Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Einsatz optischer Sensorik für die Charakterisierung von Emissionen und Prozessstabilität beim MSG-Schweißen

Ziel des Vorhabens ist es, ein einfach zu handhabendes Werkzeug für die Kontrolle und Reduzierung von Emissionen sowie zur Überwachung der Prozessstabilität beim MSG-Schweißen zu schaffen. Mit Hilfe kostengünstiger Sensoreinheiten auf der Basis von Fotodioden unterschiedlicher spektraler Sensitivität sollen ohne eine Verbindung zur Schweißmaschine die Emission von UV-Strahlung und die Generierung von Schweißrauch im Lichtbogenprozess gemessen werden. Bei grober Angabe der Prozessart und des Grund- und Zusatzmaterials durch den Anwender vergleicht die Auswerteeinheit die Messergebnisse mit Schwellwerten und gibt Zeitpunkte bzw. Nahtpositionen besonderer Abweichungen in den Emissionen und in der Prozessstabilität an.

Der Lösungsansatz besteht in der systematischen Untersuchung der Korrelationen zwischen Emissionen, Prozessstabilität und Lichtbogenstrahlung über verschiedene MSG-Prozesse. Die anschließende Modellbildung schließt prozessübergreifende Charakteristika, prozessspezifische Emissionsmechanismen und Zusammenhänge mit temporären Abweichungen wie Kurzschlüsse, Spritzerbildung und verzögerte Tropfenablösung ein.

Im Ergebnis liegen ein Konzept für das Messverfahren und exemplarisch eine Bedien- und Auswertungssoftware vor. In der Dokumentation werden Anwendungsgrenzen, die Genauigkeit und die Auswirkung von möglichen Bedienfehlern bezogen auf Referenzprozesse ausgewiesen.

Das Werkzeug soll u.a. beim Handschweißen eine genauere Kontrolle der Emissionsbelastung ermöglichen, die dem Anwender Hinweise für eine gezieltere Gestaltung des Arbeitsschutzes und der Arbeitsbedingungen bereitstellt. Das Werkzeug soll den Einsatz emissionsreduzierter Prozesse fördern und dient gleichzeitig als Kontrollwerkzeug für die Prozessstabilität, mit dem der Aufwand bei der Optimierung von Schweißprozessen reduziert werden kann. Langfristig soll das Werkzeug auch zur Einführung neuer Prozesse und bei der Kontrolle der Einhaltung von Normen bzgl. der Emissionen einsetzbar sein.

Das Innovationspotential kann sehr groß sein für mehrere Wirtschaftszweige. KMU könnten erheblich profitieren. Das Vorhaben könnte bei erfolgreichem Abschluss zu erheblichem volkswirtschaftlichen Nutzen führen.

Ergebniszusammenfassung:

Zur Überwachung von Lichtbogenschweißprozessen kommen bei mechanisierten und automatisierten Lösungen bereits in der Regel externe Sensorsysteme zum Einsatz, die die Strom-/Spannungsverläufe als Informationsquelle nutzen und dementsprechend mit den stromführenden Leitungen zum Schweißbrenner und Bauteil gekoppelt sein müssen. Das in dem oben genannten Projekt wurde ein Sensorsystem zusammen mit einer angepassten Mikrokontrollerprogrammierung vorgestellt, dass direkt in ein bestehendes System integriert werden kann.

Beim manuellen Schweißen übernimmt der Handschweißer visuell und akustisch in Verbindung mit seinen Erfahrungen die Überwachung des Schweißprozesses. Hier kann das System aufgrund seiner Größe in den Helm des Schweißers integriert werden, was den optischen Zugang zum Prozess sicherstellt. Des Weiteren ist weitere Zusammenarbeit mit Mitgliedern des projektbegleitenden Arbeitskreises geplant um eine zielgerichtete und an der Praxis und den Bedürfnissen von KMU ausgerichtete Forschung zu erreichen. Das stellt auch die Übertragung in die industrielle Praxis sicher. Darüber hinaus erfolgt der Transfer durch Veröffentlichungen in Fachzeitschriften, Vorträgen auf Fachveranstaltungen und Aufnahme in die akademische Lehre.