Automatisierte Schweißprozesse sind dank innovativer Industrieroboter längst Realität in der Produktionskette. Ganz anders sieht es aus, wenn es um die Qualitätssicherung der Schweißnähte geht – hier werden häufig noch manuelle Prüfmethoden wie Messschieber und Messbänder eingesetzt. Diese Prüfmethoden sind jedoch nur schwer zu automatisieren und zu standardisieren. Deshalb haben die Stahlotec GmbH und die Experten von #HandsOnMetrology, unserem 3D-Scanning-Netzwerk, das neue Software-Funktionspaket „Weld Check“ entwickelt. Dieses ermöglicht die automatisierte Prüfung von Schweißnähten nach DIN EN ISO 5817. Erreicht wird dies durch den Einsatz von 3D-Scanning und der Prüfsoftware GOM Inspect Pro.
Fehlerhafte Schweißnähte führen zu beschädigten Teilen oder im schlimmsten Fall zum Ausfall ganzer Schweißkonstruktionen. Aus Sicherheitsgründen sind daher einige Branchen verpflichtet, die Schweißnähte einer regelmäßigen Sicherheitsprüfung zu unterziehen. Dynamisch belastete Schweißkonstruktionen, wie sie im Schienenfahrzeugbau, Stahlbau, Druckbehälterbau, Straßen- und Eisenbahnbrückenbau sowie im Rohrleitungsbau vorkommen, unterliegen der Prüfpflicht nach DIN EN ISO 5817. Die Norm ermittelt eventuell auftretende Unregelmäßigkeiten und ordnet sie Bewertungskategorien zu, die unterschiedlichen Sicherheitsanforderungen entsprechen.
Eine der ersten und wichtigsten Methoden zur externen Qualitätskontrolle von Schweißnähten ist die Sichtprüfung durch den Schweißaufsichtsbeamten, auch Sichtprüfung (VT) genannt. Sie dient dazu, offensichtliche Abweichungen in Form, Maßhaltigkeit und Oberflächenstruktur zu erkennen. Diese Schweißnahtunregelmäßigkeiten stellen eine Abweichung vom gewünschten Qualitätsgrad eines Produktes dar. Ihre Entstehung wird durch den Grundwerkstoff, das Schweißverfahren und die Nahtvorbereitung beeinflusst. Häufige Unregelmäßigkeiten sind z.B. Risse oder Poren, Hinterschneidungen, eine Unterwölbung von Decklagen oder eine übermäßige Schweißnahtverstärkung.
Bisheriges Verfahren der Sichtprüfung von Schweißnähten und seine Nachteile
Betrachtet man moderne Fertigungsverfahren und Schweißroboter, so wird die Prüfung von Schweißnähten in Teilen der Industrie zum Engpass, da sie noch nicht automatisiert ist. Sie wird nach wie vor vom Personal, genauer gesagt: vom Schweißaufsichtspersonal, durchgeführt. Die Sichtprüfung beschreibt die äußere Qualitätssicherung der Schweißnaht. Sie basiert nach DIN EN 13018 auf der Auswertung der Wechselwirkung zwischen dem Medium Licht und der Probe. Daher sind die richtigen Beleuchtungsbedingungen elementar. Empfohlen wird 500Lx, was einer normalen Innenraumbeleuchtung entspricht. Allerdings sind die Prüfstellen nicht immer hell beleuchtet und die Schweißnähte befinden sich oft in schwer zugänglichen Bereichen des Bauteils. Daher sind Taschenlampen ein gängiges Hilfsmittel. Darüber hinaus gibt es eine Reihe von manuellen Messgeräten wie Messschieber, Dreimaßstäbe, Stahllehren und Nahtlehren. Mit diesen Werkzeugen werden zahlreiche Maße genommen und dann mit den Zulässigkeitskriterien der vorgeschriebenen Norm verglichen. Darüber hinaus wird bei der VT-Prüfung auch kontrolliert, ob alle Schweißnähte in Lage und Vollständigkeit der vorherigen Zeichnungsvorgabe entsprechen. Die Schweißaufsicht entscheidet dann, ob festgestellte Mängel ausgebessert werden können oder ob das Teil im schlimmsten Fall verschrottet werden muss. Die Sichtprüfung ist sehr zeit- und arbeitsaufwendig. Gerade bei großen Gewerken und schlecht zugänglichen Schweißnähten ist eine sorgfältige Prüfung nur mit hohem Zeitaufwand zu gewährleisten. Die fehlende digitale Dokumentation der Sichtprüfung erschwert eine Nachkontrolle bei später auftretenden Mängeln. Aufgrund der Relevanz einer genauen Materialprüfung zur Sicherstellung der gewünschten Qualität empfiehlt sich eine automatisierte Lösung, die Fehler vermeiden kann. Das Stahlbauunternehmen wandte sich mit genau dieser Herausforderung an das Team von #HandsOnMetrology.
Automatisierte Prüfung von Schweißnähten – so geht’s
Das Scannen von Teilen und deren Prüfung in GOM Inspect Pro ist seit langem ein fester Bestandteil der Prozesskette von Stahlotec. Zur Gewinnung von 3D-Daten wird der handgeführte T-SCAN hawk eingesetzt. Die Beibehaltung des gewohnten Scanprozesses und die Erweiterung der Prüfmöglichkeiten in der Software um die automatisierte Prüfung der Schweißnähte war daher naheliegend. Dabei wird der Vorteil genutzt, dass sowohl ganze Teile als auch einzelne Stücke dieser Teile einschließlich ihrer Schweißnähte innerhalb von Sekunden gescannt werden können. Auf diese Weise werden sie digitalisiert und stehen als 3D-Modell für die Auswertung in der Prüfsoftware GOM Inspect Pro bereit.
Visuelle Prüfung eines Motorradrahmens: die Software im Detail
Mit der Kombination aus dem 3D-Scansystem und der Schweißnahtprüfungsfunktion in GOM Inspect Pro ist eine automatisierte Sichtprüfung an jedem beliebigen Teil möglich, unabhängig von Größe und Form. In diesem Beispiel dient ein Motorradrahmen zur Veranschaulichung. Nachdem dieser mit dem handgeführten T-SCAN Hawk vermessen wurde, werden die Scandaten in die GOM Inspect Pro Software geladen. Danach folgt die eigentliche Prüfung der Schweißnähte. In der Software wird eine einfache Kurve verwendet, um die zu prüfende Schweißnaht auszuwählen. Anschließend kann eine beliebige Anzahl von Abschnitten definiert werden, z. B. alle in einem Abstand von 10 mm. Diese Abschnitte des Motorradrahmens können nun mit der neuen Zusatzfunktion „Weld Check“ (Schweißnahtprüfung) ausgewertet werden. Alle Merkmale der DIN-Norm 5817 sind dort automatisch hinterlegt und werden nicht nur per Mausklick geprüft, sondern auch direkt in die entsprechenden Bewertungskategorien B, C oder D eingeordnet. Grün bedeutet erfüllt, orange zeigt an, dass sie gerade noch innerhalb der Toleranz liegt und rot bedeutet, dass sie die Kriterien nicht erfüllt. In unserem Beispiel entspricht die ausgewählte Schweißnaht nur in einem Abschnitt nicht den Vorgaben für die Schweißnahtverstärkung. Bereits bei der Prüfung der einzelnen Merkmale können separate Berichte erstellt werden. Selbstverständlich ist auch eine Gesamtprotokollierung aller Merkmale des VTs möglich. Dies ermöglicht eine digitale Dokumentation aller durchgeführten Sichtprüfungen. Ist eine Referenz in der Software hinterlegt, kann auch die Lage und Vollständigkeit der Schweißnähte überprüft werden. Diese Referenz kann ein CAD-Modell oder ein 3D-Scan sein. So kann bei einer Kleinserie von Motorradrahmen der Musterscan als Vorlage gespeichert werden und als Maßstab für die Serienprüfung dienen.Beginnen Sie jetzt mit der automatischen Prüfung von Schweißnähten
Wenn Sie daran interessiert sind, jetzt mit der automatischen Schweißnahtprüfung zu beginnen oder mehr über 3D Scansysteme erfahren möchten, wenden Sie sich einfach an support@handsonmetrology.com. Sie können hier auch eine Demo für das Weld Check Package anfordern, das in der GOM Inspect Pro Version verfügbar ist.