Konturerfassung mittels Sensorik und Kamerasystemen

Die Konturerfassung stellt für digitalisierte Fertigungsprozesse einen wichtigen Faktor dar, um Gestaltabweichungen zu erfassen und entsprechende Maßnahmen einzuleiten.

Problemstellung

Für die Anwendungsgebiete Fügetechnik, Lasermaterialbearbeitung sowie additive Fertigung in modernen und digitalisierten Fertigungsprozessen ist die Konturerfassung ein wesentliches Element. Gestaltabweichungen können mit ihr erfasst, verarbeitet und entsprechende Maßnahmen, bspw. eine Korrektur der Bahnplanung, eingeleitet werden.

Zielsetzung

Auf Grundlage verschiedener Technologien können dabei zwei- und dreidimensionale Konturen erfasst und berechnet werden.

Projektbeschreibung

Im Rahmen des Demonstrationsprojektes wurden Beispielprozesse des thermischen Fügens von Kunststoffen mit Metallen, das Laserstrahlschweißen sowie die additive Fertigung mittels Lichtbogenverfahren als Demonstrationsprozesse identifiziert. Diese sind jeweils mit besonderen Herausforderungen für KMU verknüpft. Die flexible Gestaltung der einzelnen Beispiele lässt dabei die Darstellung für verschiedene Anwendungen zu, um jeweils auf die individuellen Bedürfnisse der KMU eingehen zu können.

• Thermisches Fügen von Kunststoffen mit Metallen: Online-Erfassung von oberflächlichen Formabweichungen im Bereich << 1 mm, die für Anwendungen im Sichtbereich bereits als Ausschlusskriterium dienen. Für KMU kann die Sensorintegration, die Datenerfassung und -verarbeitung, die Steuerungsanbindung sowie die Minimierung des Störeinflusses durch die Laserstrahlung des Fügeprozesses durch adaptierte Sensorik als Demonstrator dargestellt werden.

• Laserstrahlschweißen: Hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten und Störemissionen, bspw. durch ionisierten Metalldampf, erschweren die Erfassung von prozessrelevanten Konturabweichungen (bspw. Spalte < 0.2 mm) in industriellen Fügeprozessen. Anhand des Demonstrationsbeispiels für das Laserstrahlschweißen wurde Sensorik mit hinreichender zeitlicher und örtlicher Auflösung integriert sowie die Online-Datenerfassung sowie -verarbeitung demonstriert.

• Additive Fertigung mittels Lichtbogen: Im Rahmen des Demonstrationsprojektes Konturerfassung erfolgte einerseits die Anbindung einer mechanisierten 3D-Konturerfassung an den Demonstrator Blockchain. Neben der nachgelagerten Erfassung der Bauteilkontur stellt die Prozesserfassung eine besondere Herausforderung hinsichtlich der hohen Helligkeitsdynamik dar, um Prozess und Bauteil gleichzeitig mit einem Messsystem erfassen zu können. Die Implementierung einer geeigneten Kamera erlaubte dabei die simultane Erfassung von Komponente und Lichtbogenprozess und gestattet Aussagen zum störungsfreien und kennlinienabhängigen Tropfenübergang abzuleiten, die für eine Steuerung des Prozesses genutzt werden.

Der Einsatz gleicher Messtechnik in verschiedenen Bereichen ermöglicht eine zielgruppengerechte Darstellung verschiedener Demonstrationsszenarien der Digitalisierung.