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Tuesday, September 20, 2022, TZ 3 4:30 PM Moderne Schweißverfahren - Laserstrahlschweißen I |
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Fugenfolgeregelung für das Fügen mit Laserstrahlung mittels koaxialer texturbasierter Bildverarbeitung |
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Wolfgang Fiedler / Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, Germany Frederic Schulze* / Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, Germany |
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Das Forschungsprojekt FLOKATI beinhaltet die Umsetzung und Erprobung eines neuartigen Fugenfolgesensors und Bildverarbeitungssystems, mit dem die Detektion der Fugenlage selbst bei technischem Nullspalt ermöglicht wird. Im Gegensatz zu klassischen Ansätzen der Bildverarbeitung, die auf Helligkeitsverläufen und deren Gradienten basieren, wurde am Fraunhofer ILT ein alternativer texturbasierter Ansatz zur Auswertung der Bilddaten entwickelt. Die Segmentierung der Bilddaten erfolgt auf Basis eines erlernten Texturwörterbuches, wobei Veränderungen in der Textur der Oberfläche benachbarter Bildausschnitte zu deren Unterscheidung und Abgrenzung genutzt werden. Bei der texturbasierten Analyse wird die Bildinformation mit Hilfe einer Filterdatenbank und komplexer statistischer Algorithmen klassifiziert. Aufgrund der dafür erforderlichen Rechenleistung war eine Echtzeitimplementierung bisher unwirtschaftlich. Die Leistungsfähigkeit von Grafikprozessoren (GPU), Field-Programmable Gate Arrays (FPGA) und der PC-Hardware hat sich jedoch stetig verbessert. Diese Fortschritte machen es heute möglich, die eingesetzten Bildverarbeitungsalgorithmen in Echtzeit wirtschaftlich zu realisieren. Das Sensorsystem verfügt über eine monochrome 2D Kamera, die koaxial in den Strahlengang des Schweißkopfes integriert ist. Mittels Echtzeit-Bildverarbeitung wird der Abstand zwischen der Stoßfuge der Fügepartner und dem Interaktionspunkt (TCP), sowie die Nahtbreite zur adaptiven Steuerung einer Schweißstromquelle ermittelt. Das Projekt ist sowohl verfahrens- als auch produktorientiert. Auf der einen Seite wird die Laserbearbeitung mit Bearbeitungsoptiken für fasergeführte Strahlquellen verbessert, indem die Bahnprogrammierung durch die Bestimmung der Fugenlage relativ zur Fokusposition und eine Online-Korrektur in Echtzeit automatisch an die jeweilige Geometrie der Fügezone angepasst wird. Auf der anderen Seite wird die Möglichkeit geschaffen, die neuentwickelte Technologie in bestehende Laserfertigungsanlagen mit Bearbeitungsoptiken zu integrieren. Dadurch werden sowohl die Positionier- und Wiederholgenauigkeit, als auch die Flexibilität für das Fügen von 3D-Stahlbau-Strukturen gesteigert und damit die Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit der Systeme deutlich erhöht. |