KI-basierte Fertigungstechnologie für das autonome Laserschweißen komplexer Schiffstrukturen (KISSS); Teilvorhaben D: KI-basierte Optimierung der Prozesse

Abstract

Innerhalb des Teilprojektes „KI-basierte Optimierung der Prozesse“ des Vorhabens "KI-basierte Fertigungstechnologie für das autonome Laserschweißen komplexer Schiffstrukturen (KISSS)" wurden am Fraunhofer IIS Dresden zwei wesentliche Bereiche bearbeitet:

Thermo-mechanische Simulation des Bauteilverhaltens beim Schweißvorgang Einsatz von KI-Methoden zur Spaltmaßerkennung und Schweißprozessregelung Für die Simulation des Bauteilverzugs wurde ein Modell der Wärmeausbreitung erarbeitet und hinsichtlich mechanische Materialbewegung (Verzug/Verformung) und mikro-strukturelle Veränderungen (Materialzufuhr) erweitert. Nach Abgleich mit Messungen wurde das Modell genutzt, um Untersuchungen zur Verringerung des Bauteilverzugs durch geeignete Wahl der Schweißrichtung und Schweißreihenfolge durchzuführen. Zur Spaltmaßerkennung wurde eine KI-gestützte Methode erarbeitet, um aus Messungen eines OCT-Sensors die korrekten Spaltmaße abzuleiten. Diese Methode verwendet einen Regressionsansatz und bietet auch Interpolationsmöglichkeiten. Auch Heftstellen können so erkannt werden. Der KI-Regler zur Schweißprozessregelung verarbeitet das Spaltmaß und die eingestellten Schweißparameter. Er wurde mit entsprechenden, bei Testschweißungen durchgeführten Messungen (inkl. der Qualitätsdaten der Schweißnähte als Labels) trainiert und ist prinzipiell in der Lage sich über Nachlernvorgänge an geringe Veränderungen anzupassen. Die notwendigen Kommunikationswege (mittels Feldbus und MQTT) für die Messdaten und Steuerparameter für die prozessbegleitende Echtzeit-Inferenz wurden realisiert. Das gesamte KI-System ist auf einem Edge-Gerät implementiert. Es wurde erfolgreich in produktionsnaher Umgebung getestet.