Die Laser Remote-Technik

Transkript

1 Die Laser Remote-Technik Grundlagen Lieferprogramm

2 Laser Remote Grundlagen Kernstück unserer Laser Remote Systeme kurz LR Systeme ist jeweils eine hochdynamische Laserstrahlablenkungskinematik für verschiedene Arbeitsraumgrößen in 3D bzw. 3D plus 4. Zustellachse zur Arbeitsraumerweiterung. Die Antriebe bestehen aus hochdynamischen Linearmotoren, die für Kreisbewegungen als sogenannte Drehtische ausgelegt sind. Die Regelung erfolgt über Einsatz von hochauflösenden Absolutgebern der EnDat-Familie der Fa. Heidenhain. Die z-positionierung erfolgt bei unseren Systemen durch Verfahren der Fokuslinse, die bei Brennweiten von mm in der Praxis ein vorheriges Konditionieren des Laserstrahls erforderlich macht. Anfänglich realisierte man dies durch ein reflektiv wirkendes Teleskop. Die anschließende Fokussierung erfolgte durch eine transmissiv wirkende Linse. Heute fasst man beide Funktionen zusammen und arbeitet mit einem sogenannten Fokusteleskop, welches üblicherweise in Verbindung mit CO -Lasern eingesetzt wird. Dieses Fokusteleskop bietet den weiteren Vorteil, dass es keinen Focus Shift wie bei der Erwärmung transmissiver Fokuslinsen durch höhere Laserleistungen gibt. Auf Basis unserer RS Roboter Steuerungen und der Erfahrung mit etlichen 1000 Einsätzen im Feld, steht Ihnen für die besonderen Anforderungen der LR- Kinematiken inzwischen die SC 3 Controllergeneration mit dem dazu passenden Teach Panel TP 3 zur Verfügung. Diese bedient neueste Anforderungen an Sicherheit und Kundenwünschen bei gewohnt einfacher Bedienung. In Ergänzung unserer bewährten Softwaretools, wie z. B. Pendeln oder die Umwandlung relativer Unterprogramme in prozessoptimale Absolutprogramme, führten wir eine Reihe Neuerungen ein. Beispielhaft seien hier nur die 10-fache Programmspeichererweiterung und eine deutlich vereinfachte Sicherheitseinbindung genannt. Vielleicht kennen Sie unsere LR-Technik bereits unter dem Handelsnamen RWS unseres OEM-Partners Rofin Sinar. Schon zu Beginn lieferte der CO -Laser die notwendige Strahlqualität für eine Remote Anwendung. Inzwischen stehen aber auch Scheiben- sowie Faserlaser in hoher Strahlqualität und nötiger Leistung zur Verfügung. Durch einfachen Austausch der optischen Komponenten in unseren Systemen, lassen sich diese für alle 3 Laserstrahlquellen einsetzen. Dabei ist das Strahlbewegungssystem immer identisch und in drei Arbeitsraumlängen (max. 1,5m;,0m und,85m) erhältlich. Die Arbeitsraumbreite beträgt immer max. 1,4m. Die Systeme beinhalten unsere bewährte Focus-Finder Funktion für einfaches Teach-In Programmieren. Arbeitsraummodell Ein optionaler Einsatz von Qualitätssicherungssystemen, wie von den Firmen Precitec oder Plasmo angeboten, ist konstruktiv ebenfalls berücksichtigt. Um bei Faserlasern eine schnelle Sicherheitsschaltung zu realisieren (z.b. beim Werkstück wechseln), bieten wir Ihnen optional eine Strahlenfalle zur Integration in unsere LR-Box an. Seite

3 Laser Remote Lieferprogramm Feste Arbeitsspiegelpositionen LR 1 LR 1 Fiber, Disk, Co Variable Arbeitsspiegelpositionen LR LR 3 LR Fiber, Disk, Co LR 3 Fiber, Disk, Co Seite 3

4 Laser Remote Lieferprogramm LR 1 LR 1 Disk LR 1 Fiber LR 1 CO Technische Daten Abmessungen (LxBxH) Gewicht LR 1 SC 3 Anschlusswerte Kühlsystem LR 1 Kühlsystem SC 3 Anzahl Achsen Umgebungsbedingungen Temperatur Luftfeuchtigkeit (kein Kondensat) Punktwiederholgenauigkeit Theoretische x/y - Positioniergeschwindigkeit ca. 1700x800x700 mm ca. 450 kg ca. 100 kg 30/400 VAC 50 Hz 3x16 A Luft- und Wasserkühlung Luftkühlung 3 Linearmotoren +10 bis +40 C 90% bei 0 C 50% bei 40 C ±0,1 mm 100 mm / 50 ms (ca. m/s) Beispiel Arbeitsraum LR 1 Brennweite f: 1600 mm z0-ebene: 1090 mm Beispiel bei Arbeitstiefe z: 00 mm LR mm Y X LR mm Seite 4 Z

5 Laser Remote Lieferprogramm LR LR Disk LR Fiber LR CO Technische Daten Abmessungen (LxBxH) Gewicht LR SC 3 Anschlusswerte Kühlsystem LR Kühlsystem SC 3 Anzahl Achsen Umgebungsbedingungen Temperatur Luftfeuchtigkeit (kein Kondensat) Punktwiederholgenauigkeit Theoretische x/y - Positioniergeschwindigkeit ca. 000x800x700 mm ca. 600 kg ca. 100 kg 30/400 VAC 50 Hz 3x16 A Luft- und Wasserkühlung Luftkühlung 4 Linearmotoren +10 bis +40 C 90% bei 0 C 50% bei 40 C ±0,1 mm 100 mm / 50 ms (ca. m/s) Beispiel Arbeitsraum LR X LR 000 mm Seite 5 LR 1400 mm Y Brennweite f: 1600 mm z -Ebene: 1090 mm 0 Beispiel bei Arbeitstiefe z: 00 mm Z

6 Laser Remote Lieferprogramm LR 3 LR 3 Disk LR 3 Fiber LR 3 CO Technische Daten Abmessungen (LxBxH) Gewicht LR 3 SC 3 Anschlusswerte Kühlsystem LR 3 Kühlsystem SC 3 Anzahl Achsen Umgebungsbedingungen Temperatur Luftfeuchtigkeit (kein Kondensat) Punktwiederholgenauigkeit Theoretische x/y - Positioniergeschwindigkeit ca. 3000x800x700 mm ca. 700 kg ca. 100 kg 30/400 VAC 50 Hz 3x16 A Luft- und Wasserkühlung Luftkühlung 4 Linearmotoren +10 bis +40 C 90% bei 0 C 50% bei 40 C ±0,1 mm 100 mm / 50 ms (ca. m/s) LR mm Beispiel Arbeitsraum LR 3 Y X LR mm Seite 6 Brennweite f: 1600 mm z -Ebene: 1090 mm 0 Beispiel bei Arbeitstiefe z: 00 mm Z

7 Laser Remote Komponenten Die eingesetzten Lasertypen unterscheiden sich zudem noch auf Grund der Anforderungen an die spezielle Aufgabe: Strahlquellen Typ Hersteller Wellenlänge Applikation CO Slab Rofin-Sinar Laser nm Kunststoffbearbeitung bei W Schweißen bei W CO Optiken Arbeitsspiegel: CuMo (Kupfer/Molybdän) Fokussierung: Linse ZnSe (Zink/Selenit) oder Spiegel Cu (Kupfer) Teleskop: Reflektor mit Kupferspiegeln Typ Hersteller Wellenlänge Applikation Faserlaser (Fiber) IPG nm Schweißen bei W Scheibenlaser (Disk) Trumpf nm Seite 7 Schweißen bei W Yb Optiken Arbeitsspiegel: Quarzglas Linse: Quarzglas Kollimator: Quarzglaslinsen (transmissiv) Schutzglas: Quarzglas NEU

8 Laser Remote Optische Komponenten Optische Komponenten für Fiber- / Disklaser Kollimator: Um später eine optimale Fokussierung des Strahles zu erreichen, muss der Laserstrahl zunächst aufgeweitet und parallelisiert werden. Dies geschieht beim Fiber- / Disklaser mittels eines 3 Kollimators. Fokuslinse: Mittels der Fokuslinse wird der Strahl auf einen Spotdurchmesser von ca. 0,6 mm fokussiert (bei f=1600 mm / 100 µm Arbeitsfaser). Für Fiber- / Disklaser wird eine Fokuslinse aus Quarzglas verwendet. Da die Fokuslinse verfahrbar ist, können auch 3-D Teile geschweißt werden. Umlenkspiegel: Der Arbeitsspiegel lenkt den Laserstrahl mittels schneller Lineardrehtische in den zur Verfügung stehenden Arbeitsraum. Der Arbeitsspiegel besteht ebenfalls aus Quarzglas. Schutzglas: Die Wellenlänge des Fiber- / Disklasers erlaubt nun erstmals den Einsatz eines Schutzglases. Dieses schützt den Innenraum und erstmalig ist so mittels zusätzlicher Reinluftspülung ein besserer Schutz der sensiblen Optiken möglich. Optische Komponenten für CO -Laser Teleskop: Die Aufweitung und Parallelisierung des Laserstrahls wird beim CO -Laser durch ein Teleskop vorgenommen, in dem mehrere Spiegel angeordnet sind. Fokuslinse: Aufgrund der unterschiedlichen Wellenlänge der Laserstrahlquellen besteht die Fokuslinse für CO -Laser aus Zink-Selenit. Der fokussierte Spot hat einen Durchmesser von ca. 0,9 mm (bei f=1600 mm). Umlenkspiegel: Der Umlenkspiegel für CO -Laser besteht aus einem molybdänbeschichteten Kupferspiegel. Schutzglas: Da die Wellenlänges des CO -Lasers nur ein Schutzglas aus Zink-Selenit erlauben würde, sieht man von dessen Einsatz ab. Seite 8

9 Laser Remote Optische Komponenten Option reflektive Fokussieroptiken Alternativ zu den herkömmlichen transmissiven Fokussieroptiken können wir unsere Laser-Remote-Systeme RWS und LR auch mit reflektiven Fokussieroptiken liefern. Speziell bei höheren Laserleistungen kann dadurch der Fokusshift, der durch die thermische Veränderung der herkömmlichen Fokuslinsen auftritt, weitestgehend verhindert werden. Dieser Effekt ist bei den Zink-Selenid Linsen in Systemen, die mit CO-Lasern betrieben werden, etwas stärker ausgeprägt als bei den Quarzglaslinsen in Systemen, die mit Faser- bzw. Scheibenlaser betrieben werden. I n d e n CO - L a s e r S y s t e m e n ko m m t e i n K u g l e r Spiegelfokussierkopf zum Einsatz, der sowohl das Teleskop zur Strahlaufweitung als auch die Zink-Selenid Linse ersetzt. Die Spiegel im Fokussierkopf werden aktiv wassergekühlt, wodurch sich ein stabiler Arbeitspunkt einstellt. Die Gehäuseeinheit wird zusätzlich mit Feinluft gespült, um eine Verschmutzung des Innenraums zu vermeiden. In den Faser- bzw. Scheibenlasersystemen ersetzt der Spiegelfokussierkopf Fa. KUGLER Spiegelfokussierkopf die herkömmliche Quarzglaslinse. Zur Strahlaufweitung wird der bisher eingesetzte transmissive Kollimator durch einen reflektiven Kollimator, ebenfalls von der Firma Kugler, ersetzt. Der Spiegelfokussierkopf kann in unterschiedlichen Brennweiten geliefert werden, so dass die bisherigen Arbeitsraumgrößen erhalten bleiben. Je nach verwendeter Strahlquelle, können die eingesetzten Spiegel mit unterschiedlichen Beschichtungen zur Verfügung gestellt werden. Dies sind üblicherweise Molybdän bei CO-Laser Systemen bzw. Hartgold bei Faser-/Scheibenlasersystemen. Kollimator Fa. KUGLER Seite 9

10 Laser Remote Optische Komponenten Laser Remote Welding - Strahlführung Strahlführung mit reflektiven Optiken am Beispiel eines CO -Lasers Scannerspiegel asphärisch geschliffen Umlenkspiegel CO -Laser Spiegelfokussierkopf Werkstück Strahlführung am reflektiven Optiken am Beispiel eines Faser- / Scheiben-Lasers Scannerspiegel asphärisch geschliffen Spiegelkollimator Faser- / Scheiben-Laser Spiegelfokussierkopf evtl. Strahlweiche YLR LASER Werkstück Seite 10

11 Laser Remote Applikationen mit CO -Laser Laser Remote Welding Praxisschweißversuch Schweißen von praktischen Teilen in einer Laser Remote Anlage mit einem 3,5 kw CO - Slab Laser. Schweißversuch Instrumententafelträger Prozessparameter Anlage RWS 3.1 Laser Laserleistung Materialstärke Schweißgeschwindigkeit Rofin Sinar DC035 3,5 kw ( nm) 0,8 auf 1, mm Stahl 45 mm/s (,7 m/min) Pendelnaht ja (1/4/0) Prozessgas gefilterte Zellenluft Unterseite Oberseite Laser Remote Pitching Pitchversuch Kunststoffplatte Pitchen (Laserbohren) einer Kunststoffplatte in einer Laser Remote Anlage mit einem 4,5 kw CO -Slab Laser. Anlage Laser Laserleistung Materialstärke RWS-C Rofin Sinar DC045 kw ( nm) 3 mm Kunststoff Anzahl Pitchlöcher 504 Gesamttaktzeit Pitchversuch Kunststoffplatte Prozessparameter 0 s Kundenversuche In unserer Applikationshalle bieten wir Ihnen nun erstmals die Möglichkeit, Versuche sowohl mit einem 4,5 kw CO -Laser als auch mit einem 4,5 kw Faserlaser durchzuführen. Sie haben so direkte Vergleichs-möglichkeiten und damit eine Entscheidungshilfe bei der Auswahl der für Ihre Applikation am besten geeigneten Laserstrahlquelle. Seite 11

12 Laser Remote Applikationen mit Faser-Laser Laser Remote Welding Praxisschweißversuch Schweißen von praktischen Teilen in einer Laser Remote Anlage mit einem kw Yb-Faserlaser. Oberseite Unterseite Prozessparameter Anlage LR Fiber Laser IPG YLR 000 Laserleistung kw (1070 nm) Materialstärke 1 auf 3 mm Stahl Schweißgeschwindigkeit 15 mm/s (0,9 m/min) Pendelnaht ja (1/4/0) Prozessgas Druckluft bar Vergleich Faserlaser / CO -Laser Faserlaser Faserlaser CO -Laser Laser YLS-4500 D C 045 Laserleistu ng 4600 W 4500 W RWS-Typ LR 3 RWS-LS Bren nweite 1600 mm 1600 mm CO -Laser Oberseite Oberseite V=10 mm/s V=60 mm/s Material DC 04 Materialstärke x 1 mm Unterseite Unterseite Oberseite Oberseite Material DC 04 V=80 mm/s Materialstärke 3x 1 mm V=45 mm/s Unterseite Unterseite Seite 1

13 Laser Remote Komponenten Steuerung SC 3 Steuerung TP 3 Teach Panel Arbeitsräume Durchgehender Arbeitsraum Getrennter Arbeitsraum Der durchgehende Arbeitsraum ergibt sich durch ein kontinuierliches Verfahren des Arbeitsspiegels. Der getrennte Arbeitsraum ergibt sich durch festes Anfahren zweier Endpositionen, die mit Hilfe von Sicherheitsschaltern abgefragt werden und einer Betriebsmittelsteuerung zur Verfügung stehen. Der getrennte Arbeitsraum ist bei dem Laser Remote Module LR 3 durch optionale Aufrüstung möglich. Bei Berücksichtigung der sicherheitsrelevanten Vorschriften ergeben sich so zwei Arbeitsräume, von denen in einem geschweißt werden kann, während der andere durch einen Werker beladen wird. Seite 13

14 Laser Remote Anlagentechnik Durch das modulare Konzept der LR-Familie sind vielfältige Einsatzvarianten sehr einfach zu realisieren. Nachfolgend sind ein generelles Anlagenschema und zusätzlich beispielhaft einige Betriebsmöglichkeiten dargestellt. BMS SC 3 Controller Lasersteuerung Rückkühlung für Laser und optische Komponenten Strahlquelle LR-Modul Luftaufbereitung (bei CO) TP 3 Teach Panel Ihre Applikation Zellenluft-, Prozessluftbehandlung (Prozess-) Sicherheitsumhausung Auf der linken Seite ist unsere LR-Laboranlage, die mit einem Yb-Faserlaser betrieben wird, abgebildet. Auf dieser 004 in Betrieb genommen Anlage eines Automotivzulieferers werden täglich ca komplexe Teile, die aus 11 Einzelblechen bestehen, im Drei-Schicht- B e t r i e b m i t c a Schweißungen pro Tag gefügt. Bei Bedarf stellen wir gern den Kontakt zu kompetenten Anlagenbauern her. Seite 14

15 Laser Remote Applikation In unserer Applikationshalle bieten wir Ihnen die Möglichkeit, Schweißversuche im Vorfeld einer möglichen Anlagenplanung durchzuführen. Es steht ein Faserlaser der Firma IPG zur Verfügung. Unserer Anlage mit einer Leistung von 4,5 kw kann sowohl zum Schweißen von Muster- als auch zur Serienfertigung eingesetzt werden. LR mit 4,5 kw Faserlaser Zur Analyse der durchgeführten Schweißversuche besteht die Möglichkeit, Schliffe der Schweißungen durchzuführen. Hierzu bieten wir Ihnen zwei Verfahren an. Für eine schnelle Beurteilung der Schweißung wird das Werkstück an einer Schweißung durchtrennt, angeschliffen und kurz angeätzt, so dass bereits nach Minuten ein Ergebnis vorliegt. Schliffe zur schnellen Beurteilung einer Schweißung Zur ausführlichen Dokumentation werden die Schliffproben folgendermaßen aufbereitet: Heraustrennen eines kleinen Teils des Werkstücks Vergießen dieser Werkstückprobe Vakuum ziehen zur Vermeidung von Luftblasen in der Vergußmasse Vergossene Schliffe zu Dokumentationszwecken Neben der Durchführung von Schweißversuchen besteht in unserer Applikationshalle auch die Möglichkeit, mit den zur Verfügung stehenden Anlagen, eine Prototypen- oder Kleinserienfertigung durchzuführen. Ist bereits Erfahrung mit unseren Anlagen vorhanden, so kann dies durch Ihr eigenes Personal durchgeführt werden oder auch als Dienstleistung durch SEF Personal. Anschleifen und Polieren der Probe in 5 feiner werdenden Körnungen Anätzen der Probe Diese Proben stehen innerhalb von 4-48 Stunden zur Verfügung. Neben der Durchführung von Schweißversuchen besteht in unserer Applikationshalle auch die Möglichkeit, mit den zur Verfügung stehenden Anlagen, eine Prototypen- oder Kleinserienfertigung durchzuführen. Ist bereits Erfahrung mit unseren Anlagen vorhanden, so kann dies durch Ihr eigenes Personal durchgeführt werden oder auch als Dienstleistung durch SEF Personal. Seite 15 Für Musterstückzahlen stehen diverse Spannzangen zur Fixierung des Werkstücks zur Verfügung. Bei Kleinserien ist es bereits sinnvoll, Laborspannvorrichtungen mit Kniehebelspannern zu nutzen, die Sie, soweit vorhanden, gerne mitbringen können oder die wir auch gerne für Sie anfertigen. Bei größeren Serien werden dann entsprechend für die Serienfertigung geeignete pneumatische oder

16 SEF Systec GmbH Kringelsburg a 1379 Scharnebeck GERMANY Tel.: +49 (0) Fax.: +49 (0) [email protected] Stand: Juni 013 R06