Eine Publikation der Binkert Medien AG
Ausgabe 04/2018, 13.04.2018

Optimierter Pulvergasstrahl

Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT präsentiert auf der «Control» erstmals ein selbst entwickeltes Inline-System zur Prüfung, Qualifizierung und Justage des fokussierten Pulvergasstrahls der Düsen von Anlagen zum Laserauftragschweissen. Mit dem System lassen sich Düsen zertifizieren und die Kaustik vollständig charakterisieren. Der Anwender kann dank eines Kameramoduls zudem den Prozess visualisieren und überwachen.

Laserauftragschweissen ist ein bereits in verschiedenen Bereichen bewährter Prozess: etwa bei der Reparatur von Werkzeugen oder beim Auftragen von Korrosionsschutzschichten. Das Ergebnis hängt jedoch in hohem Mass davon ab, wie gleichmässig der Laserstrahl das Pulver aufträgt. Eine entscheidende Rolle spielen dabei die Prozessparameter Geschwindigkeit und Volumen der Pulverzufuhr in das Schmelzbad. Vor dem Prozess müssen Düsen und Kaustik (Brennfläche) daher regelmässig geprüft, zertifiziert und kalibriert werden. Der Ablauf dieser Arbeitsschritte war bisher sehr aufwendig und umständlich. Oliver Nottrodt, Projektleiter Prozesssensorik und Systemtechnik am Fraunhofer ILT in DE-Aachen: «Ein Mitarbeiter trug auf einem Blech eine Pulverspur auf, die dann ein Experte überprüfte. Doch diese Aufgabe können nur wenige Fachleute in reproduzierbarer Qualität durchführen.»

Um hier Abhilfe zu schaffen, entschlossen sich die Aachener zur Entwicklung eines maschinenunterstützten Inline-Prozesses. Die Systemlösung besteht aus drei Hauptkomponenten: Einem Kameramodul mit verfahrbarer Optik und Beleuchtung, das an den Bearbeitungskopf montiert wird. Das Vermessen der Düse übernimmt ein in der Anlage platziertes Lasermodul. Die Steuerung dieser beiden Module geschieht durch Elektronik, die in den Schaltschrank oder direkt in die Anlage integriert wird. Nottrodt: «Für die Dokumentation ist es wichtig zu wissen, wo sich die Achsen der Anlage befinden. Ihre exakte Position lässt sich über gängige Datenbusschnittstellen von der Basismaschine übertragen.»

Um die Partikeldichteverteilung und Kaustik des Pulvergasstrahls zu erfassen und zu vermessen, wird dieser mit einer Laserlinie senkrecht zur Pulvergasströmung beleuchtet und von der koaxial angeordneten Kamera durch die Pulverdüse beobachtet. Die Anlage ändert für weitere Messungen mehrmals die relative Position von Laser und Bearbeitungskopf zueinander. Schliesslich zeigt die Auswertung von 2000 bis 3000 Bildern die statistische Verteilung der Partikel in einer Ebene. «Wenn ich auf diesem Wege schrittweise die Kaustik erfasse – also den Fokussierbereich, in dem sich der Pulverpartikelstrahl bündelt – lässt sie sich mit Blick auf die wichtigsten Parameter wie dem minimalen Durchmesser und der Dichteverteilung sehr genau berechnen und charakterisieren», erläutert Nottrodt.

Das Messsystem ermöglicht die standardisierte Vermessung und Zertifizierung der Pulverzufuhrdüsen und die vollständige Charakterisierung des jeweiligen Pulvergasstrahls.

Es leistet Hilfestellung beim Einrichten des Prozesses, indem es dem Anwender eine Vielzahl von Arbeiten abnimmt – wie zum Beispiel das Messen und Markieren der Positionen des Bearbeitungslasers und die Dokumentation aller Arbeitsschritte. Desweiteren überwacht das Messsystem anhand der geometrischen Merkmale des Schmelzbads den Laserauftragschweissprozess, den es zudem visualisiert und dokumentiert.

Auf der Control auf dem Gemeinschaftsstand der Fraunhofer-Allianz präsentieren die Wissenschaftler des Fraunhofer ILT ein Kameramodul mit integrierter Beleuchtung, welches an einem typischen Arbeitskopf montiert ist. Die Funktionsweise des Lasermoduls demonstrieren die Aachener auf dem Computer. (msc)

Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
DE-52074 Aachen, Tel. +49 241 8906-0
ilt.fraunhofer.de

Control Halle 6 Stand 6302



Den Prozess im Griff: Für anspruchsvolle additive Laserverfahren wie das Extreme Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweissen EHLA entstand am Fraunhofer ILT ein Inline-Mess-system. (Bilder: Fraunhofer ILT)


Das neue System zum Vermessen des Pulvergasstrahls sowie zum Einrichten und Über-wachen des Prozesses lässt sich in bestehende Anlagen zum Laserauftragschweissen integrieren.

Fact sheet

Sonderschau: Berührungslose Messtechnik

Die Sonderschau «Berührungslose Messtechnik» im Rahmen der internationalen Leitmesse für Qualitätssicherung +Control» in Stuttgart, 24. bis 27. April 2018, wird in diesem Jahr zum 14. Mal durchgeführt und zeigt neueste Entwicklungen und zukunftsweisende Technologien aus dem Bereich der berührungslosen und zerstörungsfreien Mess- und Prüftechnik. Die Sonderschau hat sich in den letzten Jahren als Marktplatz der Innovationen sowohl bei den Ausstellern als auch bei den Messebesuchern etabliert und wird heuer auf 330 m2 an zentraler Stelle in Halle 6 zu sehen sein.

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