AKoS – Akustische Kontrolle von Schweißnähten bei sicherheitskritischen Bauteilen im Rahmen der Qualitätssicherung

Ausgangssituation

Für Unternehmen, die sicherheitskritische Bauteile herstellen, hat die Qualität von Schweißnähten eine zentrale Bedeutung. Herkömmliche Prüfverfahren sind häufig zeitaufwendig und kostenintensiv, da sie nachgelagert zum Prozess zum Einsatz kommen. Es besteht daher ein klarer Bedarf an einem zuverlässigen, berührungslosen und zerstörungsfreien Verfahren zur frühzeitigen Erkennung von Schweißfehlern direkt im Prozess. 

Innovation für die Industrie: akustische Kontrolle von Schweißnähten und -prozessen

In dem vom BMBF geförderten Projekt »AKoS« entwickelte das Fraunhofer IDMT akustische Verfahren zur Schweißnahtkontrolle unterschiedlicher Schweißprozesse. Die entwickelten Verfahren basieren auf der Analyse des Luftschalls im hörbaren Frequenzbereich (bis 12,5 kHz) in Kombination mit Algorithmen des maschinellen Lernens (ML).

In Machbarkeitsstudien wurden für experimentelle Zwecke gezielt Änderungen in den zu untersuchenden Schweißprozessen vorgenommen, um Fehler und Verschleiß zu simulieren. Dazu zählten u. a. die Reduktion der Schutzgasabdeckung, Verunreinigungen durch die Aufbringung von Öl, Veränderung von Schweißgeschwindigkeit und -abstand, sowie der Einsatz unterschiedlicher Werkzeuge. Dadurch traten gezielt prozesstypische Unregelmäßigkeiten und Qualitätsmängel wie Porennester, Lunker oder Spaltmaße, unzureichende Durchschweißungen, Werkzeugverschleiß oder Schutzgasanomalien auf.

Erfolgreiche Machbarkeit: KI kann Schweißfehler hören

Nach Abschluss der Experimente im Projekt »AKoS« wurde deutlich, dass die Analyse von Prozessgeräuschen bei WIG-, MSG- und Rührreibschweißprozessen Aufschluss über die Schweißnahtqualität und die Stabilität von Prozessen liefert.

Die im Konsortium erarbeiteten ML-Algorithmen werden im Nachgang des Projekts weiterentwickelt und für weitere Ausprägungen von Unregelmäßigkeiten angepasst. Mit dem Projekt »AkoS« wurde der Grundstein für die Implementierung von KI in den lichtbogenbasierten additiven Fertigungsprozess sowie im Rührreibschweißprozess gelegt.

Benefits der akustischen Überwachung

Die akustischen Prüfverfahren ermöglichen es Unternehmen, Schweißprozesse in Echtzeit zu überwachen, Fehler frühzeitig zu erkennen und die Qualitätssicherung zu automatisieren. Weitere Vorteile sind:

• Vermeidung kostenintensiver Nacharbeit und Reduktion von Ausschuss
• Früherkennung von Werkzeugverschleiß, was ungeplante Stillstände reduziert
• Höhere Prozesssicherheit bei gleichzeitig geringerem Prüfaufwand
• Nahtlose Integration in den laufenden Fertigungsprozess, ohne zusätzliche Taktzeit

Insgesamt trägt die Technologie zur Effizienzsteigerung, Kostenreduktion und Qualitätsverbesserung in der industriellen Fertigung bei.