28. SEPTEMBER 2016

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Feinkontrolle mit Volldampf


VISIONSYSTEME - Die Qualität von Schweißnähten wird häufig noch mit dem bloßen Auge kontrolliert - selbst bei sicherheitsrelevanten Bauteilen. Wirklich zuverlässige Ereignisse können jedoch allein automatische Systeme liefern. Eine Lösung von Vitronic ermöglicht die hundertprozentige Inline-Prüfung und Dokumentation der Produktqualität jeder einzelnen Schweißnaht in der Taktzeit.

Unzureichende Qualitätskontrolle kann teuer werden: Erst vor wenigen Monaten meldete die Presse, daß ein bekannter Bushersteller mehrere hundert Fahrzeuge zur Kontrolle zurückrufen mußte aufgrund möglicher Probleme an den Schweißnähten der Achsaufhängung, nachdem es zu einzelnen Unfällen gekommen war.

Vermeiden läßt sich ein derartiges Desaster, wenn sichergestellt ist, daß jede einzelne Schweißnaht garantiert den Vorgaben der Konstruktion entspricht. Lange Zeit scheiterte eine Automatisierung dieser wichtigen Aufgabe mittels Bildverarbeitung an der zu geringen Leistungsfähigkeit der dreidimensional arbeitenden Prüfsensoren: Mit in der Regel 50 Profilschnitten pro Sekunde läßt sich zwar die Nahtgeometrie takthaltend vermessen, lokale Fehler wie kleinere Löcher, Poren oder Kerben sind damit nicht oder nur unzuverlässig erkennbar. Man behalf sich mit der Kombination aus zwei- und dreidimensional arbeitenden Verfahren, die jedoch etwa bei Schmauchbildung, verschmutzten Nähten oder Reflexionen gestört wurden.

Moderne 3D-Sensoren arbeiten dagegen mit bis zu 2.000 Profilschnitten pro Sekunde, so daß sich selbst Laserschweißnähte takthaltend und vollflächig dreidimensional prüfen lassen. Derartige Systeme ermöglichen eine standardisierte Qualitätsüberwachung während der Taktzeit anstelle von tagesformabhängiger Qualität, wie sie bei visueller Prüfung zwangsläufig ist. Mit solchen Sensoren arbeitet beispielsweise das Inline-Prüfsystem Viro 3D der Vitronic GmbH. Die Anwendung der Bildverarbeitungsspezialisten aus Wiesbaden eignet sich auch zur Kontrolle von komplexen Bauteilen mit Schweißnähten aller Art, einschließlich Kehlnähten, mehrlagigen Schweißnähten, MIG- und MAG-Nähten bis hin zu Lasernähten in Stahl und Aluminium. Kontrolliert wird eine Vielzahl von Parametern der Schweißnähte, von Länge, Höhe und Form - etwa Spalten, Einbrüche oder Absackungen - über Löcher, Poren und Randkerben bis zur Lage der Naht relativ zu Bauteilkanten.

Der Prüfsensor arbeitet nach dem Laser-Lichtschnittverfahren. Dabei projiziert ein Laser eine Lichtlinie auf den Prüfbereich, und eine Kamera erfaßt den Verlauf der Lichtlinie auf dem Objekt. Aus dem Verlauf der Lichtlinie errechnet der Auswerterechner das Höhenprofil, den „Profilschnitt“, des Objektes an dieser Stelle. Durch eine Bewegung von Sensor oder Bauteil ergibt sich ein komplettes 3D-Abbild der Schweißnahtoberfläche mit einer Auflösung von 0,05 bis 0,4 Millimeter bei Scanraten von 500 bis 2.000 Profilschnitten pro Sekunde.

Der Auswerterechner untersucht die 3D-Daten in Echtzeit auf Schweißnahtfehler und gibt Signal an die weitere Anlagensteuerung aus, um das Werkstück beispielsweise zur Nacharbeit auszuschleusen. Zugleich protokolliert der Rechner Fehlerarten und Fehlerhäufigkeiten für eine lückenlose Dokumentation im Rahmen des Qualitätsmanagements. Dabei ermöglicht es eine Trendanalyse, ein latentes Qualitätsproblem rechtzeitig zu erkennen, bevor Ausschuß entsteht. Der Vergleich unterschiedlicher Zeiträume - etwa zwischen Tag- und Nachtschicht - macht zudem äußere Einflüsse objektiv und transparent. Ein integrierter Monitor zeigt auf Wunsch den aktuellen Prüfstatus, die Prüfstatistiken, den Nahtverlauf oder einzelne Schweißnahtfehler. Über Webbrowser lassen sich diese Informationen auch auf einem PC im Firmennetzwerk anzeigen.

Das Einlernen neuer Nahtgeometrien erfolgt über ein einfach zu handhabendes Teach-In mit fehlerspezifisch festgelegten Toleranzschwellen. Dabei lassen sich auch logische Verknüpfungen realisieren, etwa die zulässige Anzahl von Poren in einem bestimmten Bereich des Werkstücks.

Zum Einsatz kommt das Vitronic-System beispielsweise bei der Inspektion der Schweißnähte von Cockpitträgern bei einem Automobilhersteller. Dabei werden in einer Elektronenstrahl-Schweißanlage zwei Aluminiumteile auf einer Länge von 1,30 Metern miteinander verschweißt. Nach dem Schweißen beurteilt das System die Schweißnähte auf ihre Länge, Form und eventuelle Lücken. Die Bewegung des Bauteils unter dem Sensor ist dabei so gewählt, daß Fehler über 1 Millimeter Größe sicher erkannt werden. Die durch den Schweißprozeß vorgegebene Taktzeit von circa 40 Sekunden wird nicht beeinträchtigt: Das Prüfergebnis der ersten Naht liegt vor, bevor der Roboter den Anfang der zweiten Schweißnaht präsentiert.


Ausgabe:
aut 01/2003
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