Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik
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WPS-KI-Dreilagig – Methodik zur Parametrierung von 3-Blech- Verbindungen beim Widerstandsschweißen mithilfe der Künstlichen Intelligenz

Das Forschungsprojekt »WPS-KI-Dreilagig« standardisiert die Parametrierung von Dreiblechverbindungen (3-BV) beim Widerstandspunktschweißen (WPS) und nutzt Künstliche Intelligenz, um passende Schweißparameter für neue Kombinationen abzuleiten. Das digitale Werkzeug reduziert den Aufwand bei der Schweißbereichsermittlung deutlich, insbesondere wenn unbekannte Materialkombinationen eingeführt werden.

Das ist besonders für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) in der Automobilindustrie relevant. Denn diese stehen unter wachsendem Druck, das Fahrzeuggewicht zu senken, etwa durch den Einsatz von hochfesten Stählen mit geringen Blechdicken. Solche Kombinationen stellen den Schweißprozess vor neue Herausforderungen.

Von der Simulation zum KI-Modell

© Fraunhofer IPK / Larissa Klassen
Widerstandspunktschweißzelle am Fraunhofer IPK

Zunächst wird der Schweißprozess einer Dreiblechverbindung sowohl experimentell als auch numerisch untersucht. Die numerischen Simulationen erweitern den Datenraum durch zusätzliche Prozessvariation und liefern zugleich Einblicke in den Schweißprozess, die rein experimentell nicht möglich wären.

Auf Basis dieser Prozessdaten entsteht ein erstes Machine-Learning-Modell (ML), das die Bildung der Schweißlinse (der tragenden Schweißverbindung) vorhersagt. Der Algorithmus prognostiziert die untere Stromgrenze, ab der der geforderte Schweißpunktdurchmesser erreicht wird. Ein zweites Modell prognostiziert die obere Stromgrenze, ab der Schweißspritzer auftreten. Es berücksichtigt dabei thermoelektrische Prozesse und physikalische Randbedingungen.

Bei der Modellentwicklung stehen vier Anforderungen im Mittelpunkt:

  • Robustheit: Das Modell reagiert auf reale Prozesseinflüsse im Produktionsumfeld, ohne sie zu überinterpretieren.
  • Generalisierungsfähigkeit: Es lässt sich an unterschiedlichen Anlagen und mit verschiedenen Materialien einsetzen.
  • Datensicherheit: Da das Modell reale Produktionsdaten verarbeitet, ist es gegen Angriffe von außen geschützt.
  • Lokaler Betrieb: Das Modell läuft lokal, sodass keine Daten das Unternehmen verlassen.

Abschließend werden alle Erkenntnisse in einem Demonstratorbauteil zusammengeführt und veranschaulicht.

Leistungen des Fraunhofer IPK

Das Fraunhofer IPK verantwortet die Definition des Datenformats, den Aufbau und die Durchführung der FE-Simulation sowie die Entwicklung der KI-Modelle für die Prognose des Parameterfensters.

Der Aufbau der Simulationsmodelle stützt sich auf langjährige Erfahrung in der numerischen Simulation von Schweißprozessen. Die Expertise aus vorangegangenen Projekten (wie zum Bespiel zur Spritzervermeidung im Widerstandspunktschweißen oder zur Defekterkennung im Laser-DED-Prozess) ermöglichen den bedarfsorientierten Aufbau der KI-Modelle.

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