Transferprojekte

Neuartige Maschine ist optimal auf sehr individuellen Anforderungen ausgerichtet

Entwicklung und Umsetzung eines Maschinenkonzepts für einen teilautomatisierten Arbeitsplatz zum Mikro-Laserschweißen

Das Mikro-Laserschweißen stellt einen hochpräzisen Arbeitsprozess dar. Im Bereich der Einzelteile bzw. Kleinserien wird der Schweißprozess manuell, jedoch mit einer automatisierten Positioniervorrichtung durchgeführt. Bereits kleine Schwingungen der Maschinenstruktur oder kaum wahrnehmbare Ausregelvorgänge der Positionierachsen führen aufgrund der optischen Vergrößerung bereits nach kurzer Zeit zu einer hohen Belastung der Mitarbeiter. Entsprechende Bearbeitungsmaschinen bzw. Positioniereinheiten werden am Markt typischerweise für große Produktdurchsätze und damit schnelle Bearbeitungsvorgänge angeboten. D.h. die am Markt verfügbaren Maschinen sind auf eine hohe Dynamik und für vollautomatisierte Prozesse ausgelegt und damit sehr kostenintensiv. Anpassungsentwicklungen bestehender Maschinen an die speziellen Anforderungen von LPT sind aufgrund der Marktnische für Maschinenhersteller und auch für Automatisierungsunternehmen unattraktiv bzw. mangelt es an der erforderlichen ganzheitlichen Technologiekompetenz.

Ziel des Projekts war es daher für das Miko-Laserauftragssschweißen ein neues Maschinenkonzept zu entwickeln und umsetzen. Mit dieser neuartigen Maschine, die optimal auf die sehr individuellen Anforderungen von LPT ausgerichtet ist, werden die Unzulänglichkeiten der bisher eingesetzten Maschinen eliminiert. Die wesentlichen Entwicklungsaspekte waren die Präzision und Schwingungsfreiheit der Maschine sowie die Nutzerergonomie, sowie die Offenheit der Steuerungsarchitektur für spätere Erweiterungsmöglichkeiten einschließlich einer Einbindung von Roboter- und Handhabungssystemen.

In der Konzeptphase wurde die neuartige Maschine spezifiziert. Es wurde ein 3-Achs-Portal bestehend aus Linearachsen mit Spindelantrieben ausgewählt. Diese wurden mit leistungsstarken Schrittmotoren ausgestattet. Die Bewegungen des 3-Achs-Portals werden vom Bediener über eine kabellose Zahlenblock-Tastatur gesteuert. Dazu sind zwei Bewegungsmodi möglich. Einerseits ein Vorschub mit konstanter Geschwindigkeit ohne Positionsbegrenzung, sodass sich bei Betätigung einer Richtungstaste die zugehörige Achse so lange bewegt, bis die Taste nicht mehr betätigt wird. Zudem ist eine Umschaltung zwischen Vorschubgeschwindigkeit und Eilgang möglich. Der zweite Betriebsmodus sieht einen Vorschub mit konstanter Geschwindigkeit mit Positionsbegrenzung vor, sodass bei Betätigung einer Richtungstaste die zugehörige Achse so lange bewegt wird, bis die zuvor konfigurierte relative Positionsgrenze erreicht ist.

Die entwickelte Maschine erfüllt die anfangs definierten Kriterien. Es erfolgte eine Umsetzung mit Industriekomponenten mit entsprechender Verfügbarkeit am Markt. Die gestellten Anforderungen an Präzision und Schwingungsfreiheit der Maschine bei sehr kleinen Verfahrgeschwindigkeiten sowie im Stillstand ohne Überschwingen und ohne Nachlaufen der Achsen im Tipp-Betrieb konnten ebenfalls erfüllt werden. Zudem weist die Maschine ein einfaches Bedienkonzept auf, indem über eine Zahlenblock-Tastatur auf dem Arbeitstisch für den Tipp-Betrieb und über ein Tablet neben dem Arbeitstisch Grundeinstellungen vorgenommen werden können. Die Maschine weist eine offene Steuerungsarchitektur für spätere Maschinenanpassungen und -erweiterungen auf. LPT verfügt nun über eine Maschine, die seinen Vorgaben entspricht. Andererseits liegt nun auch eine Referenzmaschine vor, die entsprechend vervielfältigt und zudem auch um zusätzliche Funktionen erweitert werden kann.