Fugenfolgeregelung für das Fügen mit Laserstrahlung mittels koaxialer texturbasierter Bildverarbeitung

Vorhabenbeschreibung:

Um die Festigkeit einer Schweißverbindung zu gewährleisten, muss bei Laser-Fügeprozessen (LFP) der fokussierte Laserstrahl relativ zur Stoßfuge präzise geführt werden. Zurzeit werden Lichtschnitt-Triangulations-Sensoren (LTS) zur Detektion der Fugenposition eingesetzt. Um deren zuverlässige Funktion sicher zu stellen, muss ein LTS in lateraler Position vorlaufend mit Sicherheitsabstand zum Schweißprozess angeordnet sein. Hierdurch entsteht eine Störkontur, welche die Zugänglichkeit des Bearbeitungskopfes zum Werkstück einschränkt. Beim Fügen von Kehlnähten an 3D-Strukturen mit einspringenden Ecken ist eine Fugenfolgeregelung (FFR) bis in diese Ecken hinein mit LTS praktisch unmöglich. Beim Fügen von I-Nähten am Stumpfstoß müssen die Kanten entsprechend vorbereitet und strukturiert sein, damit die Fuge für LTS erkennbar bleibt - technische Nullspalte ohne Höhenversatz sind mit LTS nicht zu detektieren. Ziel von FLOKATI ist die Implementierung, Verifizierung und Validierung des texturbasierten Maschinen-Sehen. Ein kompakter Bildsensor wird koaxial im optischen Strahlengang eines Laserbearbeitungskopfes (LBK) angeordnet. Das Schmelzbad und die Fuge sind während des LFP stets gleichzeitig und unabhängig von der Bewegungsrichtung des LBK sichtbar. Mittels texturbasierter Bildanalyse (TBA) wird die Position des Laserfokus relativ zur Fuge auch an technischen Nullspalten ermittelt. Die für die FFR erforderliche Echtzeitimplementierung der TBA wird mit PC-Hardware wirtschaftlich umgesetzt. FLOKATI ermöglicht vollautomatisierte flexible Roboter-Schweiß-Systeme (RSS), welche eigenständig einer Fuge folgen und Abweichungen durch thermischen Verzug kompensieren können (Industrie 4.0). Der Aufwand für die Bahnprogrammierung reduziert sich auf das Teach-In der Startposition einer Fuge, so dass auch kleine Losgrößen wirtschaftlich gefügt werden können. Damit steigt die Wettbewerbsfähigkeit von KMU im Maschinen- und Metallbau, also Hersteller und Anwender vollautomatisierter RSS.