Linsen mit Köpfle

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3D-Scanneroptiken arbeiten eigenständig, Schweißoptiken kontrollieren die Temperatur in der Kunststoffschmelze und Festoptiken überwachen ihren Zustand – in der Industrie 4.0 denken jetzt auch die Optiken mit.

Damit die Smarte Fabrik einmal Normalität wird, müssen Maschinen und Maschinenkomponenten noch viel mehr Informationen erkennen und umsetzen lernen. TRUMPF nahm sich diese Erkenntnis zu Herzen und setzt das jetzt auch bei Optiken ein. Um ganz konkrete Vorteile davon zu haben, muss der Kunde aber nicht erst auf die Smart Factory warten: Er profitiert von einfacherer Bearbeitung, besseren Ergebnissen, flexiblem Einsatz und längerer Lebensdauer der Komponenten.

Intelligente 3D-Scanneroptik

Scannerschweißen

Das Scannerschweißen ermöglicht hochproduktive und flexible Anlagenkonzepte, die das Schweißen in der Serien­produktion schneller, präziser und wirt­schaft­licher machen. Beim Scanner­schweißen erfolgt die Strahlführung über bewegliche Spiegel. Durch die Winkel­änder­ungen der Spiegel wird der Strahl geführt. Während des Schweißens kann die Scanneroptik darüber hinaus in Verbindung mit einem Roboter über ein Werkstück geführt werden. Diese „fliegende“ Bewegung prägte den Begriff „Welding-on-the-fly“: Roboter und Scanneroptik synchronisieren in Echtzeit ihre Bewegungen aufeinander. Der Einsatz eines Roboters vergrößert den Arbeitsraum deutlich und ermöglicht eine echte dreidimensionale Bauteilbearbeitung.

Die neue I-PFO ist für den Einsatz auf Industrierobotern optimiert. Ihr Spezialgebiet ist die Bearbeitung „On-The-Fly“ für größere Werkstücke: Der Roboterarm führt die angeflanschte Optik in einer flüssigen Bewegung über das Werkstück. Dabei muss er keine exakten Positionen anfahren, es reicht, wenn er die Zielpunkte ins Arbeitsfeld der I-PFO-Scanneroptik bringt: Sobald die Bearbeitungsstelle im Arbeitsbereich des Scanners ist, startet er die Bearbeitung eigenständig, wenn die prozessrelevanten Vorgaben dies zulassen.

Die Zusammenarbeit zwischen Roboter und I-PFO läuft problemlos weil Optik, Roboter und Werkstück sich ein gemeinsames Koordinatensystem teilen. Der Roboter meldet während der Bewegung direkt an die Optik ständig seine eigene aktuelle Position und die Bahnplanung. Damit errechnet sich die Optik stets, wo genau sie sich im Raum befindet, dabei berücksichtigt sie auch Spannvorrichtungen und feuert erst, wenn der Schweißpunkt frei erreichbar ist. Roboter und Optik sind sich selbst genug – denn alles geschieht ohne zusätzliche vermittelnde Steuerungseinheit welche als „Master“ fungiert. Die Optik selbst ist in dem System der „Master“.

Kommt mit jedem Roboter zurecht

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Die wahrscheinlich schlauste Scanneroptik der Welt: Die I-PFO kommuniziert direkt mit dem Industrieroboter für die echte Bearbeitung on-the-Fly. Dazu gehört die offline Steuerungssoftware TruTops. (Foto: TRUMPF)

Die I-PFO kommt prinzipiell mit jedem Roboter zurecht. Der Anwender ist auf keine bestimmte Marke angewiesen, damit die Verständigung klappt. In der Großfertigung kann sie sparsam betrieben werden: Eine einzige Strahlquelle genügt, um bis zu sechs I-PFO-Optiken gleichzeitig mit Laserlicht zu versorgen.

Ihre Intelligenz spielt die I-PFO aber vor allem beim Werkstückwechsel aus. Mit Hilfe der Software TruTops I-PFO genügt es, schnell die CAD-Daten von Schweißzelle, Roboter und Werkstück mit den gewünschten Schweiß­punkten einzuspielen. Dann kann die Arbeit sofort losgehen.

Bei Bauteiländerungen können Anwender einfach das Programmier­hand­gerät des Roboters in der Zelle zur Anpassung benutzen. Die neuen Programme können dann ohne Probleme wieder in die virtuelle Welt von TruTops I-PFO übertragen werden.

Stellt sich selbst auf das Werkstück ein

Kommt ein neuartiges Werkstück in die Schweißzelle gefahren, kann die Optik es mit dem entsprechenden Automatisierungskonzept sofort bearbeiten – damit ist eine zentrale Anforderung der Smart Factory erfüllt: Die Maschine stellt sich selbst auf das Werkstück ein. Denkbar sind auch Lösungen, bei denen die Werkstücke Ihre Bearbeitungsdaten selbst mitbringen, etwa in Form eines Chips oder eines lasermarkierten Codes, der das entsprechende I-PFO Programm selektiert. Smarter geht es nicht.

Die ersten Großkunden sind schon überzeugt: Die I-PFO ist seit 2016 bei einem Premium-Autohersteller im Einsatz.

Kunststoff­schweißen mit Leistungs­regelung

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Durchstrahlschweißen von Kunststoffen: Die PFO20 misst mit einem Pyrometer die Temperatur direkt in der Schmelze. Ist sie zu hoch, regelt die Optik die Laserleistung in Echtzeit entsprechend herab. Das Schweißergebnis ist perfekt, Einbrände werden verhindert und eine optimale Anbindung sichergestellt. (Foto: TRUMPF)

Beim Durchstrahlschweißen von Kunststoffen kommt es auf die genaue Temperatur an, die das Laserlicht im Werkstück erzeugt. Wenn man bestimmte enge Konturen schweißen will, zum Beispiel kleinwinklige Ecken, kann es zu Einbränden an der Schweißnaht kommen, weil sich die Hitze in der Enge staut und überschneidet. Damit erhöht sich die Temperatur, es kommt zu Verbrennungen, die die Qualität der Naht mindern. Die Lösung des Problems ist in der Theorie einfach: Indem man die Laserleistung in den Eckkonturen gezielt zurückfährt, hält man dort die Temperatur konstant. In der Praxis ist das aber eine knifflige technische Aufgabe.

Die Ingenieure bei TRUMPF haben darum die neue PFO20 Schweißoptik mit Live-Temperaturüberwachung entwickelt. Ein Pyrometer sitzt am Rande der Optik und schaut über verschiedene Spiegel geleitet direkt mit dem Laserstrahl in die Schmelze hinein. Überschreitet die Schmelz­temperatur eine einstellbare kritische Schwelle, regelt die Optik die Laserleistung der Strahlquelle in Echtzeit nach unten. So können Anwender jede Kontur komplett mit der optimalen Schweißtemperatur bearbeiten und erhalten stabile und ästhetische Nähte.

Ideale Schweiß­temperatur für jeden Kunststoff

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Durchstrahlschweißen von Kunststoffen: Die PFO20 misst mit einem Pyrometer die Temperatur direkt in der Schmelze. Ist sie zu hoch, regelt die Optik die Laser­leistung in Echtzeit ent­sprechend herab. Das Schweißergebnis ist perfekt, Einbrände werden verhindert und eine optimale Anbindung sichergestellt. (Foto: TRUMPF)

Damit kann die Optik jeden Kunststoff mit der idealen Schweißtemperatur bearbeiten. Für den Anwender bedeutet das eine erhebliche Erleichterung: Er überlegt sich lediglich die gewünschte Schweißkontur, den Rest macht die Optik. Gleichzeitig liefert die PFO20 damit noch wertvolle Daten zur Qualitätssicherung: Da die Prozesstemperaturen bei jedem Werkstück zu jeder Zeit bekannt sind, ist das eine wichtige Dokumentationshilfe. Auch bei der PFO20 gilt das Prinzip: Die Optik stellt sich auf das Werkstück und das Material ein und reagiert flexibel.

Die Optik ist bereits bei mehreren Zulieferern der Automobilindustrie im Serieneinsatz, zum Beispiel zum Schweißen von Kunststoffkomponenten im Fahrzeugcockpit. Besonders gerne wird die PFO20 für Axialanwendungen wie etwa beim Verschweißen von Sensorikgehäusen verwendet. TRUMPF bietet zusätzlich noch eine optionale, integrierte Fügeüberwachung.  

Smarte Über­wachung von Festoptiken

Auch die Festoptik BEO D 70 kommt jetzt mit mehr Köpfchen daher. TRUMPF Kunden haben hier nun auch – wie schon bei den überwachten Fokussieroptiken CFO – die Möglichkeit, sie mit intelligentem Zubehör aufzurüsten.

  • Sensoren kontrollieren Temperatur und Durchfluss des Optik-Kühlwassers und geben bei Auffälligkeiten Warnungen oder Alarm.
  • Ein anderer Sensor misst das Streulicht, das auf die Bearbeitungslinse zurückfällt und warnt bei kritischen Werten.
  • Die Schutzglasüberwachung zeigt den Verschmutzungsgrad des Schutzglases an und meldet die Daten an die Steuerungssoftware TruControl.
  • Auch für Standardoptiken bietet TRUMPF nun die sogenannte Telepräsenz an: Service-Mitarbeiter können sich nach Freigabe durch den Kunden innerhalb kürzester Zeit per Datenverbindung direkt auf den Laser und die intelligente Optik schalten. Viele Probleme lassen sich so schon per Fernwartung beheben und falls nicht, erhält der Servicetechniker vor Ort eine ausführliche Fehlerdiagnose.
  • Ein optionales Modul überwacht die Druckluft des Crossjets, der Schmauch und Spritzer fortbläst, bevor sie Schutzglas oder Objektiv verdrecken können.
  • Ein anderes Modul überwacht den Druck der Schutzgaszufuhr, um stets sicherzustellen, dass genügend Schutzgas auf der Schweißnaht ankommt für beste Schweißergebnisse.      
  • Kunden können auch eine Leistungsmesskasette in ihrer TRUMPF-Optik nutzen und regelmäßig die Laserleistung direkt an der Bearbeitungsoptik messen. Das ist besonders praktisch bei engen Einbausituationen, wo kein Platz ist Messgeräte unter die Optik zu stellen.

All diese Optionen machen Standardoptiken intelligenter und liefern wertvolle Daten für die Produktion. Damit verlängern Kunden die Lebensdauer ihrer Optiken und Linsen und stellen nebenbei noch ein besseres Prozessergebnis sicher.

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