Schweißnahtführung – Präzise Nahtverfolgung während des Schweißens
Bei der Schweißnahtführung, auch Nahtverfolgung genannt, wird die tatsächliche Position des Stoßes während des Schweißprozesses bestimmt. Dafür werden die 2D-/3D-Profilsensoren MLZL in Kombination mit einem Machine Vision Controller mit der uniVision-Software eingesetzt. Während des Schweißprozesses ermittelt der Sensor kontinuierlich die genaue Position der Naht und überträgt den berechneten Verfolgungspunkt als Koordinate an die Robotersteuerung. Der Roboter korrigiert daraufhin die Bewegung des Schweißbrenners. Die 2D-/3D-Profilsensoren MLWL und MLSL eignen sich ebenfalls für eine zuverlässige Schweißnahtführung.
Bei Schweißprozessen kommt es auf Präzision an, da sich Bauteile durch Hitzeeinwirkung leicht verformen oder bewegen können. Auch Fertigungstoleranzen, unterschiedliche Spaltgrößen oder Formänderungen während des Prozesses können auftreten. Die Schweißnahtführung gleicht diese Abweichungen aus und stellt sicher, dass das Material an der vorgesehenen Position aufgetragen wird.
Bei Schweißprozessen kommt es auf Präzision an, da sich Bauteile durch Hitzeeinwirkung leicht verformen oder bewegen können. Auch Fertigungstoleranzen, unterschiedliche Spaltgrößen oder Formänderungen während des Prozesses können auftreten. Die Schweißnahtführung gleicht diese Abweichungen aus und stellt sicher, dass das Material an der vorgesehenen Position aufgetragen wird.
Vorteile der Schweißnahtführung mit 2D-/3D-Profilsensoren
Hohe Qualität der Schweißnaht
Der Schweißbrenner bleibt präzise auf der vorgesehenen Bahn – selbst bei Bauteiltoleranzen oder Positionsabweichungen. Dadurch werden Nahtversätze, Fehler und ungleichmäßige Schweißnähte reduziert.
Weniger Ausschuss und Nacharbeit
Die verbesserte Schweißnahtqualität führt zu weniger fehlerhaften Bauteilen und senkt so Material- und Reparaturkosten.
Hohe Produktivität
Durch automatische Bahnkorrekturen während des Schweißprozesses werden schnellere Fertigungsprozesse ermöglicht, da keine Ausfallzeiten durch manuelle Nachjustierungen entstehen.
Kompatibilität mit unterschiedlichen Bauteilen
Die 2D-/3D-Profilsensoren sind ideal für das Schweißen von Serienteilen mit Maßabweichungen sowie Bauteilen aus dem Press- oder Gießverfahren geeignet. Komplexe Spannvorrichtungen und präzise Vormontagen können somit reduziert werden, was zu einer Zeit- und Kostenersparnis führt.
Unverzichtbar für automatisiertes und robotergestütztes Schweißen
Die 2D-/3D-Profilsensoren bilden die Basis für zuverlässige Schweißprozesse in Industrie 4.0-Umgebungen und reduzieren Ausfallzeiten sowie manuelle Eingriffe auf ein Minimum.
Korrekturen in Echtzeit
2D-/3D-Profilsensoren erkennen Abweichungen in Echtzeit, sodass der Weg des Schweißkopfes sofort korrigiert werden kann.
Schweißnahtfindung – Exakte Positionsbestimmung vor dem Schweißprozess
Bei der Schweißnahtfindung wird die exakte Position des Stoßes vor dem Schweißprozess bestimmt. Mithilfe der 2D-/3D-Profilsensoren MLZL und des Machine Vision Controllers mit der uniVision Software werden eine oder mehrere Messungen durchgeführt, um die tatsächliche Nahtlage zu berechnen. Anschließend passt die Robotersoftware die Bahnpunkte automatisch an – Verschiebung, Verdrehung oder Neigung der ursprünglich eingelernten Roboterbahn werden korrigiert. Die Sensoren ermöglichen zudem eine schnelle und präzise Positionsbestimmung von komplexen Bauteilgeometrien oder bei engen Radien. Auch bei Anwendungen, bei denen der Sensor nicht direkt am Schweißbrenner montiert werden kann und ein größerer Abstand erforderlich ist, können die MLZL-Sensoren eingesetzt werden. Die Schweißnahtfindung ist auch mit den 2D-/3D-Profilsensoren MLSL oder MLWL bzw. den Laserdistanzsensoren Triangulation der P3-Serie möglich.
Vorteile der Schweißnahtfindung mit wenglor-Sensoren
Präzise Positionierung vor dem Schweißen
Die Sensoren bestimmen die exakte Position des Stoßes, unabhängig von Bauteiltoleranzen oder Montageabweichungen. So beginnt der Schweißvorgang immer an der richtigen Stelle, Fehlstarts oder Fehlausrichtungen werden vermieden.
Ausgleich von Maßabweichungen
Die Sensoren sorgen auch bei Bauteilen mit Fertigungstoleranzen, etwa aus Blech oder Gusseisen, für gleichbleibende Ergebnisse. Aufwändige Spanntechnik oder eine präzise manuelle Ausrichtung sind dadurch nicht mehr notwendig.
Automatisierungs- und Robotikfähigkeit
Die 2D-/3D-Profilsensoren und die Laserdistanzsensoren der P3-Serie sind die Grundlage für das vollautomatische oder robotergestützte Schweißen. Die Roboter erkennen die Bauteilposition, korrigieren die eingelernte Bahn und fahren automatisch an die richtige Stelle – ohne manuelles Anlernen.
Unkomplizierte und schnelle Inbetriebnahme
Da weder eine manuelle Kalibrierung noch eine visuelle Justierung erforderlich ist, können Schweißprozesse schneller gestartet werden. Gerade in der Serienfertigung und bei hohen Taktraten ist das von großem Vorteil.
Weniger Ausschuss und Nacharbeit
Eine korrekte Positionierung des Schweißbrenners reduziert die Fehlerquote erheblich. Dadurch sinken die Materialkosten und der Aufwand für Nacharbeiten.
Kombinierbar mit Nahtverfolgung
Vor dem Schweißen findet die Nahtfindung statt, während des Schweißens die Nahtverfolgung. Beide Prozesse zusammen bieten eine umfassende Qualitätslösung.
Leistungsstark und effizient: Nahtführung und Nahtfindung mit dem 2D-/3D-Profilsensor MLZL
Der kompakte 2D-/3D-Profilsensor MLZL besitzt ein schlankes, robustes Gehäuse, das speziell für den Einsatz in Schweißumgebungen konstruiert wurde. Über zwei Befestigungslöcher wird der Sensor direkt am Schweißbrenner montiert. Während des laufenden Prozesses fährt die Schweißanlage den gesamten Konturverlauf des Bauteils ab und der MLZL vermisst per Lasertriangulation die Nahtstelle. Die dabei erfassten Messdaten werden in Echtzeit über die Bildverarbeitungssoftware uniVision verarbeitet und an die Steuerung übertragen – synchron zum Schweißvorgang.
Hohe Profilqualität für hohe Prozesssicherheit
Die High-Performance-Optik und -Filter der MLZL-Reihe gewährleisten eine exzellente Bildgebung auf der Sensorkamera, unterstützt durch eine geeignete Schutzscheibe.
Werkzeugloser Schutzscheibenwechsel
Der Sensor bietet einen einfachen Schutzscheibenwechsel ganz ohne Werkzeug. Dazu wird der Schutzscheibenhalter aufgeschoben, die Scheibe ausgetauscht und der Schutzscheibenhalter wieder eingesetzt.
Integrierte Kühlung und Luftspülung
Die integrierte Kühlmöglichkeit mit Luft oder Wasser verhindert eine Überhitzung von Kamera und Laser durch hohe Umgebungstemperaturen bei Schweißanwendungen. Die Luftspülung verhindert, dass sich Schmutz auf der Schutzscheibe ablagert.
Kompakte und robuste Bauform
Das schlanke und kompakte Gehäuse der MLZL-Serie ist speziell für Anwendungen in der Schweißnahtführung ausgelegt. Dank der Schutzart IP67 ist der Sensor staubdicht und gegen kurzzeitiges Untertauchen geschützt, sodass er in den unterschiedlichsten Arbeitsumgebungen eingesetzt werden kann.
| Sensor / Zubehör | Medium | Dimension | |
|---|---|---|---|
| Integrierte Kühlung und Luftspülung des MLZLxxx | Kühlung: | Schlauch mit 4 mm Außendurchmesser | |
| Wasser | Max. 2 bar | ||
| Ölfreie Luft | Max. 2 bar | ||
| Spülung: | |||
| Ölfreie Luft | Max. 2 bar | ||
| Zusätzliche Kühlmodule (ZLWK und ZLSK für MLSL und MLWL) |
Wasser | Max. 2 bar | Schlauch mit 6 mm Außendurchmesser und 4 mm Innendurchmesser |
| Ölfreie Luft | Max. 2 bar | ||
| Zusätzliches Schutzgehäuse ZLSS003 für MLSL1-Serie | Kühlung: | Schlauch mit 6 mm Außendurchmesser und 4 mm Innendurchmesser | |
| Wasser | Max. 2 bar | ||
| Ölfreie Luft | Max. 2 bar | ||
| Spülung: | |||
| Ölfreie Luft | Max. 2 bar | ||
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Sensor / Zubehör
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Integrierte Kühlung und Luftspülung des MLZLxxx
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Wasser
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Ölfreie Luft
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Spülung:
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Ölfreie Luft
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Zusätzliche Kühlmodule (ZLWK und ZLSK für MLSL und MLWL) |
Ölfreie Luft
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Zusätzliches Schutzgehäuse ZLSS003 für MLSL1-Serie
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Wasser
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Ölfreie Luft
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Spülung:
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Ölfreie Luft
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Medium
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Kühlung:
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Max. 2 bar
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Max. 2 bar
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Max. 2 bar
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Wasser
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Max. 2 bar
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Kühlung:
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Max. 2 bar
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Max. 2 bar
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Max. 2 bar
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Dimension
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Schlauch mit 4 mm Außendurchmesser
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Max. 2 bar
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Schlauch mit 6 mm Außendurchmesser und 4 mm Innendurchmesser
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Schlauch mit 6 mm Außendurchmesser und 4 mm Innendurchmesser
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Weitere Sensoren und Zubehör für die Schweißnahtführung und -nahtfindung
Für den Einsatz in Schweißanwendungen können ebenfalls die 2D-/3D-Profilsensoren der MLSL- sowie MLWL-Serie verwendet werden. Das wenglor-Portfolio bietet ergänzend passendes Zubehör wie Anzeige- und Bedienelemente, verschiedene Befestigungsmöglichkeiten, Kabel und Anschlussstecker, Schutzgehäuse und -scheiben sowie Kühlmodule, um den rauen Umgebungsbedingungen bei Schweißanwendungen standzuhalten.
Montagemöglichkeiten der 2D-/3D-Profilsensoren
Um eine zuverlässige Schweißnahtführung und -nahtfindung zu erreichen, sind bei der Montage der 2D-/3D-Profilsensoren MLZL, MLSL und MLWL folgende Hinweise zu beachten, denn je nach Sensortyp ist die Montage unterschiedlich. Zudem sollte die Kamera des Profilsensors nicht direkt auf die Schweißstelle gerichtet sein, da das Licht des Schweißprozesses sonst zu Störungen führen kann.
MLZL
MLSL
MLWL
Um einen kleinen oder großen Vorlauf zu erzielen, können die 2D-/3D-Profilsensoren MLSL und MLWL in einem Winkel α montiert werden.
MLSL mit großem Vorlauf
MLWL mit großem Vorlauf
Stoßarten bei der Schweißnahtführung
Bei der Schweißnahtführung gibt es verschiedene Stoßarten, um Metallteile zuverlässig miteinander zu verschweißen und eine hochwertige Schweißnaht zu gewährleisten.
Stumpfstoß
Überlappstoß
Parallelstoß
T-Stoß
Kreuzstoß
Eckstoß
Mehrfachstoß
Schrägstoß
Software uniVision 3 für Nahtführung und Nahtfindung
Die Bildverarbeitungssoftware uniVision von wenglor bietet eine leistungsfähige und benutzerfreundliche Möglichkeit zur Verarbeitung von Daten aus zweidimensionalen Höhenprofildaten. Für Schweißanwendungen gibt es das Modul „Profil Schweißnahtführung", das eine einfache und schnelle Stoßerkennung für die Nahtverfolgung und Nahtfindung ermöglicht.
Modul „Profil Schweißnahtführung“
Mithilfe des Moduls „Profil Schweißnahtführung“ können alle Stoßarten anhand der Höhenprofile von 2D-/3D-Profilsensoren zuverlässig erkannt werden. Das Modul liefert den Führungspunkt sowie weitere nahtspezifische Messwerte, die für eine exakte Robotersteuerung erforderlich sind. Damit bildet es die Grundlage für sensorgesteuerte Nahtverfolgungsanwendungen mit Robotern oder auf Linearisierungstischen.
Vorkonfigurierte Templates
Schnelle Integration in bestehende Prozesse dank vorkonfigurierter Templates für gängige Stoßarten und die Roboterkalibrierung.
Direkte Ergebnisübergabe
Vorkonfigurierte Übergabe der Messergebnisse an die Robotersteuerung für reibungslose Prozessabläufe.
Submodul „History & Filter”
Zuverlässige und stabile Ausgabe der Tracking-Punkte mit dem Submodul „History & Filter”.
Tutorials zur Einrichtung von Templates
Die nachfolgenden Videos zeigen Schritt für Schritt, wie die vorkonfigurierten Templates für den Stumpfstoß, den Überlappstoß, den T-Stoß und das Finden von Dellen eingestellt werden.
Webbasierte Visualisierung
Jeder Template-Job zur Stoßerkennung enthält eine webbasierte Visualisierung, die alle relevanten Ergebnisse auf einen Blick anzeigt. Es besteht auch die Möglichkeit, eine eigene individuelle Visualisierung zu parametrieren. In regelmäßigen Abständen aktualisiert der Internetbrowser den Inhalt der Visualisierung, sodass Bedienende ein visuelles Feedback des Prozesses erhalten. Per Drag & Drop können folgende Visualisierungen eingefügt werden:
- Live-Profil
- Koordinaten Führungspunkt
- Status-Anzeigen
- Messwerte (z. B. Breite, Höhe, Versatz, Fläche)
- Bilder / Logos
- Overlays (z. B. Linien, Begriffe, Werte, Kennzeichnungen, etc.)
Hohe Präzision auf glänzenden Oberflächen
Beim Schweißen spielt die Art des verwendeten Materials eine entscheidende Rolle, da verschiedene Metalle unterschiedliche optische Eigenschaften aufweisen. Einige Metalle haben eine matte Oberfläche, die eine klare Erkennung ermöglicht, während andere Metalle, wie beispielsweise Aluminium, sehr glänzend sind. Diese erzeugen dadurch viele Reflexionen, die die Sichtbarkeit der Schweißnaht beeinträchtigen können. Auch die Form des zu schweißenden Bauteils hat Einfluss auf die Reflexionen. Insbesondere runde Objekte erzeugen mehr Reflexionen als flache Strukturen.
Die MLZL-Sensoren in Kombination mit der Software uniVision erkennen Stoßpositionen auch auf stark spiegelnden Metalloberflächen präzise. Durch spezielle Softwarealgorithmen werden Lichtreflexionen effektiv minimiert, sodass die Profildaten zuverlässig verarbeitet und ausgewertet werden können, um eine exakte Schweißnahtführung zu gewährleisten.
Die MLZL-Sensoren in Kombination mit der Software uniVision erkennen Stoßpositionen auch auf stark spiegelnden Metalloberflächen präzise. Durch spezielle Softwarealgorithmen werden Lichtreflexionen effektiv minimiert, sodass die Profildaten zuverlässig verarbeitet und ausgewertet werden können, um eine exakte Schweißnahtführung zu gewährleisten.
Einfache Integration durch zahlreiche Roboter-Schnittstellen
Eine Vielzahl von Roboter-Plug-ins gewährleistet eine reibungslose und unkomplizierte Kommunikation mit allen führenden Robotermarken. Die offene Schnittstelle ermöglicht darüber hinaus die nahtlose Integration einer breiten Palette von Robotern anderer Hersteller.
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Systemaufbau im Überblick
2D-/3D-Profilsensor mit Machine Vision Controller und uniVision 3 Software
Aufnahme der Profildaten
Verarbeitung in uniVision 3
Datenübergabe an den Robot Controller
Ausführung der Korrekturen
Korrektur
Weitere Möglichkeiten des Systemaufbaus
Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung des Profilsensors im Betriebsmodus „Smarter Profilsensor". Das bedeutet, dass die aufgenommenen Profildaten im Sensor weiterverarbeitet werden.
Wie funktioniert der Betriebsmodus „Smarter Profilsensor"?
Der 2D-/3D-Profilsensor MLZL erfasst während des Schweißvorgangs die Daten der Schweißnaht. Auf dem MLZL ist die Software uniVision 2 mit dem Modul „Profil Schweißnahtführung" installiert. Aus den aufgenommenen Profilinformationen werden präzise TP-Koordinaten (Tracking Point) der Schweißnaht berechnet. Diese Koordinaten werden dann über die konfigurierbare TCP- oder UDP-Schnittstelle an den Robot Controller übertragen. Dieser sendet daraufhin Bewegungsdaten an den Roboter, um dessen Bahnführung in Echtzeit anzupassen.Der 2D-/3D-Profilsensor MLZL kann auch mit einer Kunden- oder Drittanbietersoftware, nicht mit der wenglor-Software uniVision, verwendet werden.
Wie funktioniert der Betriebsmodus „Profilgenerator" mit Third-Party-IPC?
Der Roboterarm mit dem 2D-/3D-Profilsensor MLZL bewegt sich entlang der vorgesehenen Schweißnaht, der Sensor ist im Betriebsmodus „Profilgenerator" und erfasst die Profildaten der Naht. Anschließend werden diese Daten vom MLZL über die TCP-/IP-Schnittstelle an den Third-Party-IPC übertragen. Für die Integration des Profilsensors in Third-Party-Software stehen mehrere Optionen zur Verfügung:- Unter anderem ist ein SDK für Windows und Linux verfügbar.
- Alternativ kann die Einbindung über den Standard GigE Vision erfolgen.
Schweißnahtführung und -nahtfindung ohne Roboter
Auch bei Schweißanwendungen ohne Roboter bieten unsere 2D-/3D-Profilsensoren eine leistungsstarke Lösung für eine zuverlässige Schweißnahtführung und -nahtfindung. Die uniVision-Software stellt hierfür zahlreiche Schnittstellen bereit, die eine flexible Integration in unterschiedliche Steuerungen ermöglichen.
- Im Betriebsmodus „Smarter Profilesensor" stehen Kommunikationsschnittstellen wie TCP/IP und UDP zur Verfügung.
- Im Betriebsmodus „Profilgenerator" in Kombination mit dem Machine Vision Controller ist zudem eine direkte Anbindung über Industrial Ethernet (Profinet, EtherNet/IP, EtherCAT) möglich.
Bei Schweißprozessen vielseitig einsetzbar
2D-/3D-Profilsensoren können beispielsweise auch bei den folgenden Schweißarten eingesetzt werden.
MIG (Metal Inert Gas)
MIG (Metal Inert Gas)
Metallschweißen mit inerten d. h. inaktiven Gasen
MAG (Metal Active Gas)
MAG焊
Metallschweißen mit aktiven Gasen
WIG (Wolfram Inert Gas)
TIG焊
Metallschweißen mit einer nichtabschmelzenden Elektrode aus reinem oder legiertem Wolfram
Laserschweißen
Laserschweißen
Das Laserschweißen erlaubt große Schweißgeschwindigkeiten bei hochpräzisen Ergebnissen
Schweißnahtfindung mit dem Laserdistanzsensor Triangulation der P3-Serie
Zur Schweißnahtfindung können neben den 2D-/3D-Profilsensoren auch die Laserdistanzsensoren Triangulation der P3-Serie eingesetzt werden. Diese Sensoren arbeiten nach dem Triangulationsprinzip. Das bedeutet, dass sie den Abstand zur Oberfläche kontinuierlich messen und so selbst geringe Distanzunterschiede erkennen. Durch diese Technologie werden auch sehr dünne Schweißnähte präzise erfasst, selbst bei glänzenden Metalloberflächen.
Funktionen im Überblick
- Analogausgang: 4…20 mA
- Drahtlose Einstellungen über Bluetooth
- Grafisches Display für eine einfache Bedienung
- Messwert unabhängig von Material, Farbe und Helligkeit
- Robustes Aluminiumgehäuse
Branchen und Anwendungen der Schweißnahtführung und -nahtfindung
Automobilindustrie
Schiffbau
Stahl- und Brückenbau
Rohr- und Behälterbau
Luftfahrtindustrie
Schweißzellen in der Serienfertigung
Fertigung mit wechselnden Bauteilgeometrien
Anwendungsmöglichkeiten der Schweißnahtführung
Schweißnahtführung in Roboterzellen
In vollautomatischen Roboterschweißzellen ist es vor dem Schweißprozess nötig, die exakte Position von Stößen zu bestimmen. Hierzu wird ein 2D-/3D-Profilsensor direkt vor dem Schweißbrenner am Roboter montiert. Per Lasertriangulation erkennt der Sensor nun den Stoß. Der Führungspunkt wird über die Software uniVision ermittelt, an die Steuerung gesendet und die Schweißnaht platziert.
Automatisierte Nahtführung beim Behälterschweißen
Beim automatisierten Schweißen von Stahltanks ist die exakte Positionierung der Schweißnaht von großer Bedeutung. Ein am Schweißbrenner installierter 2D-/3D-Profilsensor ermittelt den Konturverlauf und gibt die Positionsdaten über eine Auswerteeinheit an die Linearachsen zur Führung des Brenners weiter. Ein spezielles Schutzgehäuse schützt die Sensoren vor Schweißspritzern und Fremdlichteinflüssen.
Schweißnahtführung in Unterpulverschweißanlagen
In der Stahlindustrie wird bei Materialdicken von über sechs Millimetern das sogenannte Unterpulver-Schweißverfahren angewendet. Um den auf einer Linearachse installierten Schweißbrenner exakt zu führen, muss der Stoß präzise vermessen werden. Ein vor dem Schweißkopf installierter 2D-/3D-Profilsensor mit Kühlmodul und Schutzscheibe ermittelt den Konturverlauf des Stoßes auch bei hohen Temperaturen mikrometergenau.
Schweißnahtkontrolle
Für das Ergebnis beim Schweißen sind die Art des Materials, die angewendete Schweißtechnik und die Umgebungsbedingungen entscheidend. Daher ist es wichtig, die geschweißten Verbindungen im Nachgang zu kontrollieren. Die 2D-/3D-Profilsensoren gewährleisten eine präzise Schweißnahtführung und -nahtfindung sowie eine zuverlässige Schweißnahtkontrolle. Somit sind höchste Qualität und Sicherheit während und nach dem Schweißvorgang sichergestellt.
Kostenlose Leihgeräte
Damit Sie vorab prüfen können, ob sich unsere Produkte für Ihre Anwendung eignen, bieten wir Ihnen die Möglichkeit, wenglor-Geräte kostenfrei zu testen. Auf Anfrage stellen wir Ihnen gerne Leih-, Test- oder Demogeräte aus unserem gesamten Portfolio zur Verfügung. Kontaktieren Sie uns gerne, wenn Sie an einem Mietgerät interessiert sind.
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