Forschungsprojekt KISA

Das Forschungsprojekt KISA

Künstliche Intelligenz (KI) in der Schweißtechnik

Ein schöner Benefit bei der PI Informatik ist, dass sich unsere Berliner Werkstudenten und Werkstudentinnen mit spannenden Forschungsprojekten beschäftigen können. Es wird also nicht nur für unsere Kunden Software entwickelt, sondern auch Software für innovative Projekte aus dem Bereich Forschung und Entwicklung. Eines dieser Projekte lautet KISA, was die Bezeichnung für einen KI-gestützten Schweißagenten ist. KISA ist ein Forschungsprojekt in Zusammenarbeit mit der Bundesanstalt für Materialforschung (BAM).

Wieso ist eine KI-Technologie für das Schweißen überhaupt nötig?

Die Transformation der Schweißtechnik mit Hilfe von KI ist deshalb sinnvoll, weil sich dadurch auch hier genau wie in vielen anderen Bereichen ökonomische und ökologische Einsparpotenziale ermöglichen lassen. Der Einsatz von KI bedeutet die Automatisierung und Digitalisierung der Schweißtechnik. Die KI-Technologie führt zu einer Verbesserung der Schweißnahtqualität und folglich auch zu einer höheren Fertigungseffizienz. Das wiederum spielt insbesondere für kleine und mittelständische Unternehmen eine große Rolle, weil durch die Steigerung der Produktqualität das Problem Fachkräftemangel entschärft und die Wettbewerbsfähigkeit erhöht wird.
In Puncto Schweißen hat sich unsere Werkstudentin Charleen inzwischen zu einer Expertin entwickelt. Im Folgenden erklärt sie uns, was genau sich hinter dem KISA-Projekt verbirgt und welche Rolle sie als Softwareentwicklerin dabei spielt.

 

 

Wie genau lässt sich denn die Schweißnahtqualität erhöhen?

Oben im Video ist der Prozess des Lichtbogenschweißens zu sehen. Das Lichtbogenschweißen beschreibt den Prozess, bei dem ein elektrischer Lichtbogen Hitze erzeugt. Diese Hitze bringt den jeweiligen Werkstoff zum Schmelzen und es entsteht die sogenannte Schweißnaht.
Um die Qualität dieser Schweißnaht zu erhöhen müssen von jedem Schweißversuch mehrere Werte dokumentiert werden. Dazu gehören das verwendete Equipment, Strom-, Spannungs- und Temperaturmessungen, die Schweißgeschwindigkeit und die Drahtvorschubrate. Die Drahtvorschubrate ist der hervorgeschobene Draht pro Zeit, der schmilzt und in die Schweißnaht fließt.
Diese Menge an Daten händisch zu sortieren, zu analysieren und auszuwerten, wäre sehr aufwändig und umständlich. Deshalb wird im KISA-Projekt Software entwickelt, die solche Daten speichern, anreichern, auswerten und analysieren kann.

Welche Rolle spielt das WelDX-Dateiformat dabei?

Bevor die Bestandteile des KISA-Projektes näher erläutert werden können, muss erstmal die Grundlage für das KISA-Projekt, das WelDX-Dateiformat, erklärt werden. WelDX ist ein von der BAM entwickeltes Dateiformat für Schweißdaten.
Die BAM schreibt sinngemäß über das WelDX-Format: „Das Ziel ist es, den Austausch und die Qualitätssicherung wissenschaftlicher Schweißdaten durch die Etablierung eines gemeinsamen Open-Source-Dateiformats zu vereinfachen.“ Das WelDX-Format ist also dazu da, Daten, die beim Schweißen anfallen, zusammen in einer Datei zu sichern. Es können also zum Beispiel die Geometrie der Schweißnaht und die Messreihen zusammen in einer Datei hinterlegt sein. So wird nur noch eine Datei benötigt, welche alle Informationen enthält.

3D-Visualisierung eines Schweißversuches

Welche Funktionen übernimmt die Softwareentwicklung?

Mit Hilfe der Software, die im Rahmen des KISA-Projektes entwickelt wird, sollen diese WelDX-Dateien gespeichert, analysiert, verwaltet und angereichert werden können. Dafür wurde zuerst der „KISA-Master“ entwickelt, der WelDX-Designer. Dieses Tool ist eine Verwaltungsinstanz für WelDX-Dateien. Das heißt, es können WelDX-Dateien hochgeladen und in einer Cloud gespeichert werden. Diese können zum Beispiel anhand des Schweißnahttyp gefiltert oder heruntergeladen werden. Außerdem können Dateien manipuliert oder Informationen aus den Dateien abgefragt werden, indem beliebiger, vom Benutzer zur Verfügung gestellter Python-Code auf eine Datei angewendet wird. Diese Funktionen sind über eine API ansprechbar. Sie können von jedem beliebigen Front-End benutzt werden.

Muss noch mehr Software für dieses Projekt entwickelt werden?

Zusätzlich wird gerade ein lokaler Schweißagent, die LabBox, entwickelt. Diese soll den Benutzer durch Prozesse von der Erstellung einer WelDX-Datei bis zur Auswertung der Schweißdaten führen. Im ersten Schritt kann eine WelDX-Datei erstellt werden. Anschließend können Prozessparameter und die Schweißnahtgeometrie hinzugefügt werden.

Nachdem ein Schweißversuch abgeschlossen wurde, können die Daten mitder LabBox ausgewertet werden. Es kann z.B. eine Analyse des Videos, das beim Schweißversuch aufgenommen worden ist, erfolgen. Die Schweiß-Spritzer, die in dem Video zu sehen sind, geben dann eine Aussage über die Stabilität des Prozesses.
Der Benutzer kann sich durch die unter dem Dateinamen angezeigten Status durchklicken und in jedem Status die ausgewählte WelDX-Datei verändern oder erweitern. So entsteht am Ende eine Datei, die alle ausgewerteten Informationen über den Schweißversuch enthält.

Mit Hilfe der im KISA-Projekt entwickelten Software können also in Zukunft Schweißversuche bequem und einfach geplant, analysiert und ausgewertet werden.

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