21.06.2019

Besser schweißen mit intelligenter Messtechnik

Optimiertes Laserauftragschweißen dank bidirektionaler Sensorik.

Die Qualität generativ gefertigter Bauteile steht und fällt nicht nur mit dem Fertigungs­verfahren, sondern auch mit der Inline-Prozess­regelung. Die Prozessregelung sorgt für einen sicheren Beschichtungs­prozess, denn Abweichungen von der Soll-Geometrie werden sofort erkannt. Wie gut das mit einer bidirektionalen Sensorik bereits beim Laser­auftrag­schweißen im Zusammen­spiel mit einer kommerziellen Optik gelingt, demonstriert das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT auf der Laser World of Photonics 2019 auf dem Messestand A2.431.

Abb.: Umlaufender Mess­punkt zur Inline-Messung aufgetragener Spurhöhen beim...
Abb.: Umlaufender Mess­punkt zur Inline-Messung aufgetragener Spurhöhen beim Laser­auftrag­schweißen (Bild: Fh.-ILT)

Das Fraunhofer ILT entwickelt optische Sensorik seit rund zehn Jahren gezielt für die Fertigungs­messtechnik. Dabei hat sich insbesondere die Sensorik mit der Bezeichnung „bd-1“ beispielsweise bei der Messung von Metall­banddicken bewährt. Aufgrund der bidirektionalen Arbeitsweise nimmt die Laser­mess­strahlung den gleichen Hin- und Rückweg. Sender und Empfänger müssen hier nicht aufeinander ausgerichtet werden, deshalb kann die Messstrahlung unter anderem auch über Scanner-Spiegel oder andere Ablenk­vorrichtungen geführt werden. Die „bd-1“-Messtechnik lässt sich aus diesem Grund sehr gut mit Laserstrahlen kombinieren, die beispielsweise für den Laser­auftrag genutzt werden.

Diese Eigenschaften sprachen dafür, die bidirektionale Sensorik auch bei additiven Fertigungs­verfahren zu nutzen: So hängen etwa Spurhöhe und Schichtdicke beim Laser­auftragschweißen von sehr vielen Faktoren ab. Trotz aller Bemühungen, die Verfahrens­parameter konstant zu halten, kommt es immer wieder zu Schwankungen – etwa bei der Material­zufuhr und der Verfahr­geschwindigkeit an Umkehrpunkten. Die Folgen sind schwankende Schichtdicken und geometrische Abweichungen. Weil sich aber zum Beispiel die Material­zufuhr nicht beliebig stabilisieren lässt, steht und fällt die Auftrags­qualität mit der ständigen Inline-Überwachung der Schichtdicke. Sie erlaubt es, schnell auf Schwankungen bei Spurhöhen und Lagen zu reagieren. Insbesondere beim Laser­auftragschweißen von größeren Bauteilen kann die bidirektionale Inline-Messung zur Qualitätssicherung und Prozess­regelung eingesetzt werden.

Die Messtechnik wurde zunächst mit einer hauseigenen Optik vereint. Das Fraunhofer ILT zeigt in München nun das Zusammenspiel der „bd-1“-Sensorik mit der kommerziellen, serien­mäßigen Optik eines großen deutschen Laser­herstellers. Verwirklichen lassen sich derartige Lösungen ohne großen Aufwand, denn dank der kompakten Gestaltung der „bd-1“-Messköpfe können sie leicht in bestehende Optiken integriert werden. Um aufgetragene Spurhöhen richtungs­unabhängig messen zu können, wird die Messstrahlung koaxial zur Bearbeitungs­strahlung eingekoppelt und über Spiegel um den Auftrags­punkt abgelenkt. 

Anwender können die „bd-1“-Sensorik bei pulver- und koaxial­draht­basierten Laser­auftragsprozessen zur Qualitäts­sicherung und zum Aufbau einer Echtzeit-Regelung von Fertigungs­prozessen nutzen. Die Sensorik eignet sich außerdem zur Überwachung und Regelung weiterer Anwendungen wie Laserbohren und Laser­mikro­strukturierung. Details erfahren Interessenten beim Gespräch mit den Experten des Fraunhofer ILT vom 24. bis zum 27. Juni 2019 auf dem Fraunhofer-Gemeinschaftsstand 431 in Halle A2. 

Fh.-ILT / DE
 

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