Remoteschweißen mit YAG-Lasern

Fraunhofer IWS Dresden auf der Lasermesse 2005 in München

Auf der Laser-Messe 2005 vom 13. – 16. Juni 2005 in München zeigen wir neueste Ergebnisse aus der Laser-Materialbearbeitung auf dem Fraunhofer-Gemeinschaftsstand in Halle B3 / Stand 145. Es wird eine neuentwickelte Strahlablenkoptik für das Remoteschweißen mit YAG-Lasern präsentiert, welche gegenwärtig große Resonanz in der Automobil- und Zuliefererindustrie findet.

Für Anwendungen im Karosseriebau, zur Substitution des Widerstandspunktschweißens, findet das Remoteschweißen mit Festkörperlasern gegenwärtig große Resonanz in der Automobil- und Zuliefererindustrie. Im Vergleich zum konventionellen Laserschweißen kann beim Remoteschweißen durch die schnelle Strahlpositionierung zwischen den einzelnen Schweißpositionen die Prozessnebenzeit deutlich gesenkt werden. Dadurch verbessert sich die Wirtschaftlichkeit des technisch vorteilhaften Laserschweißens deutlich. Neuesten Studien zufolge soll im Jahre 2015 der Anteil der Remote-Technik an allen Fügeaufgaben im Karosseriebereich 8 – 10% betragen. Dies ist angesichts der kurzen Historie der Hochleistungs-Remote-Technik beachtlich. Erste Industrieapplikationen mit Hochleistungs-CO2-Lasern wurden in den späten 90er Jahren in den USA umgesetzt. Roboterbasierte Remotesysteme für die Bearbeitung „on the fly“ sind sogar erst seit ca. 1,5 Jahren mit der Verfügbarkeit von diodengepumpten YAG-Lasern als Industrieprodukte einsetzbar. Triebkräfte dieser neuen Technologie sind der Kostendruck bei der Automobilfertigung und die Möglichkeit, die Flexibilität der Produktionslinien zu steigern.

Das vom IWS vorgestellte Remote-Bearbeitungssystem besteht aus der entwickelten 3D-Strahlablenkoptik und einem konventionellen Industrieroboter, die durch ihre spezielle Steuerung als gekoppeltes Achssystem betrieben werden können. Laserstrahlquelle ist ein YAG-Hochleistungslaser sehr guter Strahlqualität. CAD/CAM-Lösungen für die Offline-Programmierung, Bahnplanung und Joboptimierung komplettieren die Systemlösung.

Während der Schweißbearbeitung übernehmen die drei Achsen der Strahlablenkoptik die hochdynamischen Bewegungsanteile der Laserspotbewegung. Der Industrieroboter bewegt gleichzeitig die Strahlablenkoptik und sorgt damit für eine optimale Erreichbarkeit und Zugänglichkeit zu den Schweißpositionen. Die exakte zeitliche und örtliche Synchronisation der Bewegungsachsen garantiert sehr hohe Bearbeitungsgenauigkeiten.

Die auf der diesjährigen Lasermesse präsentierte Strahlablenkoptik für das Remoteschweißen mit YAG-Lasern ist modular aufgebaut und besteht aus einer Strahlablenkeinheit und der Strahlfokussierung. Das Kernstück der Strahlablenkeinheit bilden die leichten Umlenkspiegel, die von Galvanometerscannern bewegt werden. Die Optikauslegung der Strahlablenkoptik kann auf die Erfordernisse der Anwendung angepasst werden. So wurden z.B. sehr kompakte Strahlablenkoptiken zur Nahtverfolgung eingesetzt. Alle optischen Komponenten sind für die Übertragung von bis zu 4 kW Laserleistung ausgelegt. Spezielle Kühl-, Überwachungs- und Sicherheitsstrategien sichern einen fehlerfreien Betrieb auch unter harten Produktionsbedingungen. Der industrielle Einsatz des Remoteschweißens erfordert die Überwachung des Schweißprozesses, um qualitativ einwandfreie Nähte zu garantieren. Deshalb ist die Strahlablenkoptik mit Komponenten zur Prozessbeobachtung und -diagnose ausgestattet.

Ein wichtiger Baustein für die Remotebearbeitung von 3D-Bauteilen sind effektive Werkzeuge für die Prozessplanung, -optimierung und -steuerung. Deshalb hat das IWS zusammen mit Industriepartnern eine Bahnplanungssoftware entwickelt, welche eingebettet in eine kommerzielle CAD/CAM-Lösung eine interaktive Bahnplanung und Teiletaktzeitoptimierung für das Remoteschweißen mit Industrierobotern ermöglicht.

Dadurch wird die Komplexität der Bewegungsprogrammierung für die zwei dynamisch sehr unterschiedlichen Achssysteme wie den Roboter und die Strahlablenkoptik für den Nutzer transparent und effektiv beherrschbar.

Besuchen Sie uns auf der Lasermesse 2005 vom 13. – 16. Juni 2005 auf dem Fraunhofer-Gemeinschaftsstand, Halle B3 Stand 145.

Ihre Ansprechpartner für weitere Informationen:

Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik Dresden
01277 Dresden, Winterbergstr. 28

Dipl.-Ing. Annett Klotzbach
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E-mail: annett.klotzbach@iws.fraunhofer.de

Presse und Öffentlichkeitsarbeit
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