DGZfP-JAHRESTAGUNG 2002

ZfP in Anwendung, Entwicklung und Forschung

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SPOTLINE: Qualitätssicherungsinstrument für widerstandsgeschweißte Punkte, Prüfung mit Ultraschall, Prozeßsteuerung online während des Schweißvorganges

Göran Vogt,
Vogt Werkstoffprüfsysteme GmbH,
Burgwedel
Kontakt: G. Vogt

Das Widerstandspunktschweißen ist das wichtigste Fügeverfahren in der Produktion von Automobilkarosserien. Trotz neuer Technologien wie Laserschweißungen und Klebetechnik, wird auch zukünftig das Punktschweißen seinen festen Platz im Karosseriebau halten. Da eine Vielzahl von Einflüssen die Fertigungsqualität der Punktschweißungen bestimmt und die Schweißpunkte einem sehr hohen Qualitätsstandard unterliegen, ist eine systematische überprüfung der Qualität der Punktschweißverbindungen durchzuführen. Die hierfür in der Vergangenheit eingesetzte zerstörende Prüfung ist mit modernen Fertigungsverfahren und Kostenbewußtsein nicht mehr vereinbar. Die Nachteile überwiegen, wie z.B. Zerstörung oder Deformation des Prüflings, hohe Prüfzeiten, erhöhtes Arbeitsrisiko beim Zerstören durch Anmeißeln und mit der Meißelprobe schwer auffindbare lose oder nur verklebte Schweißpunkte bei "Zinkklebern".

Die quasi nicht zerstörende Anmeißelprobe zum Auffinden von losen oder nur verklebten Schweißpunkten in der Produktion ist bereits seit Jahren in innovativen Produktionsunternehmen durch die moderne Ultraschallprüfung wesentlich reduziert oder sogar ersetzt worden. Dabei kommen digitale Ultraschallprüfgeräte wie das upi-50/p und SWI-1 und SWI-100 zum Einsatz. Sie bieten eine lückenlose Dokumentation, Musterbildanzeigen, automatische Bewertungshilfen, eine Fernbedienung, eine umfangreiche Datenbankverwaltung, bedienerfreundliche, an den Prüfprozeß angepaßte Bedienfunktionen sowie Bildschirmoberflächen und vieles mehr.

Die Ultraschall-Handprüfung von Punktschweißverbindungen bietet nur die Möglichkeit einer produktionsbegleitenden stichprobenartigen Qualitäts-überwachung mit großem Personaleinsatz und oftmals hohen Ausschleusekosten von zu prüfenden Bauteilen. So kann trotz der Ultraschallprüfung ein größerer Aufwand an Nacharbeiten entstehen, wenn zeitverzögert zur Produktion das Vorliegen von Schlechtpunkten erkannt wird und eine Information damit zu spät zur Produktion kommt.

Die überprüfung der Schweißung während des Schweißvorganges mit sofortigem Ergebnis bietet das SPOTLINE-Prüfsystem (Bild 1). Es wurde von der Vogt Werkstoffprüfsysteme GmbH, Burgwedel in den letzten 3 Jahren entwickelt, um die überwachung von Punktschweißungen online in der Produktion vorzunehmen. Dadurch kann die Prüffrequenz mit gleichem Aufwand von 1% auf nahezu 100% erhöht werden.

Bild 1: Vier Spotcheck-Ultraschallclients des Spotline Systems zur inline Schweißpunktprüfung in der Produktion
Bild 2: Kleine Ultraschallprüfköpfe zur Integration in C - und X- Zangen.

Zwei in die Schweißzangen integrierte Ultraschallsensoren sowie ein optionaler Schweißstrom-Erkennungssensor liefern dem Ultraschallclient (der Ultraschallbox) SPOTCHECK Informationen über den Schweißstart und Schweißstopp, sowie die Ultraschallsignalbilder der beiden Ultraschallsensoren, die in Durchschallung (ein Sensor ist Sender, der andere Empfänger) und in Impulsecho (jeder Sensor ist Sender und Empfänger zugleich, es werden die Ultraschallreflexionen aus der Schweißung aufgenommen) arbeiten (Bild 2). Diese drei Ultraschallinformationen werden kontinuierlich von Beginn der Vorhaltezeit bis zum Ende der Nachhaltezeit des Schweißvorganges mit einer Pulsfolgefrequenz von >= 500 Messungen je Sekunde aufgenommen und verarbeitet.

Jeder Ultraschallclient ist einer Schweißzange zugeordnet und verwaltet die für die einzelnen Schweißpunkte notwendigen Einstellparameter und Auswertealgorithmen, um Gut- und Schlechtpunkte, sowie zu kleine Punkte, zu unterscheiden. Eine Vielzahl an Ultraschallclients werden an einen Kommunikationsserver über ein 100 Base T Ethernet angebunden (Bild 3).

Bild 3: Systemaufbau des Spotline Ultraschallprüfkonzeptes in Verbindung mit dem Datenmanagement.

Das SPOTLINE System erfüllt folgende Aufgaben:

  • 100%ige Kontrolle aller Schweißpunkte durch Inline - überwachung des Schweißprozesses unabhängig vom Schweißmaschinenhersteller
  • Bewertung der Qualität des Schweißpunktes, Meldung von Qualitätsänderungen
  • Bei Qualitätsminderungen gegebenenfalls Steuerung des Kappenfräsens sowie Regelung des Schweißprozesses bis hin zum Stopp der Produktion bei schlechten Punktqualitäten
  • Reduzierung von Ausschußkosten, Prüfpersonal- und Nacharbeitskosten
  • Eleminierung der subjektiven Qualitätsbeurteilung
  • Verringerung des Produkthaftungsrisikos
  • Transfer der Schweißpunktbewertung zum Systemserver für die Sicherstellung einer lückenlosen Dokumentation

Bild 4: Information über die letzten 100 geschweißten Punkte je Roboterstation
Bild 5: Aktuelle Informationen zu den einzelnen Schweißpunkten eines Schweißzyklus (hier für Roboter 2) und Trendübersicht (hier über 50 Schweißungen) der einzelnen Schweißpunkte eines Roboters/einer Schweißzange

Die Auswertung der Ultraschallinformationen erfolgt durch den SPOTCHECK - Client. Mit Hilfe von Fuzzy-Logic und neuronalen Netztechniken erfolgt die Bewertung. Das Ergebnis über die Qualität des Schweißpunktes GUT, MITTEL/KRITISCH, SCHLECHT (definiert durch zulässige und unzulässige Punktdurchmesser) sowie eine Trendinformation bezüglich der Schweißspritzer wird an einen Kommunikationsserver weitergeleitet.

Der Kommunikationsserver dient der schnellen statistischen Auswertung der Ergebnisse sowie der Trenddarstellung von Prüfergebnissen zur Information des Anlagenwartes vor Ort, der Qualitätssicherung sowie z.B. des Rohbau-Controllings. Des weiteren unterstützt der Kommunikationsserver die Ultraschallclients bei der Selbstüberwachung, der Kalibrierung und der Festlegung der Bewertungskriterien.

Jeder Ultraschallclient SPOTCHECK weist Schnittstellen, vorzugsweise einen Interbus, für die Anbindung eines Netzwerkes, einer Schweiß- / Roboter- oder/und Anlagensteuerung, einer Signalampel, etc. auf. Signale wie Schweißstart/-stopp, Kappenfräsung, neues Bauteil, erneute Schweißung eines Punktes, Statusinformationen über Schweißpunkt-Qualitäten und Systemfunktionalitäten werden mit der Umwelt ausgetauscht. Im Falle von Qualitätsminderungen der Schweißpunkte kann SPOTLINE sofort Maßnahmen einleiten oder darüber informieren, um Schlechtpunkte zu vermeiden.

Alle Informationen können über das Netzwerk an Hostsysteme oder auch an unser UtraSPIS Datenmanagementsystem, das im wesentlichen der statistischen Prozesskontrolle, der Prozessfähigkeitsanalyse sowie dem Rückfluss der Ergebnisse in die Planung und Entwicklung dient, weitergeleitet werden.

Durch eine Modemschnittstelle oder eine Internetverbindung sind Ferndiagnose und Fernwartung, Schulung und andere Dienste einfach realisierbar.

Das Spotline System zeigt, dass die ermittelten Schweißpunktbeurteilungen sehr gut mit den mechanisch nach dem Ausknüpfen gemessenen Schweißpunkt-durchmessern übereinstimmen. Das Bild 6 zeigt für ein unbeschichtetes Blech die gute Korrelation der vom Ultraschallsystem ermittelten Durchmesser mit den per Hand (Meßschieber) gemessenen Durchmessern. Es ist dabei zu beachten, dass die mit Meßschieber ermittelten Vergleichswerte einer Schwankungsbreite von ca. 0,3 - 0,5 mm unterliegen.

Bild 6: Sehr gute Korrelation der mit den Ultraschalldaten errechneten Durchmesser zu den real mit Meßschieber ermittelten Durchmessern

Das Spotline System ist heute zur Kontrolle der Schweißqualität von Zwei- und Dreiblechverbindungen mit unterschiedlichen Blechbeschichtungen im Einsatz.

STARTHerausgeber: DGfZPProgrammierung: NDT.net