Hochpräzises Laserwerkzeug macht den Roboter dynamischer und flexibler denn je!

Der Laser ist aus der modernen Produktions- und Fertigungstechnik nicht mehr wegzudenken. Immer mehr Automobilhersteller und auch deren Zulieferer setzen Laser zum Schweißen, Schneiden und Beschriften ein. Dabei ist der Lasereinsatz überall dort vorteilhaft, wo die hohe lokale Energiedichte auch bei hohen Bearbeitungsgeschwindigkeiten genutzt werden kann. Dies ist beispielsweise beim Schweißen von Karosseriebauteilen auf klassischen Laserbearbeitungsmaschinen mit kartesischen Achssystemen der Fall. Problematischer wird es, wenn stark gekrümmte Konturverläufe mit Vorschubgeschwindigkeiten von 10 m min-1 und mehr geschweißt werden sollen. Dann ist der Einsatz von Strahlablenksystemen für die schnelle und präzise Bewegung des Laserstrahls auf der Bearbeitungskontur eine Alternative.

Besuchen Sie uns auf der Hannover-Messe Industrie vom 15.04. – 20.04.2002 auf dem Gemeinschaftsstand „Laser Technology“ in Halle 6 Stand D18 und auf dem Gemeinschaftsstand Oberflächentechnik „SurfPlaNet“ in Halle 27 Stand G16.

Wird die Fokussieroptik einer Laserbearbeitungsmaschine durch ein Strahlablenksystem erweitert, übernehmen die Achsen der Maschine nur noch die Grundpositionierung dieser Bearbeitungsoptik zum Bauteil. Die genaue Positionierung des Laserstrahls auf dem Werkstück realisiert das Strahlablenksystem mit seinen Ablenkspiegeln. Derartige Ablenkspiegel können aufgrund ihres geringen Gewichts sehr schnell bewegt werden. Damit sind Geschwindigkeiten von einigen 10 m min-1 für den Vorschub des Laserstrahls auf der Bearbeitungskontur mit hoher Bahngenauigkeit realisierbar. Ein solches System für Laserleistungen im Kilowattbereich wird auf der Hannover-Messe 2002 vom Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS Dresden auf dem Gemeinschaftsstand „Laser Technology“ in Halle 6 (Stand D18) präsentiert.

Gezeigt wird ein Roboter, der an seinem Arm ein Hochleistungs-Strahlablenksystem trägt. Ein herkömmlicher Roboter kann bei hohen Bearbeitungsgeschwindigkeiten den feinen Laserstrahlfokuspunkt mit wenigen Zehntel Millimetern Durchmesser nicht immer genau genug entlang komplizierter Bahnkonturen bewegen. Die bisherige Lösung, die Vorschubgeschwindigkeit an diesen schwierigen Bahnelementen zu verringern, ist nicht wirtschaftlich. Mit Hilfe eines im Fraunhofer IWS Dresden entwickelten Strahlablenksystems kann die Dynamik und damit die lokale Positioniergenauigkeit deutlich verbessert werden. Vereinfacht gesagt, fährt der Roboter bei hohen Vorschubgeschwindigkeiten eine geglättete Bahnkontur und die Spiegel des Hochleistungs-Ablenksystems realisieren blitzschnell die exakte Positionierung des Laserstrahlfokuspunktes auf der realen Bearbeitungskontur.

Diese Kombination von Lasertechnik, Elektronik und Informationstechnik wurde unter dem Begriff „lasertronic®“ zusammengefasst, der seit Oktober 2000 ein geschütztes Warenzeichen des Fraunhofer IWS Dresden ist. Derartige Hochleistungs-Strahlablenkoptiken lasertronic® SAO werden bereits industriell eingesetzt, beispielsweise bei der Fa. Behr GmbH & Co. Stuttgart zur automatisierten Fertigung von Abgaskühlern für Dieselmotoren (Abb. 1). Bei der Herstellung dieser Abgaskühler, die zur Emissionssenkung in Lkw’s und Diesel-Pkw’s eingesetzt werden, müssen 12 bis 54 rechteckförmige Rohrenden auf beiden Seiten mit einem Boden gasdicht verschweißt werden. Die dafür im Fraunhofer IWS Dresden in enger Zusammenarbeit mit der Fa. Behr entwickelte Bearbeitungsoptik mit Strahlablenktechnik wurde in zwei, von der Maschinenfabrik Arnold GmbH & Co. KG Ravensburg gebaute Schweißanlagen integriert. Auf diesen Anlagen hat die Fa. Behr in den letzten beiden Jahren über 400 000 Abgaskühler produziert. Die Fa. Arnold ist auf dem Stand des Fraunhofer IWS Dresden mit vertreten; weitere Ergebnisse der Zusammenarbeit werden präsentiert.

Das Fraunhofer IWS Dresden hat auf der Hannover-Messe aber noch mehr zeigen. Im Bereich Oberflächentechnik beteiligen wir uns am VDI-Gemeinschaftsstand „SurfPlaNet“ in der neuerbauten Halle 27, Stand G16. Auch hier werden lasertronic®-Systeme aus dem IWS präsentiert, beispielsweise ein im IWS entwickelter modularer Beschichtungskopf (Abb. 2). Da beim Auftragschweißen und Beschichten alle bekannten Vorteile des Lasers auch mit Diodenlasern erreicht werden, sind erstmals die Voraussetzungen für die Entwicklung mobiler Lasersysteme gegeben, an die bislang nicht zu denken war. Die modulare Beschichtungseinheit vereint in einem koaxialen Beschichtungskopf Pulverzufuhr, Diodenlaser-Fasereinkopplung und Strahlfokussierung und kann unkompliziert in verschiedene Bearbeitungsmaschinen integriert werden. Für höhere Laserleistungen können auch CO₂– oder Nd:YAG-Laser vorteilhaft eingesetzt werden, wodurch die Bearbeitung eines breiten Werkstoff- und Aufgabenspektrums abgedeckt werden kann. Damit steht eine flexible und preisgünstige Bearbeitungseinheit für das Pulver-Auftragschweißen zur Verfügung, insbesondere zur Erzeugung von Oberflächenschutzschichten, zum Generieren von Bauteilen und zum Reparaturbeschichten. Sie ist für den Einsatz in verschiedenen Bereichen des Flugzeugbaus, des Automobilbaus und der Werkzeugindustrie hervorragend geeignet. Nicht nur im IWS, auch im Dortmunder OberfächenCentrum der ThyssenKrupp Stahl AG steht eine Anlage für die Bearbeitung von Kundenanfragen zur Verfügung.

Ihr Ansprechpartner für weitere Informationen:
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik Dresden
Winterbergstr. 28, 01277 Dresden

Dr. Ralf Jäckel
Telefon: (0351) 25 83 444 oder (0172) 84 20 734
Telefax: (0351) 25 83 300
E-Mail: ralf.jaeckel@iws.fraunhofer.de