Die auf intelligente Laserschweißlösungen spezialisierte Blackbird Robotersysteme GmbH untersucht im Rahmen eines Forschungsprojektes das Potenzial von optischer Kohärenztomografie (optical coherence tomography, OCT) für Remote-Laserschweißen in der Automobilfertigung. Gemeinsam mit Industriepartnern, darunter auch BMW und OCT-Sensorhersteller Precitec, wird am Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb) der TU München der Nutzen der Technologie für die Flexibilisierung im Karosseriebau, insbesondere für die Elektromobilität, untersucht. Das Vorhaben wird im Rahmen des Förderprogramms „Photonik Forschung Deutschland“ durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.
Flexibilisierung im Karosseriebau für E-Mobilität
Klares Ziel der Bundesregierung ist die Förderung der Elektromobilität. Die Suche nach Ursachen, warum die Zulassungszahlen für E-Fahrzeuge bisher deutlich hinter den Erwartungen zurückbleiben, habe gezeigt, dass ein Grund für die hohen Anschaffungskosten starre Fertigungsstrukturen sind, die keine kosteneffiziente Herstellung von geringeren Stückzahlen zulassen, heißt es. Zukunftssichere Produktionssysteme und Fügeverfahren müssen flexibel, adaptiv und vernetzt arbeiten. Damit sie auch möglichst effizient und autonom agieren können, besteht ein hoher Informationsbedarf der Maschinen über ihr Umfeld und die zu bearbeitenden Objekte. Hier bieten die berührungslosen Verfahren, wie OCT, in Verbindung mit photonischer Sensorik große Potenziale zur Lage- und Zustandserkennung, Bewertung von Bearbeitungsergebnissen und der Weitergabe und Dokumentation dieser Informationen im Fertigungsprozess.
Photonik für flexible, vernetzte Produktion
Diese Vorteile für die Industrie weiter zu erschließen ist Ziel der Förderinitiative "Photonik für die flexible, vernetzte Produktion" und insbesondere des Forschungsprojektes "Robotergeführte, scannerbasierte optische Kohärenztomografie für das Remote-Laserstrahlschweißen zur Flexibilisierung von Prozessketten im Karosseriebau (RoKtoLas)". In dem Projekt widmen sich die Projektpartner BMW AG, Blackbird Robotersysteme GmbH, Precitec GmbH & Co. KG, die Firma Emil Bucher GmbH & Co. KG, applicationtechnology GmbH & Co. KG und das iwb der TU München der Erzielung eines Innovationssprunges in der Herstellung von Rohkarossen durch eine Technologiesubstitution im Bereich Fügetechnik. Das Forschungsprojekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung unter dem Förderkennzeichen 13N14551 gefördert und durch das VDI Technologiezentrum unterstützt.
Schweißnahtanalyse für mehr Effizienz in der Produktion
In dem Projekt kommt seitens Blackbird eine Scan-Lösung bestehend aus einem Intelliweld PR Scan-Kopf des Schwesterunternehmens Scanlab, eine Scan Control Unit und ein OCT-Scanner zum Einsatz. Bei der integrierten OCT-Technologie handelt es sich um eine Einzelpunkt-Hochgeschwindigkeits-Abstandsmessung, basierend auf Interferometrie. Die Bildgebung erfolgt durch ein sehr schnelles Überstreichen des Bauteils mit dem dedizierten OCT-Scanner, der koaxial in den Schweißscanner eingekoppelt ist. Die Schweißlösung verfügt somit über ein integriertes Kantentracking und eine Naht-Topologiemessung. Im Gegensatz zu anderen Messverfahren können bei der OCT-basierten Distanzmessung völlig flexibel vor, innerhalb und nach der eigentlichen Laserbearbeitungszone detaillierte Daten erfasst und ausgewertet werden. Dazu gehören beispielsweise die individuelle Analyse der zu verschweißenden Bauteile, die Nahtverfolgung von Kehlnähten und die genaue Erfassung und Parametrierung von eventuellen Schweißfehlern oder -ungenauigkeiten während des laufenden Schweißvorgangs. Aus diesen Daten können Rückschlüsse zur Nahtqualität gezogen und Fehler, wie beispielsweise zu geringe Nahtbreite, Einbrände, offene Poren, falsche Position, erkannt und erfasst werden. Diese Daten können taktzeitneutral für Qualitätssicherungsmaßnahmen herangezogen werden und so nachgelagerte Qualitätssicherungsschritte einsparen.
„In Zukunft ist eine Vielzahl von weiteren Anwendungsmöglichkeiten – auch über die Automobilindustrie hinaus – denkbar“, erläutert Dr. Ulrich Munzert, Technischer Geschäftsführer der Blackbird Robotersysteme GmbH, das OCT-Verfahren. „Das Forschungsprojekt gibt uns jetzt die Möglichkeit im Rahmen der hohen Anforderungen im Automotive-Umfeld Praxiserfahrungen zur Vereinfachung von Fertigungsansätzen und -prozessen zu sammeln und Alternativen gegeneinander abzuwägen.“
