöglicht. Durch die Verlagerung von Bildverarbeitungsschritten auf dem Kamerachip werden die Erfassung und Auswertung von bis zu 10.000 Bildern pro Sekunde ermöglicht. Zur Beobachtung des Schweißprozesses wird die Kamera über einen Strahlteiler koaxial in die Bearbeitungsoptik des Schweißroboters integriert, was die Beobachtung der Wechselwirkungszone von der Oberseite aus erlaubt. Dies ermöglicht eine größere Prozesssicherheit bzw. größere Bearbeitungsgeschwindigkeit bei gleicher Qualität.

Das neue Messsystem ist eine Entwicklung des Fraunhofer IPM in Zusammenarbeit mit der Forschungsgesellschaft für Strahlwerkzeuge FGSW, Stuttgart. Das Projekt wird von der Landesstiftung Baden-Württemberg finanziert.

I-Naht-Überlapp-Schweißprozess - 3D Vermessung
© Fraunhofer IPM

I-Naht-Überlapp-Schweißprozess mit einem koaxial durch die Bearbeitungsoptik aufgenommenen Bild der Wechselwirkungszone zwischen Laser und Werkstück