Geregeltes Laserschweißen

Autotüren sind meist Stückwerk: Die Mitarbeiter bauen sie aus mehreren Blechabschnitten zusammen, die sie üblicherweise mit einem Laser aneinanderschweißen.

Der Laserstrahl fährt dabei über die Bleche, die sich ein Stück überlappen und schmilzt sie jeweils in einem Bereich von einigen zehntel Millimetern: Es entsteht ein Durchschweißloch, das sich wieder verschließt, wenn der Laserstrahl weiterwandert. Wichtigste Einstellung dabei ist die Laserleistung – ist sie zu gering, verbinden sich die Bleche nicht fest miteinander, ist sie zu hoch, schneidet der Laser die einzelnen Bleche durch.

Bislang tasten sich die Mitarbeiter über Ausprobieren an die richtige Laserleistung heran und halten sie dann konstant. Dazu kommen Erfahrungswerte: So verschmutzt nach einiger Zeit das Schutzglas, es kommt weniger Laserlicht auf dem Metall an. Verdreckt das Glas früher als üblich, können Stunden vergehen, bis dies entdeckt wird – die Bleche werden unter Umständen währenddessen nicht ordentlich verschweißt. Zwar gibt es eine Kamera, die den Prozess überwacht, der Computer kann jedoch nur rund tausend Bilder in der Sekunde auswerten. Um das schnell wandernde Durchschweißloch zu verfolgen und die Leistung entsprechend zu regeln, sind abhängig vom Schweißprozess Bildraten von über 10 Kilohertz nötig – das entspricht 10 000 Bildern pro Sekunde.

Forscher am Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM in Freiburg haben nun erstmals eine Regelung für Laserschweißprozesse entwickelt, die die Leistung an die Situation anpasst: »Unser System wertet 14 000 Bilder pro Sekunde aus und nutzt die gewonnenen Daten, um die Leistung zu steuern«, sagt Andreas Blug, Projektleiter am IPM. Doch wie schafft es das System, die Bilder mehr als zehnmal so schnell auszuwerten wie herkömmliche Software? »Wir verwenden spezielle Kameras, bei denen in jedes Pixel ein winziger Prozessor integriert wurde. Alle diese Prozessoren – insgesamt 25 000 – arbeiten gleichzeitig. In konventionellen Bildverarbeitungssystemen werden die Daten von wenigen Computerprozessoren der Reihe nach verarbeitet«, sagt Blug. Experten sprechen von »Cellular Neural Networks«, CNN. Wenige Mikrosekunden nach der Aufnahme liefert die Kamera ein bereits ausgewertetes Bild von der Kontur des Durchschweißloches. Für kleine Durchschweißlöcher erhöht das System die Leistung, für große reduziert es sie. »Mit diesem Regelungssystem konnten wir die erste industrienahe Anwendung der CNN-Technologie realisieren«, sagt Blug. Einen Prototypen gibt es bereits. Nun wollen die Forscher das System in der Produktion testen.