Ausgangssituation

Die Dynamisierung von Produktlebenszyklen und die Individualisierung der Märkte ist einer der Megatrends für die Produktion 2020. Das bedeutet für die industrielle Fertigung eine Steigerung der Flexibilität der Produkte und der Produktionsanlagen durch innovative Prozesse und Automatisierungskonzepte.

Das Projekt RoboLaSS greift diese Forderung auf, indem Lasermaterialbe­arbeitungsprozesse optimiert und neue Verfahren entwickelt werden. Das Vorhaben ist dabei auf die Makro-Materialbearbeitung mit Remote-Technologie fokussiert und knüpft an die Ergebnisse des Vorgänger­projektes RoFaLas an

Ziel des Projektes

Das Ziel des Projektes ist die Steigerung der Wirtschaftlichkeit und der Flexibilität des Remote-Laser­strahlschweißens und -schneidens im industriellen Einsatz. Zur Erreichung dieses Gesamtziels ist das Projekt in mehrere Teilziele unterteilt:

Auf der Prozessebene wird für das Remote-Laserstrahlschweißen (engl. Remote Laser Welding, RLW) und das Remote-Laserstrahl­schneiden (engl. Remote Laser Cutting, RLC) eine Steigerung der Bearbeitungsqualität bzw. eine Qualifizierung für den industriellen Einsatz angestrebt.

Im Bereich der Systemtechnik ist das Ziel prozessangepasste Optiken zu konzipieren und umzusetzen, die jeweils auf die verfahrensspezifischen Charakteristika des RLW und RLC angepasst und optimiert sind. Darüber hinaus wird zur Steigerung der Anlagenflexibilität eine Kombinationsoptik aufgebaut, welche das RLW und das RLC in einem Optiksystem ermöglicht, siehe Abbildung 1.

Flexible  Handhabungs­kinematiken und neue Strahlführungsstrategien erweitern die Einsatz-möglichkeiten von Remote-Bearbeitungseinheiten, bringen allerdings einen erhöhten Programmieraufwand mit sich. Ein weiteres Teilziel des Projektes ist daher die Entwicklung einer automatisierten Bahnplanung für die Kopplung von Scanneroptiken und Führungs­kinematiken.

Die im Projekt RoboLaSS erarbeiteten Ergebnisse werden in Demonstratoren aus unter-schiedlichen Produktionsbereichen umgesetzt. Um das Gesamtziel mit seinen Teilzielen zu erreichen, hat sich ein Konsortium aus innovativen und erfahrenen Partnern zusammengefunden, welches das Know-how besitzt, die mit den Zielen verbundenen Arbeiten durchzuführen.

Projektkonsortium

Das Konsortium des Projektes RoboLaSS, unter der Führung des iwb, setzt sich aus zwei Forschungsinstituten, fünf Systemtechnikherstellern und vier Anwendern aus dem Bereich der Lasertechnik zusammen, siehe Abbildung 2.

Forschungsseitig werden das IWS (Fraunhofer Institut für Werkzeug- und Strahltechnik, Dresden) und das iwb die Entwicklung und Optimierung der Prozesse Remote-Laser­strahlschweißen und ‑schneiden vorantreiben.

Hinsichtlich der dazu benötigten Systemtechnik beschäftigen sich die Firmen IPG Laser GmbH, Precitec KG, Precitec Optronic GmbH und Arges GmbH mit Fragestellungen aus den Bereichen Strahlerzeugung, Strahlformung und -führung sowie mit der Sensorik zur Qualitätssicherung.

Darüber hinaus sind das iwb, Reis GmbH & Co. KG Maschinenfabrik und Blackbird Roboter-systeme GmbH (Ausgründung des iwb) für das Optik-Handling sowie für die Bahnplanung und offline Programmierung verantwortlich.

Die Umsetzung der erarbeiteten Projektergebnisse in fertigungsnahen Demonstratoren wird mit der Unterstützung der Firmen Mars Lasertechnik GmbH, Benteler Automobiltechnik GmbH, Reinz-Dichtungs-GmbH und EADS GmbH realisiert.

Abbildung 2: Konsortium zum Projekt RoboLaSS

Arbeitspakete des iwb

Die Arbeiten am iwb sind aufgeteilt in Prozessuntersuchungen zum RLC und RLW sowie in die Entwicklung von Bahnplanungs- und -optimier­ungsalgorithmen für die robotergestützte Remote-Bearbeitung.

In den Prozessuntersuchungen werden zu Beginn des Projektes das RLC und das RLW separat betrachtet, um die Haupteinflussgrößen und Prozessgrenzen für unterschiedliche Werkstoffe zu ermitteln. Im Zuge dieser Untersuchungen wird sich das iwb auch mit den Grundlagen des RLC beschäftigen, da die Prozessmechanismen bislang noch nicht umfassend verstanden sind. Aus den gewonnenen Informationen lassen sich Anforderungen an die Bearbeitungsoptiken ableiten, die gemeinsam mit Arges umgesetzt und anhand von Qualitätskriterien für Schnittkanten und Schweiß-nähte qualifiziert werden. Der Demonstrator, der die Integration der gewonnenen Erkenntnisse der Verbundpartner in eine flexible Bearbeitungszelle aufzeigt, wird am iwb aufgebaut und betreut.

Neben den umfangreichen Prozessuntersuchungen wird das iwb eine Strategie für die auto-matisierte Bahnplanung für Scanner-Roboter-Bewegungen entwickeln und umsetzen. Diese hochredundanten Kine­matiken sind mit manuellen Techniken nicht mehr programmierbar. Sie bieten jedoch durch die Redundanz der bewegungsausführenden Achsen ein hohes Optimierungs-potential hinsichtlich der Taktzeit. Datenbasis für die Bewegungsplanung und -optimierung bilden dabei die Erkenntnisse aus den Prozessuntersuchungen hinsichtlich valider Einstrahlwinkel, Prozessgeschwindigkeiten und Verfahrenstoleranzen. Der Automatisierungs-gedanke, Ergebnisse aus den Prozessuntersuchungen als Eingangsparameter für die Bahnplanung zu verwenden, soll vor allem den Programmieraufwand bei Kleinserien minimieren und dadurch die Remote-Technologie für KMU interessant machen.

Übersicht der Arbeitspakete und weiterführende Informationen:

Remote-Laserstrahlschneiden und Verfahrenskombination

Remote-Laserstrahlschweißen

Roboterbahnplanung und -bahnoptimierung

Status

laufend

Laufzeit

07/2010-06/2013

Letzte Aktualisierung

16.04.2012

Partner

Fraunhofer Institut für Werkzeug- und Strahltechnik (IWS)
IPG Laser GmbH
Precitec KG
Precitec Optronic GmbH
Arges GmbH
Reis GmbH & Co. KG Maschinenfabrik
Blackbird Robotersysteme GmbH
EADS GmbH
Mars Lasertechnik GmbH
Benteler Automobiltechnik GmbH
Reinz-Dichtungs-GmbH
Bayerisches Laserzentrum GmbH

Förderer

BMBF

Projektträger

Veranstaltungen

Messe Word of Photonics 2013

Videos

Kombiniertes Laserstrahlschneiden, -schweißen und -markieren - Buchzeichen

Kombiniertes Laserstrahlschneiden und -schweißen - Wärmetauscher

Weiterführende Links

• Förderinitiative mabrilas

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