Die Laser Remote-TechnikDieser Effekt ist bei den Zink-Selenid Linsen in Systemen, die mit...

Grundlagen • Lieferprogramm

Die aser emote-TechnikL R

L Raser emote • Grundlagen

Se

ite

2

Kernstück unserer Laser Remote Systeme kurz LR Systeme ist jeweils eine hochdynamische Laserstrahlablenkungs-

kinematik für verschiedene Arbeitsraumgrößen in 3D bzw. 3D plus 4. Zustellachse zur Arbeitsraumerweiterung.

Die Antriebe bestehen aus hochdynamischen Linearmotoren, die für Kreisbewegungen als sogenannte Drehtische aus-

gelegt 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

1400-1600 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 2

weiteren Vorteil, dass es keinen Focus Shift wie bei der Erwärmung transmissiver Fokuslinsen durch höhere

Laserleistungen gibt.

Arbeitsraummodell

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 2

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. 1,25m; 2,0m und 2,85m)

erhältlich.

Die Arbeitsraumbreite beträgt immer max. 1,4m. Die

Systeme beinhalten unsere bewährte Focus-Finder

Funktion für einfaches Teach-In

Programmieren.

Ein optionaler Einsatz von

Qualitätssicherungssystemen,

wie von den Firmen Precitec

oder Plasmo angeboten, ist kon-

struktiv ebenfalls berücksich-

tigt. 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.

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 Unter-

programme in prozessoptimale Absolutprogramme,

führten wir eine Reihe Neuerungen ein. Beispielhaft sei-

en hier nur die 10-fache Programmspeichererweiterung

und eine deutlich vereinfachte Sicherheitseinbindung

genannt.

L Raser emote • Lieferprogramm

Se

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3

LR 1LR 1 Fiber, Disk, Co2

LR 1

LR 2


LR 3


ArbeitsspiegelpositionenFeste

ArbeitsspiegelpositionenVariable


Se

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LR 1LR 1 LR 1 DiskLR 1LR 1 Fiber

LR 1LR 1 CO2

Abmessungen (LxBxH) ca. 1700x800x700 mm

Gewicht LR 1

SC 3

ca. 450 kg

ca. 100 kg

Anschlusswerte 230/400 VAC 50 Hz 3x16 A

Kühlsystem LR 1 Luft- und

Wasserkühlung

Kühlsystem SC 3 Luftkühlung

Anzahl Achsen 3 Linearmotoren

Umgebungsbedingungen

Temperatur Luftfeuchtigkeit

(kein Kondensat)

+10 bis +40 °C 90% bei 20 °C

50% bei 40 °C

Punktwiederholgenauigkeit ±0,1 mm

Theoretische x/y -

Positioniergeschwindigkeit

100 mm / 50 ms

(ca. 2 m/s)

Technische Daten

LR 1 1250 mm

LR

1 1

40

0 m

m

Brennweite f: 1600 mm

z -Ebene: 1090 mm0Beispiel bei Arbeitstiefe z: 200 mm

Y

X

Z

Beispiel

Arbeitsraum LR 1


Se

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5

LR 2LR 2LR 2 DiskLR 2LR 2 Fiber

LR 2LR 2 CO2


Gewicht LR 2

SC 3

ca. 600 kg

ca. 100 kg



Wasserkühlung





(kein Kondensat)

+10 bis +40 °C 90% bei 20 °C

50% bei 40 °C


Theoretische x/y -


100 mm / 50 ms

(ca. 2 m/s)

LR 2 2000 mm

LR

2 1

40

0 m

m

Y

X

Z

Technische Daten

LR 2 2000 mm



Y

X

Z

Beispiel

Arbeitsraum LR 2

Se

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LR 3LR 3 LR 3 DiskLR 3LR 3 Fiber

LR 3LR 3 CO2


Gewicht LR 3

SC 3

ca. 700 kg

ca. 100 kg



Wasserkühlung





(kein Kondensat)

+10 bis +40 °C 90% bei 20 °C

50% bei 40 °C


Theoretische x/y -


100 mm / 50 ms

(ca. 2 m/s)

Technische Daten

LR 3 2850 mm

LR

3 1

40

0 m

m



Y

X

Z

Beispiel

Arbeitsraum LR 3

L Raser emote • Komponenten

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StrahlquellenDie eingesetzten Lasertypen unterscheiden sich zudem noch auf Grund der Anforderungen an die spezielle Aufgabe:

Typ

Hersteller

Wellenlänge

Applikation

Optiken

CO

2

Arbeitsspiegel: CuMo (Kupfer/Molybdän)Fokussierung: Linse ZnSe (Zink/Selenit) oder Spiegel Cu (Kupfer)Teleskop: Reflektor mit Kupferspiegeln

CO Slab2

Rofin-Sinar Laser

10.600 nm

Kunststoffbearbeitungbei 1.500 - 2.500 W

Schweißenbei 3.000 - 6.000 W

Faserlaser (Fiber)

IPG

1.070 nm


Scheibenlaser (Disk)

Trumpf

1.035 nm


Arbeitsspiegel: Quarzglas

Linse: Quarzglas

Kollimator: Quarzglaslinsen (transmissiv)

Schutzglas: Quarzglas NEU

Typ

Hersteller

Wellenlänge

Applikation

Optiken

Yb

L Raser emote • Optische Komponenten

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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 zusätzli-

cher Reinluftspülung ein besserer Schutz der sensiblen Optiken möglich.

Optische Komponenten für CO -Laser2

Teleskop: Die Aufweitung und Parallelisierung des Laserstrahls wird beim CO -Laser 2

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 2

Durchmesser von ca. 0,9 mm (bei f=1600 mm).

Umlenkspiegel: Der Umlenkspiegel für CO -Laser besteht aus einem 2

molybdänbeschichteten Kupferspiegel.

Schutzglas: Da die Wellenlänges des CO -Lasers nur ein Schutzglas aus Zink-Selenit 2

erlauben würde, sieht man von dessen Einsatz ab.


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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 CO2-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 2 - 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 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 CO2-Laser

Systemen bzw. Hartgold bei Faser-/Scheibenlasersystemen.

Option reflektive Fokussieroptiken

Kollimator Fa. KUGLER

Spiegelfokussierkopf Fa. KUGLER


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Laser Remote Welding - Strahlführung

CO -Laser2

Spiegelfokussierkopf

asphärisch

geschliffenUmlenkspiegel

Scannerspiegel

Werkstück

Werkstück

Scannerspiegel

Faser- / Scheiben-Laser

Spiegelfokussierkopf

asphärisch

geschliffen

Spiegelkollimator

Strahlführung mit reflektiven Optiken am Beispiel eines CO -Lasers 2

Strahlführung am reflektiven Optiken am Beispiel eines Faser- / Scheiben-Lasers

evtl.

Strahl-

weiche

YLR

LASER

L Raser emote • Applikationen mit CO -Laser2

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Anlage RWS-C

Laser Rofin Sinar DC045

Laserleistung 2 kW (10.600 nm)

Materialstärke 3 mm Kunststoff

Anzahl Pitchlöcher 504

Gesamttaktzeit 20 s

Pitchversuch Kunststoffplatte

Prozessparameter

Pitchversuch Kunststoffplatte

Pitchen (Laserbohren) einer Kunststoffplatte in

einer Laser Remote Anlage mit einem 4,5 kW

CO -Slab Laser.2

Laser Remote Welding

Laser Remote Pitching

Schweißen von praktischen Teilen in einer

Laser Remote Anlage mit einem 3,5 kW CO -2

Slab Laser.

Anlage RWS 3.1

Laser Rofin Sinar DC035

Laserleistung 3,5 kW (10.600 nm)

Materialstärke 0,8 auf 1,2 mm Stahl

Schweißgeschwindigkeit 45 mm/s (2,7 m/min)

Pendelnaht ja (1/4/20)

Prozessgas gefilterte Zellenluft

Oberseite

Praxisschweißversuch

Unterseite

Schweißversuch Instrumententafelträger

Prozessparameter

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 2Vergleichs-möglichkeiten und damit eine Entscheidungshilfe bei der Auswahl der für Ihre

Applikation am besten geeigneten Laserstrahlquelle.

Kundenversuche

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Laser emote • Applikationen mit Faser-LaserR

Anlage LR 2 Fiber

Laser IPG YLR 2000

Laserleistung 2 kW (1070 nm)

Materialstärke 1 auf 3 mm Stahl

Schweißgeschwindigkeit 15 mm/s (0,9 m/min)

Pendelnaht ja (1/4/20)

Prozessgas Druckluft 2 bar

Oberseite

Unterseite

Prozessparameter

Praxisschweißversuch

Schweißen von praktischen Teilen in einer Laser

Remote Anlage mit einem 2 kW Yb-Faserlaser.

Laser Remote Welding

Vergleich Faserlaser / CO -Laser2

Faserlaser CO2-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

Faserlaser CO -Laser2

Material DC 04

Materialstärke 2x 1 mm

V=120 mm/s V=60 mm/s

Oberseite

Unterseite

Oberseite

Unterseite

Material DC 04

Materialstärke 3x 1 mm

V=80 mm/s V=45 mm/s

Oberseite Oberseite

Unterseite Unterseite

L Raser emote • Komponenten

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Steuerung

Arbeitsräume

SC 3SC 3Steuerung

TP 3TP 3Teach Panel

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

Berücksicht igung der s icherheitsrelevanten

Vorschriften ergeben sich so zwei Arbeitsräume, von

denen in einem geschweißt werden kann, während der

andere durch einen Werker beladen wird.

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L Raser emote • Anlagentechnik

Bei Bedarf stellen wir gern den Kontakt zu kompetenten Anlagenbauern her.

Auf der linken Seite ist unsere LR-Laboranlage,

die mit einem Yb-Faserlaser betrieben wird,

abgebildet.

Auf dieser 2004 in Betrieb

genommen Anlage eines

Automotivzulieferers werden

täglich ca. 1.200 komplexe

Teile, die aus 11 Einzelblechen

bestehen, im Drei-Schicht-

Bet r ieb mi t ca . 64 .000

Schweißungen pro Tag gefügt.

LR-Modul

Strahlquelle

Zellenluft-(Prozess-)

behandlung

Zellenluft-,

Prozessluft-

behandlung

Luftauf-

bereitung

(bei CO2)

Rückkühlung für

Laser und optische

Komponenten

Laser-

steuerungBMS

SC 3

Controller

TP 3TeachPanel

TP 3

Teach

Panel Ihre

Applikation

Sicherheitsumhausung

Durch das modulare Konzept der LR-Familie

sind vielfältige Einsatzvarianten sehr einfach

zu realisieren.

Nachfolgend sind ein generelles Anlagen-

schema und zusätzlich beispielhaft einige

Betriebsmöglichkeiten dargestellt.

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L Raser emote • Applikation

LR 2 mit 4,5 kW Faserlaser

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.

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.

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.

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

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 30-60 Minuten ein

Ergebnis vorliegt.

Schliffe zur schnellenBeurteilung einer Schweißung

Vergossene Schliffe zu Dokumentationszwecken

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

! Anschleifen und Polieren der Probe in 5 feiner werdenden

Körnungen

! Anätzen der Probe

Diese Proben stehen innerhalb von 24-48 Stunden zur

Verfügung.

Stand: Juni 2013 R06

Tel.: +49 (0) 4136 909-0

Fax.: +49 (0) 4136 909-22

[email protected]

www.sef.de

SEF Systec GmbH

Kringelsburg 2a

21379 Scharnebeck

GERMANY

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