Synchronisierte Qualitätssicherung beim Laserhartlöten

Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Aufgabenstellung

In der online Qualitätssicherung von Laserverfahren ist man auf möglichst robuste Signale aus dem Laserprozess angewiesen. Eine einzige Messmethode reicht dabei oft nicht aus, da die Anzahl sicherheitsrelevanter Merkmale in einem Signal meist begrenzt ist. Darüber hinaus kann die Pseudofehlerrate durch eine kombinierte Auswertung von zwei Signalen verbessert werden. Das synchronisierte Beobachten eines Laserprozesses in unterschiedlichen Spektralbereichen stellt daher eine robuste Methode zur online Qualitätssicherung dar; hier demonstriert am Beispiel des Laserhartlötens.

Vorgehensweise

Mittels einer monochromatischen Fremdbeleuchtung wird der Laserhartlötprozess im sichtbaren Spektralbereich (VIS) aufgezeichnet. Man erhält ein reales Bild der Prozesszone (Bild 1). Gleichzeitig zeichnet eine zweite Kamera die Wärmestrahlung des Prozesses breitbandig im nahen infraroten Spektralbereich (NIR) auf (Bild 2). Die Kameras werden von einem externen Taktgeber synchronisiert.

Ergebnis

Während im VIS-Bild Vorschubgeschwindigkeit, Drahtposition und geometrische Abmessung der Naht detektieren werden, liefert das NIR-Bild Informationen über die Wärmeverteilung der beiden Fügepartner, das Auftreten von Poren (Bild 5), einseitige Benetzung und die Position des Laserspots. Durch Vergleich von NIR- und VIS-Merkmalen können qualitätsrelevante Aussagen getroffen werden. Beispielsweise hat die Position des Laserspots (Symmetrie im NIR-Bild) relativ zur Lage des Drahts (VIS) einen entscheidenden Einfluss auf das Benetzungsverhalten der Fügepartner und damit auf die Entstehung von Nahtfehlern.

Darüber hinaus erfahren die Algorithmen zur Qualitätssicherung einen höheren Grad an Robustheit durch die kombinierte Auswertung beider Kamerabilder.

Anwendungsfelder

Mit dem System ist eine online Qualitätssicherung beim Laserhartlöten von zweiteiligen Automobilheckklappen möglich. Zukünftige Anwendungsfelder sind z. B. das Laserauftragsschweißen und der SLM-Prozess. Neben der Geometrie der Schmelze gibt die Wärmeverteilung Aufschluss über die Güte des Gefüges.