Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung einer Online-Qualitätssicherung für manuelle und teilautomatisierte Kunststoff-schweißungen bei Behältern und Bahnen durch passive Thermografie

Online-Qualitätssicherung, Digitalisierung und Datenaufzeichnung sind bei automatisierten Verarbeitungs- oder Herstellungsprozessen bereits sehr gut realisierbar. Manuelle oder teilautomatisierte Fertigungen basieren hingegen häufig noch auf ebenso manuellen und damit fehlerbehafteten Dokumentations- und Prüfprozessen. Das manuelle Warmgasextrusionsschweißen zur Herstellung von Kunststoffbehältern, -apparaten und -auskleidungen sowie die teilautomatisierten Heizkeil- und Warmgasüberlappschweißverfahren bei der Verlegung von Dach- und Dichtungsbahnen können derzeit während des Schweißprozesses daher nicht digital überwacht und dokumentiert werden. Die Dokumentation der Schweißnähte erfolgt i.d.R. über ein handschriftliches Protokoll. Eine Prüfung der hergestellten Schweißnähte findet zudem erst nach Fertigstellung des gesamten Produkts statt. Das Ziel dieses Vorhabens ist daher die Implementation und Verifizierung einer zerstörungsfreien thermografischen Online-Überwachung in die kontinuierlichen, manuellen bzw. teilautomatisierten Warmgasextrusions-, Heizkeil- und Warmgasüberlappschweißprozesse. Die Qualitätsüberwachung erfolgt durch einen Vergleich thermografischer Aufnahmen direkt an der Maschine nach der Schweißung mit Referenzaufnahmen, wodurch sich die Möglichkeit einer direkten Einflussnahme auf den Schweißprozess bei Detektion von Abweichungen ergibt. Zudem können die Abweichungen umgehend einer Position an der Schweißnaht zugeordnet werden. Das Innovationspotential liegt hierbei in der bisher nicht angewandten Qualitätsüberwachung eines kontinuierlichen Kunststoffschweißprozesses mittels Thermografie und in der sich stetig ändernden Geometrie der zu überwachenden Schweißnaht. Die Forschungsergebnisse ermöglichen insbesondere KMU eine Rationalisierung der Qualitätssicherung kontinuierlicher Schweißprozesse, eine Erhöhung der Schweißnahtsicherheit und damit eine effizientere Produktion durch Einsparung finanzieller und personeller Ressourcen.

Ergebniszusammenfassung:

Bei teilautomatisierten Kunststoffschweißungen ist eine Qualitätsüberwachung mittels Thermografie gut geeignet, um die Einstellungen der Schweißparameter und die Justierung zu überprüfen. Insbesondere als Ergänzung bei Schweißmaschinen, die über wenige sensorische Prozessüberwachung verfügen. Die Thermografie bietet hier die Möglichkeit, einen Abgleich zu Referenzschweißungen durchzuführen, um so Unregelmäßigkeiten im Schweißprozess zu detektieren.

Bei rein manuellen Prozessen ohne eine konstante Vorschubbewegung und Blickwinkel ist die Thermografie mit einer mitlaufenden Thermokamera nicht für eine automatisierte Auswertung geeignet, da keine eindeutige Wegposition dem Thermogramm zugeordnet werden kann.

Bei einer statischen Thermokamera kann das Abkühlverhalten von Schweißnähten gut betrachtet werden. Eine Interpretation kann jedoch nur visuell durch eine Fachkraft erfolgen, da eine softwaregestützte Auswertung durch die zeitliche Differenz der Schweißung und Betrachtung mittels Thermografie entlang der Schweißnaht viel Erfahrung benötigt.

Durch die stetig wachsende technische Weiterentwicklung, insbesondere der Möglichkeiten im Bereich der Softwareprogrammierung für eine Bewertung von Thermogrammen (z. B. KI-Methoden), bieten sich zukünftig basierend auf den Ergebnissen dieses Forschungsprojektes zur „Entwicklung einer Online-Qualitätssicherung für manuelle und teilautomatisierte Kunststoffschweißungen bei Behältern und Bahnen durch passive Thermografie“ weitere neue Ansätze für die Forschung sowie industrielle Anwendungen von Schweißprozessen.