Evaluierung der Nahtqualität beim automatisierten MAG-Schweißen mittels Strom- und Spannungsanalyse des Schweißprozesses

Abstract

In dieser Arbeit werden die Grundlagen für ein Qualitätssicherungssystem für das automatisierte MAG-Schweißen erarbeitet. Dazu werden Daten in einem Laborexperiment erhoben und verschiedene Analyse durchgeführt. Betrachtet werden die Schweißstrom und -Spannungsverläufe, da diese ohnehin im Schweißsystem bekannt sind.<br />Somit wird, außer einer Recheneinheit, kein zusätzlicher Hardwareaufwand für das Qualitätssicherungssystem benötigt.<br />Für die Analysen werden als erstes Datenreihen in einem Schweißlabor von den elektrischen Größen im Schweißprozess aufgenommen. Die Daten werden über eine USB-Schnittstelle in einen PC geladen. Es werden fehlerlose Nähte, wie auch Nähte mit definiert eingeleiteten Störungen erfasst. Im zweiten Schritt erfolgt die mathematische Analyse der aufgezeichneten Daten. Dazu wird das Mathematik-Softwarepaket Matlab benutzt. Es werden charakteristische Merkmale von Sequenzen der Schweißnähte definiert und beurteilt, wie sie sich aufgrund der eingeleiteten Störungen ändern. Die Problematik ist, dass der Schweißstrom wie auch die -Spannung stochastische Größen sind. Ihr Verhalten ist leider nur sehr beschränkt prognostizierbar und somit auch kontrollierbar. Versuche diese Signale kausal zu beschreiben, scheitern an der Komplexität der physikalischen Vorgänge im Lichtbogen und der äußeren Einflüsse, wie zum Beispiel Schmelzbadschwingungen, Auftreten von Kurzschlüssen in unvorhersehbaren Zeitabständen, etc. Dementsprechend werden als neuer Ansatz stochastische Mittel zu deren Untersuchung herangezogen.<br />Der Schwerpunkt der Auswertung liegt auf der Diskriminanzanalyse. Sie beurteilt viele Merkmale gleichzeitig, und ist somit in der Lage parallele Änderungen zu erfassen. Sie liefert im Endeffekt Berechnungsalgorithmen um alle Merkmale auf ein einziges Kriterium zu reduzieren. Dieses erlaubt sodann die Aussage über die Nahtqualität. Weiters werden die Verteilungsdichtefunktionen der einzelnen Merkmale untersucht, sowie die Änderungen der Korrelationseigenschaften der Merkmale. Diese Wandlungen ermöglichen ebenfalls eine Beurteilung der Qualität des Schweißprozesses und damit auch des Schweißresultates.<br />Letztendlich werden die Möglichkeiten präsentiert die das Potenzial haben eine Qualitätsaussage über die konkret in der Praxis auftretenden Schweißnähte zu treffen. Diese sollten dann im nächsten Schritt in einem System in einer Serienfertigung implementiert werden.