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Kamerasystem ermöglicht geregeltes Einschweißen für Autokarosserien

Ein neues Kamerasystem kann thermische Bilder in Echtzeit auswerten. Auf diese Weise soll für eine perfekte Schweißnaht gesorgt werden, erklärt die Fraunhofer Gesellschaft. Denn Forschern vom Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM in Freiburg ist nun das so genannte Geregelte Einschweißen gelungen. So bezeichnen Experten den Prozess, bei dem der Laser nicht alle Bleche durchdringt. Also nicht wie beim Durchschweißen, wo kurzzeitig ein Durchschweißloch in der Schmelze zu erkennen ist. Stattdessen wird in das untere Blech nur teilweise eingeschweißt, erklärt die Fraunhofer Gesellschaft. Bisher sei es allerdings nicht möglich gewesen, diesen Vorgang so präzise zu regeln, dass die Schweißnaht den Anforderungen an die Festigkeit genügt.

"Da wir kein Durchschweißloch produzieren, können wir im Grunde nicht sehen, was wir tun", erläutert Andreas Blug, Projektleiter am IPM, die Problemstellung. Mithilfe einer neuartigen Kamera aber sei dieses Problem gelöst worden. Die Kamera erzeugt Temperaturbilder, wird erläutert. Auf diese Weise erkenne das System, wie tief der Laser in die Bleche vorgedrungen sei. Dort, wo er in das Metall eindringt, entsteht eine Schmelze, die als heiße Region auf den Bildern zu erkennen ist, erklärt die Gesellschaft und fügt hinzu: Erreicht die Unterseite des Schmelzbades den Spalt zwischen Ober- und Unterblech, wird die Wärmeleitung unterbrochen, ein kühlerer Punkt ist zu sehen. Die Experten sprechen vom Einschweißloch. Aus der relativen Häufigkeit dieses Einschweißlochs berechne das System die Einschweißtiefe in das Unterblech. Eine Software passe dann die Leistung des Lasers gezielt an.

"Diese Prozessregelung erfolgt in Echtzeit", erläutert Blug. Dafür ist eine extrem schnelle Kameratechnik notwendig. Das System basiert auf "Cellular Neural Networks", CNN. Das bedeute, dass in jedes Pixel ein winziger Prozessor integriert sei. Sie alle arbeiten gleichzeitig und beschleunigen die Auswertung der einzelnen Bilder enorm, während in konventionellen Bildverarbeitungssystemen wenige Prozessoren die Daten der Reihe nach verarbeiten, so die Frauinhofer Gesellschaft. "Das System wertet so bis zu 14.000 Bilder pro Sekunde aus", sagt Blug. Gewöhnlich erreiche man nur 1000 bis 2000 Bilder pro Sekunde.

Gemeinsam mit den Kollegen vom Institut für Strahlwerkzeuge IFSW der Universität Stuttgart sowie dem Institut für Grundlagen der Elektrotechnik und Elektronik IEE der TU Dresden haben die IPM-Forscher nun einen Prototypen entwickelt, der das geregelte Einschweißen beherrscht. Zudem soll er den Automobilherstellern einen weiteren Vorteil bietet: Im Gegensatz zum Durchschweißen verdampft an der Nahtunterseite das Zink nicht. Damit sollen Korrosionsprobleme bei verzinkten Karosserien der Vergangenheit angehören.
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