Prozessanalyse und -überwachung beim Metall-Schutzgasschweißen durch optische In-situ-Sensorsysteme

Von:

Marion Purrio

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Schweißnahtfehler wie beispielsweise Spritzer, Bindefehler und Nahtunregelmäßigkeiten beim Metall-Schutzgasschweißen resultieren aus einem nicht optimal eingestellten Prozess oder aus Schwankungen der Prozessrandbedingungen. Die Folgen sind Ausschuss oder kostenintensive Nacharbeiten. Um dem entgegenzuwirken, werden Systeme zur Prozessüberwachung und zur Prozessregelung eingesetzt, die über Sensorsysteme maschinenlesbare Informationen über den aktuellen Prozesszustand zur Verfügung stellen. In dieser Arbeit werden Verfahren aufgegriffen, welche die Bildauswertung zur Informationsgewinnung beim Metall-Schutzgasschweißen einsetzen. Ziel ist es, die bisherigen Möglichkeiten von In-situ-Sensorsystemen zu erweitern und diese zur Prozessregelung nutzbar zu machen. Dazu gliedert sich die Arbeit in zwei Teile: Im ersten Teil wird die Bildauswertung als Hilfsmittel der Inline-Sensorik benutzt, indem Ereignisse des Prozessgeschehens (offline) detektiert und mit aufgenommenen transienten Daten verglichen werden. Dabei kann unter anderem gezeigt werden, dass die Tropfenablösung im Impulsprozess einer eindeutigen Signalcharakteristik des Spannungssignals zugeordnet werden kann; Im darauffolgenden Teil der Arbeit ist das Ziel, Informationen direkt zur Prozessüberwachung und -regelung zur Verfügung zu stellen. Dazu wird beschrieben, inwieweit Charakteristiken aus Bildern erkannt und ausgewertet werden können. Die Algorithmen zur Auswertung sind dabei so gewählt, dass eine praxistaugliche Bildaufnahme- und Bildauswerterate erreicht werden kann. Aus den untersuchten Charakteristiken können Informationen über eine Brennerfehlposition im Verhältnis zur Fuge, das Lichtbogenverhalten sowie die Schmelzbadbreite gewonnen werden.