Im Laserschweißprozess wird das zu schweißende Material durch die hohe Intensität des fokussierten Laserstrahls verdampft. Aufgrund dieses hochdynamischen Vorgangs treten häufig Nahtfehler auf. Durch Veränderung von Prozessparametern wie beispielsweise Vorschubgeschwindigkeit, Laserleistung oder Fokuslage, kann gezielt Einfluss auf viele dieser Nahtfehler genommen werden.

Für eine 100%-Qualitätskontrolle bei laserbasierten Schweißprozessen ist langfristig eine Prozessregelung unumgänglich. Aufgrund der komplexen und hochdynamischen Prozesse muss eine solche Regelung auf einer sehr schnellen optischen Bildverarbeitung basieren. Die erforderliche Rate liegt bei mehreren Kilohertz. Das ist bisher mit konventioneller Bildverarbeitung nicht möglich. Aus diesem Grund wird an einer neuartigen Kameraarchitektur in der Laserschweißtechnologie gearbeitet, bei der die Intensitätswerte benachbarter Pixel zu so genannten "Cellular Neural/Nonlinear Networks" (CNN) gekoppelt werden. CNN-Kamerasysteme erreichen durch intelligente neuronale Vernetzung eine starke Datenreduktion und ermöglichen so eine Bildverarbeitung im multi-Kilohertz Bereich.

Rechen- und Speicherelemente werden zu diesem Zweck in die elektronische Beschaltung der Pixel integriert. Das ermöglicht eine schnelle, pixelparallele Bildverarbeitung. Durch die Verlagerung von Bildverarbeitungsschritten auf den Kamerachip wird die Erfassung und Auswertung von bis zu 10.000 Bildern pro Sekunde erreicht. Zur Beobachtung des Schweißprozesses wird die Kamera über einen Strahlteiler koaxial in die Bearbeitungsoptik des Schweißroboters integriert. Dadurch kann die Wechselwirkungszone von der Oberseite aus beobachtet werden. Als Qualitätsmerkmal für die Festigkeit der Schweißnaht hat sich das "Durchschweißen" etabliert, das als Maß sowohl für eine unzureichende als auch für eine zu starke Durchschweißung geeignet ist. Erste Ergebnisse zeigen, dass für dieses Kriterium Bilder mit einer Bildrate von 10 kHz ausgewertet und entsprechende Regelsignale erzeugt werden können. Erst seit Ende 2007 ist diese Technologie verfügbar. und gestattet erstmals eine Regelung von Laserschweißprozessen aufgrund von Qualitätsmerkmalen.

Das neue Messsystem ist eine Entwicklung des Fraunhofer IPM, der Universität Frankfurt und der Forschungsgesellschaft für Strahlwerkzeuge FGSW, Stuttgart. Basierend auf den Messungen am Schweißprozess aus dem Diagnostikzentrum der Forschungsgesellschaft für Strahlwerkzeuge mbH (FGSW) und dem CNN-know-how des Fraunhofer IPM und der Universität Frankfurt soll in diesem Projekt eine Prozessregelung für Laserschweißprozesse erarbeitet und getestet werden. Das Projekt wird von der Landesstiftung Baden-Württemberg finanziert.

I-Naht-Überlapp-Schweißprozess mit einem koaxial durch die Bearbeitungsoptik aufgenommenen Bild der Wechselwirkungszone zwischen Laser und Werkstück
(Quelle: Fraunhofer IPM)