Mit dem Strahl Fehler sehen

Für die Unternehmen hat die Qualitätsprüfung der Arbeitsprozesse eine hohe Priorität. Fraunhofer-Forscher stellen auf der Messe Euroblech (24. bis 28. Oktober) in Hannover in Halle 11, Stand F44, ein System zur koaxialen Prozesskontrolle (Coaxial Process Control CPC) während der Materialbearbeitung vor.

„Falsche Freunde“ sind nicht besonders beliebt – weder im Privatleben noch während des Schweißens. „Wenn Bleche per Laserstrahl miteinander verschweißt werden, kann es passieren, dass man zwar oben und unten eine Naht sieht, trotzdem aber die übereinander liegenden Bleche nicht miteinander verbunden sind. Der falsche Freund ist ein gefürchteter Fehler im Fachjargon der Automobilhersteller“, erklärt Peter Abels vom Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT in Aachen. „Unser Ziel ist es, mit dem System zur koaxialen Prozesskontrolle diesen und anderen Fehlern künftig leichter auf die Spur zu kommen.“

Die Qualitätssicherung für die Lasermaterialbearbeitung ist ein wichtiges Thema für die Fraunhofer-Forscher. Das Laserschweißen ist ein komplexer Vorgang, der von einer Vielzahl von Faktoren abhängt. Unternehmen müssen lasergeschweißte Nähte schon während oder kurz nach der Herstellung einer Qualitätskontrolle unterziehen, um später teuere Fehlersuche oder gar Schäden an Gegenständen, die zu Verletzungen von Menschen führen könnten, zu vermeiden. Oft ist die Kontrolle nur mit aufwändigen Prüfverfahren möglich. „Unser Beobachtungssystem sitzt direkt im Laserkopf. Das hat den Vorteil, dass es direkt mit dem Strahl ´sieht´. Die emittierte Strahlung aus dem Prozess – das Leuchten – wird über spezielle optische Komponenten aus dem Strahlengang ausgekoppelt, mit einer Hochgeschwindigkeitskamera beobachtet und aufgezeichnet. Mit einem Rechner werden die eingelesenen Prozessbilder nach Möglichkeit in Echtzeit interpretiert“, erläutert Abels den Vorgang.

Bei der Firma Visotek setzen die Fraunhofer-Forscher ihr System erstmals zur Qualitätskontrolle bei der Großserienproduktion einer Schweißkonstruktion ein. Hier wurden die Schweißnähte einer Lüftersteuerung für einen Sechszylindermotor mit Hilfe eines Lecktests auf ihre Gasdichtigkeit geprüft. Dazu überwachten die Experten den laufenden Produktionsprozess mit dem CPC. In der Anlaufphase von 15 Monaten stellte Visotek 510 000 Lüftersteuerungen her, rund 20 000 sortierte das System davon als fehlerhaft aus. Damit waren die zeitaufwändigen Lecktests, die Mitarbeiter von Hand durchführen mussten überflüssig. Sie mussten nur noch die automatisch aussortierten Teile überprüfen. Mehr als 95 Prozent der ursprünglich geplanten Testkapazität konnten so eingespart werden. Weitere Vorteile waren, dass die notwendige Bearbeitungszeit von 20 auf 14 Sekunden sank und kein defektes Teil an den Kunden ausgeliefert wurde und wird. Übrigens hatte der menschliche Prüfer im Vergleichstest 10 Prozent der Defekte nicht erkannt. Inzwischen konnte mit Hilfe der Ergebnisse des CPC auch der Prozess besser eingestellt werden. Damit sank die Fehlerrate auf unter ein Prozent.

CPC bietet den Unternehmen neben der Qualitätskontrolle noch weitere Vorteile: Da das System die Daten in Echtzeit verarbeiten kann, besteht – innerhalb gewisser Grenzen – die Möglichkeit des direkten Feedbacks auf den Laserprozess. Dieser kann dann so geregelt werden, dass weniger defekte Teile entstehen. Und: Das System zur koaxialen Prozesskontrolle lässt sich in der Zwischenzeit nicht nur da einsetzen, wo der Arbeitsvorgang selbst „leuchtet“. „Unser Ziel ist es, künftig Fremdbeleuchtung einzusetzen. Der Gedanke dahinter ist, dass eine integrierte Lichtquelle den Schweißvorgang erhellt und damit das Eigenleuchten überstrahlt. So ist beispielsweise die Unterscheidung zwischen aufgeschmolzenem und nicht aufgeschmolzenem Material und die Einbeziehung dieser Information in die Qualitätsbewertung möglich“, sagt Abels. Besonders interessant für die Metall verarbeitende Industrie wird das neue Kontrollsystem nicht zuletzt dadurch, dass es grundsätzlich mit und ohne Fremdbeleuchtung an fast jede bestehende Laseranlage auch nachträglich angebaut werden kann.