Automatisiertes (Laser)Fügen mit taktiler Nahtführung

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Stanislaus Brodbeck
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1 Automatisiertes (Laser)Fügen mit taktiler Nahtführung Die Scansonic-Technologie - wozu? Funktionsprinzip Einsatzmöglichkeiten, Vorteile, Rahmenbedingungen Systemtechnik - Produktmanager

2 wozu? Anforderung aus dem Karosseriebau: Dach / Seitenteil Lötnaht Kehlnaht am Bördelstoß Kehlnaht am Überlappstoß v1.0 2

3 TAKTILE NAHTFÜHRUNG WOZU? Herausforderung Laserfügen: Kleiner Spot für kleine Wärmeeinflusszone und hohe Intensität In Relation zum Spot große Teile mit großen Toleranzen Keine konstante Lage / Größe / Form der Fügepartner Forderung des Betreibers: Prozesssicherheit Hohe Qualität Geringer Programmieraufwand

hohe Intensität In Relation zum Spot große Teile mit großen Toleranzen Keine

4 Nahtführprinzip Zusatzdraht, Teleskoparm und Optik/Brenner sind an der Schwenkachse montiert Optik/Brenner werden während des Prozesses durch die Drahtspitze geführt Abweichungen zwischen programmierter Bahnposition und tatsächlicher Nahtposition werden durch Bewegungen von Schwenkachse und Teleskoparm ausgeglichen 1 Lateraler Ausgleich durch Schwenkachse (Y) 2 Vorschubrichtung (X) 3 Höhenausgleich durch Teleskoparm (Z) Deshalb folgt Optik/Brenner genau und gleich bleibend der Naht Nahtführung in lateraler und in Höhenrichtung 4

Bewegungen von Schwenkachse und Teleskoparm ausgeglichen 1 Lateraler Ausgleich durch Schwenkachse (Y) 2 Vorschubrichtung (X) 3

5 ALO3 Nahtführung Demonstration lateraler & Höhenarbeitsbereich Nahtführung in Y-Richtung Nahtführung in Z-Richtung Laserbearbeitungsoptik ALO3 mit Nahtführung Nahtführung in Y-Richtung dargestellt Aktiver Autofokus Laserbearbeitungsoptik ALO3 mit Nahtführung Nahtführung in Z-Richtung dargestellt Aktiver Autofokus 5

Nahtführung Nahtführung in Y-Richtung dargestellt Aktiver Autofokus

6 Nahtführprinzip Demonstration: taktile Nahtverfolgung Video Frontansicht Video Rückansicht 6

Bahnpunkte nötig Hohe Nahtqualität bzgl.

7 Nahtführprinzip Vorteile Programmierte Bahn Video kleine Kurvenradien Hohe Prozesssicherheit bei auftretenden Toleranzen Großes Prozessfenster oder höchste Prozessgeschwindigkeit, hohe Anlageneffizienz Einfache Roboterprogrammierung, Weniger Bahnpunkte nötig Hohe Nahtqualität bzgl. Anbindung und Nahtoberfläche kleine Kurvenradien und komplexen 3D-Geometrien sind möglich Anbindungsfehler der Naht werden somit verhindert Keine Abnutzung des Zusatzdrahtes als Tastspitze für die Nahtführung 7

8 Nahtführprinzip Vereinfachte Programmierung Ohne Nahtführung: 4 Bahnpunkte notwendig zur Nahtverfolgung, kein Toleranzausgleich Mit Nahtführung: 2 Bahnpunkte nötig, Toleranzausgleich bei Maß-oder Lageabweichungen Oberblech Unterblech Oberblech Unterblech Bahnpunkte Programmierte Bahn Stoßkante Vereinfachte Programmierung und Toleranzausgleich durch taktile Nahtführung 8

Toleranzausgleich bei Maß-oder Lageabweichungen Oberblech Unterblech Oberblech Unterblech

9 Nahtführprinzip Erfordernisse Kontinuierliche Förderung des Zusatzdrahts, Abstimmung von Drahtdurchmesser und Spotgröße auf: Nahtgeometrie Blechdicke Füllvolumen Start des Fügevorgangs und Nahtende erfordern korrektes Timing Antastvorgang (Aufsetzen der 1 Lateraler Ausgleich durch Schwenkachse (Y) 2 Vorschubrichtung (X) 3 Höhenausgleich durch Teleskoparm (Z) Nahtführung in lateraler und in Höhenrichtung Drahtspitze am Nahtanfang) benötigt etwa 1s Taktzeit Betrachten der Zugänglichkeit und Systemorientierung 9

1 Lateraler Ausgleich durch Schwenkachse (Y) 2 Vorschubrichtung (X) 3 Höhenausgleich durch Teleskoparm (Z) Nahtführung in

10 Systemtechnik ALO1-Y*W Laserlöten mit patentierter Nahtführung durch Zusatzdraht Geeignet für Nd:YAG-Laser Wellenlänge: λ=1064 nm max. 4 kw Laserleistung Fasereinkopplung: Trumpf Typ B Einfach oder doppelt gewinkelte Strahlführung Drahtführmodul mit frei einstellbarer Drahtlänge Seiten-Arbeitsbereich: ± 10 mm (max) Höhen-Arbeitsbereich: ± 5 mm Beidseitiger Befestigungsflansch Abbildungsverhältnisse 1:2.0 oder 1:2.5 Kollimation manuell einstellbar Drahtzufuhr heißdrahttauglich bis 230A Crossjet (weitere Features optional erhältlich) ALO1-YHW

Drahtlänge Seiten-Arbeitsbereich: ± 10 mm (max) Höhen-Arbeitsbereich: ± 5 mm Beidseitiger Befestigungsflansch Abbildungsverhältnisse 1:2.

11 Systemtechnik ALO1-DY*W Neubau und Umrüstung der ALO1 für Fokus- Lötanwendungen Geeignet für Nd:YAG- und Dioden-Laser Wellenlänge: λ= nm max. 4 kw Laserleistung Fasereinkopplung: Trumpf Typ B oder Typ D doppelt gewinkelte Strahlführung Drahtführmodul mit frei einstellbarer Drahtlänge Seiten-Arbeitsbereich: ± 10 mm (max) Höhen-Arbeitsbereich: ± 5 mm Beidseitiger Befestigungsflansch Abbildungsverhältnisse 1:3.2 oder 1:4.0 oder 1:5.3 Kollimation manuell einstellbar Objektiv mit lateraler Einstellung (optional) Drahtzufuhr heißdrahttauglich bis 230 A Crossjet (weitere Features optional erhältlich) ALO1-DYDW

Seiten-Arbeitsbereich: ± 10 mm (max) Höhen-Arbeitsbereich: ± 5 mm Beidseitiger Befestigungsflansch Abbildungsverhältnisse 1:3.2 oder 1:4.0 oder 1:5.

12 Systemtechnik ALO2 Laserschweißen mit patentierter Nahtführung durch Zusatzdraht Geeignet für Nd:YAG-Laser Wellenlänge: λ= 1064 nm max. 4 kw Laserleistung Fasereinkopplung: Trumpf Typ B Einfach oder doppelt gewinkelte Strahlführung Abbildungsverhältnisse 1:0.75 oder 1:1.0 Kollimation/Autofokus einstellbar Kamera und Fadenkreuzgenerator Drahtführmodul mit frei einstellbarer Drahtlänge Drahtzufuhr heißdrahttauglich bis 230 A Höhen-Arbeitsbereich: ± 5 mm Seiten-Arbeitsbereich: ± 10 mm Beidseitiger Befestigungsflansch Crossjet (weitere Features optional erhältlich) ALO2 12

0 Kollimation/Autofokus einstellbar Kamera und Fadenkreuzgenerator Drahtführmodul mit frei einstellbarer Drahtlänge Drahtzufuhr

13 Systemtechnik ALO3 Laserlöten und -schweißen mit patentierter Nahtführung durch Zusatzdraht Geeignete Laser: Diodenlaser von Laserline, Festkörperlaser von Rofin oder Trumpf, Faserlaser von IPG ( nm, bis 4,5kW) Crossjet, Schutzglasschnellwechsler Parametrierbar über Ethernetschnittstelle oder Feldbus Unterschiedliche Abbildungsverhältnisse Viele optionale Features verfügbar, z. B. hochpräziser Werkzeugschnellwechsler; Interbus oder Modbusschnittstelle; Crashsensor; Wasserkühlung; Schutzgaszuführung stechend oder koaxial; Autofokusmodul etc. ALO3 13

Ethernetschnittstelle oder Feldbus Unterschiedliche Abbildungsverhältnisse Viele optionale Features verfügbar, z. B.

14 Systemtechnik APN1 Schweißen und Löten mit patentierter Nahtführung durch Zusatzdraht Adaptive Plattform zur Nahtführung Unterstützung von verschiedenen Schweißbrennern und verfahren (z. B. Plasmatron ) Parametrierbar über Ethernetschnittstelle oder Feldbus Viele optionale Features verfügbar, z. B. hochpräziser Werkzeugschnellwechsler; Interbus oder Modbusschnittstelle; Crashsensor etc. APN1 14

Plasmatron ) Parametrierbar über Ethernetschnittstelle oder Feldbus Viele optionale Features

15 Produkte scapacs Neigungssensor NEIGO Kraftkompensation für Schwenkachse Sensorik erfasst die absolute Winkellage im Raum Mithilfe der bekannten Gewichtskraft am Teleskoparm kann die notwendige zu kompensierende Kraft errechnet und von der Steuerung vorgegeben werden In beliebigen Zwangslagen muss nur noch die notwendige Prozesskraft eingestellt werden und keine Kompensationskraft für die Schwerkraft Insbesondere bei Umorientierung müssen die Prozesskräfte nicht manuell angepasst werden Teil der scapacs Baukastenserie, daher in allen scapacs Gerätekonfigurationen einsetzbar Deutlich vereinfachte Programmierung Evtl. besseres Prozessergebnis bzw. gleichmäßigeres Nahtbild mit konstanter Qualität erreichbar ALO3 mit NEIGO 15

Kompensationskraft für die Schwerkraft Insbesondere bei Umorientierung müssen die Prozesskräfte nicht manuell angepasst werden Teil der scapacs Baukastenserie, daher in allen scapacs

16 Systemtechnik Teleskoparm TA-Motion Teleskoparm mit variabler Federkraft Andruckkraft auf den Fülldraht oder die Führspitze kann durch die Führungsmaschine variiert werden TA-Fix Funktion: Teleskoparm kann an der aktuellen TA-Position gehalten werden TA-Rück Funktion: Teleskoparm kann aus der Arbeitsposition herausgefahren werden ALO3 mit TA-Motion 16

TA-Fix Funktion: Teleskoparm kann an der aktuellen TA-Position gehalten werden TA-Rück

17 Systemtechnik Roboteranbindung Roboteranbindung für MEKO, DFE und scapacs - System wird an den Roboter montiert dann folgen Montage von Crashsensor und scapacs -System Anbindung von Modulen der Medienkopplung MEKO-GAS DFE (optional erweiterbar) Roboteranbindung und Peripherie 17

Crashsensor und scapacs -System Anbindung von Modulen der

18 Systemtechnik Medienkopplung MEKO Baugruppen MEKO Interface für alle Medien & Anschlüsse: MEKO montiert an ALO3 Kühlwasser für die Optik, Crossjet- und Prozessgas, Stromversorgung, Feldbus, Parametrierung (HMI - human machine interface), Videosignal, Fadenkreuzgenerator Flexibel und erweiterbar Medienschnellverschlüsse: selbstschließend und nicht vertauschbar Elektr. Anschlüsse: nicht vertauschbar und nicht verpolbar 18

- human machine interface), Videosignal, Fadenkreuzgenerator Flexibel und erweiterbar

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