Unzureichend vorgefertigte Bauteile, Probleme beim gleichmäßigen Einspannen, Materialverzug durch zu viel Wärme aus dem Prozess … sehr oft ist es eine große Herausforderung, die vorgegebenen Lagetoleranzen beim Schweißen einzuhalten. Kommt Ihnen das bekannt vor?
Beim Handschweißen können Unregelmäßigkeiten noch ganz gut und mit ein wenig Geschick ausgeglichen werden. Beim automatisierten Schweißen sowie Roboterschweißen sieht das Ganze schon anders aus. Hier wird das Problem auf unterschiedliche Art und Weise gelöst. Von „Ich gebe einfach mehr Schweißdraht in den Prozess, die Fuge wird dann schon ausreichend gefüllt sein“ bis hin zu „Wir setzen ausschließlich auf automatisierte optische Nahtführung, weil wir uns teure Nacharbeit oder gar Ausschuss einfach nicht leisten können“ ist alles dabei.
In diesem Blog möchten wir Ihnen unterschiedliche Ansätze vorstellen, wie Sie beim automatisierten Schweißen und beim Schweißen mit Robotern gemäß den unterschiedlichen DIN-Normen die vorgegebenen Schweißtoleranzen einhalten können. Sie werden erstaunt sein: Was nach einer günstigen Lösung aussehen mag, stellt sich auf Dauer gesehen als Geldschleuder heraus. Andererseits können anfangs herausfordernde Investitionen während der Zeit ihres Einsatzes sowohl Zeit als auch Kosten einsparen.
Bevor ein Roboter oder Schweißautomat eine Naht ausführen kann, muss er wissen, wo sich die Fuge befindet. Das geben Sie dem Schweißroboter natürlich vor. In der Realität gibt es jedoch keine Fuge, die der anderen gleicht. Also besteht die Herausforderung, trotz unterschiedlicher aktueller Fugenpositionen, -größen, Fugenbreiten etc. qualitativ gut zu schweißen.
Werden Schweißtoleranzen überschritten, ist die Schweißnaht fehlerhaft und muss nachgearbeitet werden oder das Bauteil ist Ausschuss.
Es gibt 3 Ansätze zum Ausgleichen oben genannter Abweichungen:
Im konventionellen Prozessmanagement geht es um Ansätze, die versuchen, eine zufriedenstellende Schweißnahtqualität zu erreichen und gleichzeitig den Aufwand zu minimieren. Diese sind:
Vorteil:
Es gibt kaum Vorabinvestitionen. Ausnahmen sind optimierte Spannvorrichtungen, die in der Regel teurer sind, oder Investitionen in die Weiterbildung von Roboterprogrammierern.
Nachteile:
Sie kosten Zeit,
Sie bergen versteckte Kosten,
Sie erschweren die Qualitätssicherung,
Die Nahtsuche zum Ausgleichen von Schweißtoleranzen kann auf zwei Wegen erfolgen: taktil – also durch Berührung mit beispielsweise dem Draht oder der Gasdüse – wie auch optisch.
Bei der taktilen Nahtsuche muss der Roboter erst detektieren, wo der Beginn der zu schweißenden Fuge ist. Hierzu fährt er an das Bauteil heran, bis es zur Berührung mit dem Schweißdraht oder der Gasdüse kommt.
Vorteile:
Nachteile:
Die optische Nahtsuche hat wiederum 3 verschiedene Ansätze:
1. Mit LaserpunktsensorEin Laserstrahl fährt rechtwinklig über die Oberfläche des Bauteils und scannt diese ohne Berührung. Der Roboter erhält die Information, wo der Schweißprozess beginnen muss.
Vorteile:
Nachteile:
Diese Technologie führt eine berührungslose Abstandsmessung mittels Lasertriangulation durch. Hierfür projiziert eine Halbleiter-Laserdiode eine Laserlinie auf das Werkstück direkt unterhalb des Sensorkopfs. Der Sensorkopf ist mit einer Kamera ausgestattet, die die vom Werkstück reflektierte Form aufnimmt und daraus die Position der Fuge messen kann.
Vorteile:
Nachteil:
Eine Kamera verwendet einen Algorithmus, um die Position der Fuge anhand der Helligkeitsunterschiede zwischen der Fuge und dem umgebenden Material zu ermitteln. Dieses Prinzip funktioniert vor dem Zünden des Lichtbogens, wird aber leicht durch Änderungen des Lichteinfalls, der Oberflächenbeschaffenheit oder der Materialien gestört. Für die Nahtführung während des Schweißens selbst ist dieser Ansatz nur bedingt geeignet, da der Lichtbogen ein großer Störfaktor ist. Auf dem Markt gibt es unter anderem ein Kamerasystem von Novarc, welches im Rohrschweiß-Roboter SWR eingesetzt wird.
Vorteile:
Nachteile:
Der effizienteste Weg, um Schweißtoleranzen einzuhalten, ist die Nahtführung. Sie ist zuverlässig und Nacharbeitskosten lassen sich einsparen. Man unterscheidet in taktile und optische Nahtführung.
Die taktile Nahtführung hat 2 Ansätze:
1. Die Suche der Fuge erfolgt durch Berührung mit dem Draht, die Nahtführung erfolgt dann nachgeführt mithilfe des Lichtbogens. Hierzu pendelt der Schweißbrenner und misst den Widerstand.Vorteile:
Nachteile:
Vorteile:
Nachteile:
Die optische Nahtführung hat ebenfalls 2 praktische Ansätze:
1. Lasertriangulation – die flexibelste und vielseitigste Technologie für das Ausgleichen von Schweißtoleranzen. Im Vergleich zu kamerabasierten Systemen ist diese Technologie sehr robust und weniger anfällig für äußere Einflüsse wie Änderungen des Umgebungslichts und Veränderungen der Materialoberfläche. Sie ist die schnellste Methode zum Finden und Schweißen einer Fuge.Vorteile:
Nachteil:
Vorteile:
Nachteile:
Nur eine Technologie ist flexibel genug, um in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden zu können: die optische Nahtführung mittels Lasertriangulation. Sie ist die einzige Methode, die es schafft, auch dynamische Verformungen eines Bauteils wie beispielsweise Verzug durch Prozesswärme zu erkennen und Schweißtoleranzen in Echtzeit auszugleichen.
Optische Nahtführung mit den iST ARC-Sensoren von ABICOR BINZEL passen den Lauf des Schweißbrenners in Echtzeit an. Sie können Werkstückfugen ab 0,1 mm Spaltbreite erkennen und verfolgen.
Natürlich gibt es keine Lösung für »die eine« Nahtführung. Jede Applikation ist individuell. Wenn Sie nach einem Ansatz suchen, der die beste Kombination aus Geschwindigkeit, Robustheit und Flexibilität bieten kann, sind Sie mit der optischen Nahtführung mit Lasertriangulation am besten aufgestellt.
Haben Sie schon Erfahrungen mit den hier genannten Systemen gemacht? Schreiben Sie uns!
Quelle Abbildung 4: https://www.carpano.it/tactile-seam-tracker-ig-3/