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22.02.2013

Automatisierte Infrarot-Thermografie-Prüfung von Laserschweissnähten

Ausschussrate minimiert sich

Automatisierte Infrarot-Thermografie-Prüfung von Laserschweissnähten

Die Wärmefluss-Thermografie, auch als Aktive Thermografie bekannt, hat sich in den letzten Jahren als leistungsfähiges Verfahren der berührungslosen und zerstörungsfreien Prüfung etabliert. Damit lassen sich beispielsweise Fügefehler erkennen sowie Lunker oder fehlerhafte Schweißnähte lokalisieren.

Bei diesem Verfahren erfolgt zunächst ein Energieeintrag in das Prüfobjekt. Geometrie und thermische Eigenschaften bestimmen den daraus resultierenden zeitlichen und lokalen Verlauf des Wärmeflusses im Prüfobjekt. Dieser Verlauf bildet eine entsprechende Temperaturverteilung an der Oberfläche des Prüfobjekts aus, die mit einer Thermografiekamera erfasst wird. Eingesetzt werden insbesondere gekühlte High-End-Kameras mit schnellen Photonendetektoren wie beispielsweise Modelle der gekühlten ImageIR-Serie und ungekühlte Mikrobolometerkameras der VarioCAM-Serien von InfraTec, Dresden. Die geometrischen Auflösungen von bis zu 2048 x 1536 IR-Pixeln, hohe Bildwiederholraten sowie eine exakte Triggerung und thermische Empfindlichkeit bis weit unter 0,015 K liefern die technischen Voraussetzungen für die Erkennung kleinster Materialfehler.

Verschiedene Fehlertypen in unterschiedlichen Materialien können durch den Einsatz spezifischer energetischer Anregungseinheiten detektiert werden. Die Bandbreite umfasst unter anderem Hochleitstungsblitze, Induktionseinheiten oder homogene Halogenstrahler. Je nach Prüfsituation wird die bestmögliche Anregungsquelle gewählt. Diese kann ebenso wie die Thermografiekameras über spezielle Controller-Einheiten direkt aus der Software gesteuert werden.

Die erfassten Thermografiedaten werden mit projektspezifischen Softwaretools wie ThermoCheck, LaserWeld oder der herstellereigenen Aktiv-Thermografie-Software Irbis 3 active analysiert und nach Prüfkriterien ausgewertet. Daraus entstehen Ergebnisdaten und -bilder in Falschfarbendarstellung, in denen die ggf. vorhandenen Defekte zur Protokollierung oder weiteren Auswertung dargestellt werden.

Es stehen verschiedene Analyseverfahren in der Software zur Verfügung. Die Auswahl der geeigneten Algorithmen ist abhängig von den Materialeigenschaften, der Geometrie und der Art der zu detektierenden Defekte. Während bei der Quotientenmethode der Wärmefluss im Prüfobjekt anhand der Steigung bzw. des Abfallens der Oberflächentemperatur untersucht wird, stützt sich die Puls-Phasen-Thermografie (PPT) auf die Analyse von Temperaturverläufen nach verschiedenen Frequenzen. Bei der Untersuchung mithilfe der Lock-in- Thermografie (LIT) werden die Sequenzen mit periodischer Anregung des Prüfobjekts analysiert und es wird u. a. ein Amplituden- und ein Phasenbild berechnet. Als bildgebendes Verfahren ermöglicht die Wärmefluss-Thermografie somit die schnelle Detektion von Fehlstellen und die einfache Dokumentation der Prüfergebnisse sowie deren Anbindung an Datenbanken.

Eingesetzt wird die Wärmefluss-Thermografie zur Offline-Prüfung oder auch zur Inline-Prüfung in der Serienfertigung. Das Anwendungsspektrum reicht von der Qualitätssicherung für Klebe-, Schweiß-, Löt- und andere Fügeverfahren über Lunkerdetektionen (z. B. an Kfz-Interieur-Teilen) bis zur Erkennung von Materialfehlern in Kompositen und von Rissen in Metallen.

Eine automatisierte Anlage zur zerstörungsfreien Prüfung von Karosserien, an deren Entwicklung InfraTec maßgeblich beteiligt war, arbeitet seit Jahren bei einem Automobilhersteller in der Serienfertigung. Sie wird gegenwärtig an die neuen Fahrzeugmodelle angepasst. Mit der Anlage wird die Qualität von Laserschweißnähten einzelner Karosseriebaugruppen mittels Wärmefluss-Thermografie überwacht.

Dazu wird die Baugruppe zwischen zwei kooperierenden Robotern fixiert, die einen Industrieblitz bzw. eine Hochleistungs-Thermografiekamera auf die jeweils zu prüfende Schweißnaht positionieren. Durch definiertes Auslösen des energiereichen Industrieblitzes wird ein Wärmeimpuls in die zu prüfende Laserschweißnaht eingebracht. Der daraus resultierende Wärmefluss und dessen zeitlicher Verlauf werden mit einer hochempfindlichen High-End-Thermografiekamera aufgenommen und mittels eines industrietauglichen Steuer- und Auswertesystems erfasst, bewertet und verarbeitet.

Fehlstellen oder Defekte führen zu einer Veränderung im Wärmefluss und damit zu unregelmäßigen Temperaturverteilungen auf der Bauteiloberfläche. Die herstellereigene Prüfsoftware analysiert die abgespeicherten Thermografiebilder und stellt die Ergebnisse u. a. bildhaft dar. Der Prüfer kann daraus detaillierte Informationen zum Zustand der Schweißnähte entnehmen. Die intuitiv bedienbare Prüfsoftware ermöglicht eine hundertprozentige Dokumentation der Prüfergebnisse und Bedienerhandlungen und kann für jede Prüfstelle individuell parametriert werden.

InfraTec GmbH
www.InfraTec.de

Unternehmensinformation

Infratec GmbH Infrarotsensorik und Messtechnik

Gostritzer Str. 61-63
DE 01217 Dresden
Tel.: 0351 871-8620
Fax: 0351 871-8727

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