Überwachung der Schweißnahtqualität mit SmartSense+

Moderne Technologien zur Überwachung der Schweißnahtqualität spielen eine entscheidende Rolle bei der Optimierung des Ablaufs von Laserprozessen wie Schweißen, Schneiden und Oberflächenbehandlung. Das SmartSense+-System von Coherent bietet eine hochmoderne Lösung, die fortschrittliche Hardware, Datenanalyse und künstliche Intelligenz kombiniert, um eine hohe Schweißnahtqualität und gleichbleibende Ergebnisse zu gewährleisten.

Funktionsprinzip von SmartSense+

SmartSense+ ist ein optomechanisches Gerät, das optische Detektoren und (optional) akustische sowie taktile Piezo-Sensoren zusammen mit einer kompletten Elektronik zur Datenerfassung und Signalverarbeitung integriert. Das System lässt sich problemlos in Lasersysteme wie ExactCut, ExactWeld, StarCut oder PowerLine integrieren.

Wie funktioniert es?

• Das optische System erfasst den zurückgestrahlten Laserstrahl sowie die vom vom Prozess selbst emittierte Strahlung. Die erfassten Signale werden nach Wellenlänge in den sichtbaren Anteil, die Laserwellenlänge und die Nahinfrarotstrahlung (NIR) aufgeteilt und zur Auswertung an separate Detektoren weitergeleitet.
• Ein akustischer Piezo-Sensor erfasst Signale, die auf Probleme hinweisen können, wie beispielsweise die Entstehung von Rissen während oder nach dem Schweißvorgang.

Wichtigste Überwachungsmöglichkeiten

Optische Signale:

• Sichtbare Lichtintensität (sog. Plasma).
• Rückreflexion des Lasers, die auf die Absorption von Energie durch das Material hinweist.
• Wärmestrahlung des bearbeiteten Materials (Temperatur).

Akustische Signale:

• Schallemissionen in der Luft.
• Kontaktsignale aus dem Schweißprozess.

Analysemethoden

Die Kombination aller optischen und akustischen Signale des Prozesses liefert anschließend einen detaillierten „Fingerabdruck“ nicht nur des gesamten Prozesses, sondern auch der anschließenden Abkühlphase. Das System bietet zwei Hauptanalysemethoden:

1. Bestimmung des Prozessverlaufs:
   • Es werden mehrere Tests durchgeführt, auf deren Grundlage die Signalgrenzen für einen korrekten Prozess festgelegt werden.
   • Überschreitet der Prozess diese Grenzwerte, wird er sofort als fehlerhaft gekennzeichnet.
2. Maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz:
   • Das System analysiert eine Reihe von Tests, lernt, zwischen korrekten und fehlerhaften Prozessen zu unterscheiden, und ist in der Lage, die Ursachen von Fehlern zu identifizieren.

Die gewonnenen Daten werden einer Analyse unterzogen, die die Auswertung der Ober- und Untergrenzen der Signale anhand von Referenzprozessen umfasst und gleichzeitig Algorithmen des maschinellen Lernens zur Fehlererkennung und Optimierung. Dadurch erhält es einen detaillierten „Fingerabdruck“ des gesamten Prozesses und entscheidet, ob dieser dem geforderten Standard entspricht. Überschreitet der Prozess die Grenzwerte, wird er sofort als fehlerhaft gekennzeichnet.

Einsatz von SmartSense+

Welche Informationen liefert Ihnen SmartSense+ auf der Grundlage all dieser Daten? Tatsächlich sind es ziemlich viele. Beispielsweise können Sie im Schweißprozess folgende Informationen erhalten:

• über den Ablauf des Prozesses
  • ob der Schweißvorgang tatsächlich stattgefunden hat oder nicht
  • Informationen über die Breite des horizontalen und vertikalen Spalts zwischen den Bauteilen
  • Informationen über Änderungen im Durchfluss von Prozess- und Schutzgas
• über die Betriebsbedingungen des Lasers
  • Informationen über Änderungen der Leistungsdichte
  • Informationen über Schwankungen der Laserleistung
  • Informationen über Änderungen der Fokusposition und des Abstands des Lasers
• Bewertung der Schweißnahtqualität:
  • Oberflächenfehler der Schweißnaht wie Verunreinigungen und Kratzer
  • Löcher, Hohlräume und Mikrorisse in der Schweißnaht
  • unzureichende Durchbrannte oder Unterfütterung
  • „Unebenheiten“ der Schweißnaht
  • Schmelzspritzer

Typische Schweißprobleme, die SmartSense+ erkennt

Zu den typischen Schweißproblemen, die SmartSense+ zuverlässig erkennt, gehören auch solche, die an keiner Schweißlinie vermieden werden können. Dazu zählen insbesondere

• Falsche Schweißzusätze
• Zu niedrige / zu hohe Laserleistung
• Unerwünschter Spalt zwischen den zu verschweißenden Teilen (sowohl horizontal als auch vertikal)
• Verschmutzungen auf der Oberfläche des Werkstücks
• Bearbeitung außerhalb des Laserfokus
• Fehlendes oder unzureichendes Schutzgas
• Verschmutzte Schutzscheibe der Laseroptik

SmartSense+ liefert nicht nur hochwertige Prozessdaten, sondern ist zudem vielseitig einsetzbar. Dank hoher Datenerfassungsraten kann es sowohl mit Dauerstrich- (CW) als auch mit gepulsten Lasern eingesetzt werden. Ebenso ist es in der Lage, industrielle Laser mit hoher wie auch mit geringerer Leistung präzise zu messen. Und während die Überwachung solcher Prozesse traditionell nur beim Laserschweißen zum Einsatz kommt, sind die vom SmartSense+-System gelieferten Informationen auch für das Schneiden, Markieren, Gravieren und sogar für Reinigungsanwendungen nützlich.

Vorteile von SmartSense+

• Schnelle Reaktion: Das System erfasst Daten in Echtzeit und ermöglicht eine sofortige Analyse.
• Flexibilität: Geeignet sowohl für Dauerstrich- als auch für gepulste Laser.
• Zuverlässigkeit: Präzise Erkennung von Fehlern wie falsch ausgerichteten Materialien, Materialverunreinigungen oder Problemen bei der Laserfokussierung.
• Statistiken: Das System liefert einen Überblick darüber, wie viele einwandfreie und fehlerhafte Teile hergestellt wurden, was die Qualitätskontrolle erleichtert.