Anwenderbericht: Inline-Prozesskontrolle zur Qualitätssicherung von Schweißnähten

Diverse Schweißarbeiten im Stahlbau besitzen aktuell einen geringen Automatisierungsgrad, woraus ein hoher manueller Arbeitsanteil sowie eine personen-abhängige Qualität resultieren. Im Rahmen des Verbundvorhaben 3dStahl wurde zur Automatisierung von Prozessen mit geringen Stückzahlen oder gar Einzelteilfertigungen ein 6-Achs-Roboter, ausgestattet mit einem Schweißgerät, kopfüber an einer raumüberspannenden Seilzug-Kinematik befestigt, um großvolumige Objekte (Schleusentore, Brücken) automatisiert zu fügen. Eine schnelle 3D-Sensorik stellt dreidimensionale Daten zur Definition der Schweißregion bereit. Diese Daten werden zur Positionierung und Nachführung des Schweißroboters eingesetzt. Mittels einer Wärmebildkamera und einem multispektralen Kamerasystem wird parallel die prozessbegleitende Qualitätssicherung realisiert.

Die Wärmebildkamera erfasst die Emissionsgradänderung und die Intensitätsverteilung der von der entstandenen Schweißnaht ausgesandten Infrarotstrahlung. Bei der Intensität handelt es sich um die spezifische Ausstrahlung in W/m², d. h. welche Leistung von dem Messobjekt je Flächeneinheit abgestrahlt wird. Die Messung der absoluten Schweißnahttemperatur ist aufgrund der Reflexionseigenschaften des Werkstoffes Metall und des mit der Schweißnahtschmelze einhergehenden veränderlichen Emissionsgrades nur eingeschränkt möglich. Mit dem Messinstrument können durch die Untersuchung von relativen Intensitätsänderungen innerhalb der Messreihe dennoch eine Inline-Prozesskontrolle realisiert und beeinflussende Schweißparameter abgeleitet werden.

Untersuchungsobjekt
Für die Analyse werden zwei Stahlbleche in einem T-Stoß platziert, so dass ein Teil senkrecht mit der Stirnseite auf das andere stößt. Zwischen diesen Blechen wird die entstehende Kehlnaht während des Prozesses untersucht.

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