Performance-Steigerung

Laser ist das starke Werkzeug, das auf der X- und Y-Achse für Leistung sorgt, aber in der Z-Achse ist der Laser ¿blind¿. So lässt sich der Einsatz von gepulsten Lasern bei den manuellen Anlagen im Formenbau oder Materialbearbeitung prinzipiell beschreiben. Durch die Entwicklung eines neuartigen optischen Sensorsystems ¿ Autofocus ¿ können Bearbeitungslaser in der Vertikalen ¿ ungeachtet der 3D-Geometrie ¿ mit Höchstpräzision in der Brennweitenbestimmung des Fokuspunktes ohne manuelle Justierung und Unterbrechung verfahren.

Das Sensorsystem wurde zunächst für das manuelle Auftragsschweißen im Formenbau von der Firma O.R. Lasertechnologie GmbH in Dieburg entwickelt. Hintergrund: Werkzeuge, sprich Formen und Präzisionsteile ¿ zum Beispiel für die kunststoffherstellende Industrie oder Medizintechnik ¿ sind in der Regel durch 3D-Geometrien geprägt. Für die Instandsetzung dieser Werkzeuge mittels Auftragsschweißen werden gepulste Laseranlagen von 100 bis 200 W eingesetzt, mit denen manuell Material auf die Oberfläche aufgeschweißt wird.  Zwar gibt es für die 2D-Bearbeitung auf der X/Y-Achse konventionelle Lösungen für die Automatisierung, in die Z-Achse hingegen wird der Prozess durch die ständige Nachjustierung der Achse durch den Bediener gebremst, weil ein vorgegebener Arbeitsabstand eingehalten werden muss.
Mit dem Sensorsystem Autofocus wird eine zuvor in der Software eingestellte Brennweite ¿ und damit der Arbeitsabstand ¿ kontinuierlich eingehalten. Dabei wird im Strahlengang des Bearbeitungslasers, also koaxial mit der Arbeitsachse, mit einem zweiten Laser berührungslos eine hochgenaue Abstandsmessung durchgeführt. Die Messung erfolgt aus der interferometrischen Auswertung des Rückstreulichtes durch die Systemsoftware, die gleichzeitig auch die automatische Achsenregelung übernimmt. Das Besondere hierbei ist, dass der Messstrahl nicht senkrecht zur Oberfläche stehen muss. Untersuchungen haben ergeben, dass bei einem Winkel von 45° noch sehr genaue Abstandsregelungen von 2 µ/10 mm erfolgen können. Das Ergebnis: Genauigkeiten zwischen 25 und 500 µ/m bezogen auf Brennweiten von 50 bis 200 mm.
Über die komfortable Bedieneroberfläche der Steuer- und Regelungssoftware sind alle prozessrelevanten Parameter einstellbar. Die maximale Verstellgeschwindigkeit liegt bei < 15 mm/s. ¿Eine Performancesteigerung von rund 30% wird durch das System erzielt¿, sagt der Betriebsleiter eines mittelständischen Formenbauunternehmens, der das System seit einem Jahr erfolgreich einsetzt.
Für die Zukunft sieht O.R. Lasertechnologie das Potential für die Weiterentwicklung des Systems bei der Integration des Sensors auf anderer Strahlquellen und Anwendungen. ¿Anwendungen aus dem Bereich Medizintechnik oder CW-Laser sind denkbar, Anfragen aus der Industrie für neue Anwendungen sind herzlich willkommen ¿, sagt Roman Halfar, der zuständige Systementwickler.
Effizienz und Prozessoptimierung wird auch in Zukunft das Ziel des Unternehmens sein, das sich seit Jahren als Hersteller für gepulsten Nd:YAG-Lasern und Laseranlagen zur Materialbearbeitung etabliert hat.

www.or-laser.de

Autor: Dipl. Ing. Shervin Rahimi