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CP Automation: Modulare Laser mit Automation Optimierte Laser für Mikrobauteile

Redakteur: Konrad Mücke

Vom Schweizer Hersteller CP Automation SA steht ein umfassendes Spektrum modular aufgebauter, standardisierter Automatisierungsplattformen mit integrierten Lasern speziell zum Gravieren, Markieren, Schweissen und Schneiden von Mikrobauteilen zur Verfügung.

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Überwachen und dokumentieren: mit einer Vi­sion-​Software und Kamera ausgerüstetes 5-Achs-Laserschweissmodul.
Überwachen und dokumentieren: mit einer Vi­sion-​Software und Kamera ausgerüstetes 5-Achs-Laserschweissmodul.
(Bild: CP Automation)

Laser haben sich in der Produktion bewährt. Nahezu jede Produktionsstätte verfügt inzwischen über unterschiedliche Lasertechnologien. Laser nutzt man zum Messen, Bearbeiten und Identifizieren von Komponenten. Die Lasertechnik ist tauglich für industrielle Anwendungen auch in der seriellen Produktion. Allerdings gibt es nur wenige Hersteller von Lasersystemen, die komplette Anlagen einschliesslich der Handhabung der Bauteile und des Steuerns des Materialflusses bereitstellen. Die Ingenieure von CP Automation in Villaz-St-Pierre haben eine standardisierte Automatisierungsplattform verwirklicht. Sie ermöglicht, kurzfristig Lasermodule mit Bedienungs-, Montage- und Sichtprüfmodulen zu kombinieren.

Lasermodul zum Beschriften, Gravieren und Schneiden

Das universelle Lasermodul der CP-Serie kombiniert Optiken zum Fokussieren des Laserstrahls, einen 2D- oder 3D-galvanometrischen Scankopf, eine Kamera zum Abbilden von Bauteilen und Positionierachsen. Zum Gravieren und für Beschriftungen werden – abhängig von der Oberflächenbeschaffenheit und der geforderten Zykluszeit – unterschiedliche Ultrakurzpulslaser (Femto-, Piko- oder Nanosekunden) eingesetzt. Das intelligente Bildverarbeitungssystem sorgt für Genauigkeiten von wenigen Mikrometern und eine hohe Produktivität. Dank der dritten optischen Achse lassen sich auch gewölbte Bauteile bearbeiten oder die Gravurtiefe steuern. Dieses Lasermodul dient beispielsweise dazu, ohne Mikrorisse in Glas zu markieren, medizinische Bauteile tiefschwarz und widerstandsfähig zu markieren und Tiefengravuren in Bauteile von Uhren einzubringen. Beim Schneiden sorgt der Femtosekundenlaser dafür, dass man selbst Mikrobauteile ohne Wärmeeinflusszonen bei sauberen, gratfreien Schneidkanten bearbeiten kann.

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Mit Laser schweissen

Im Lasermodul zum Schweissen sind Optiken zum Formen des Laserstrahls, ein 2D-galvanometrischer Scankopf, eine Kamera zum Abbilden von Bauteilen und Positionierachsen vereint. Das Modul wird durch ein intelligentes Bildverarbeitungssystem unterstützt. Es erkennt automatisch die Ausrichtung der Werkstücke und passt entsprechend die Position des Laserstrahls an. Das gewährleistet, dass stets exakt an der richtigen Position geschweisst wird. Um einwandfreie Schweissnähte beim Verbinden einer Vielzahl an Werkstoffen zu gewährleisten, werden die Schweissmodule häufig mit Lasern ausgestattet, die Laserlicht kontinuierlich oder halbkontinuierlich im infraroten oder sichtbaren Bereich emittieren. Die integrierte, einzigartige Inspektionstechnologie mit Algorithmen der künstlichen Intelligenz ermöglicht, die Qualität der Schweissnähte automatisch zu kontrollieren. Das Laserschweissmodul dient überwiegend dazu, Mikrobaut​eile aus Edelstahl, Aluminium, Kupfer, Titan oder Edelmetallen für die Uhrenindustrie oder die Medizintechnik äusserst präzis zu schweissen.

Laserprozess überwachen

Zum Überwachen der Laserprozesse gibt es die Softwareplattform Smart Data Advisor. Mit ihr lassen sich Parameter und Messdaten speichern, analysieren und anzeigen. Die Software kann lokal oder auf einem zentralen Server installiert und genutzt werden. Sie ermöglicht, strategisch wichtige Daten einzelner Maschinen oder kompletter Anlagen in Echtzeit zu visualisieren. Dazu nutzt das System Grafiken, Schwellenwerte und Logfiles. Dank vernetzter Systeme lassen sich Daten von Maschinen und Anlagen übergreifend überwachen. Je nach Anwendung werden zahlreiche Bearbeitungsparameter überwacht und bei unzulässigen Daten Alarme ausgelöst.

Vor dem Bearbeiten eines Bauteils wird die Laserleistung bei unterschiedlichen Leistungsstufen gemessen. Mit einer benutzerdefinierten Frequenz misst die Anlage die Laserleistung im Bearbeitungsbereich. Die Brennweite misst das System, nachdem es in definierten Intervallen in den Kalibriermodus geschaltet hat. Die Überwachung der Brennweite ermöglicht, Abweichungen des gesamten laseroptischen Systems zu überwachen. Weiter wird die Ausrichtung der Kamera- und Laserbezugsrahmen regelmässig überprüft, um möglichen Abweichungen vorzubeugen. Zudem wird die Position des zu bearbeitenden Bereichs vor jedem Bearbeitungsvorgang gemessen, um die Wiederholbarkeit der Positionierung zu gewährleisten. Der Linienprojektor wird regelmässig auf einer Referenzfläche überprüft, um eine Abweichung in der Messung festzustellen.

Beim Gravieren und Markieren erkennt das System automatisch nach dem Bearbeiten optisch die eingebrachten Zeichen. Das sorgt dafür, dass die Markierungen konform sind. Beim Schweissen ermöglicht die Bildanalyse der Schweissnaht unter Verwendung von Algorithmen aus der künstlichen Intelligenz eine Überprüfung der Qualität der Schweissnaht. In benutzerdefinierten Intervallen wird automatisch ein Weiss-Referenzwert vor der Kamera platziert, um den Weissabgleich durchzuführen. Dieser Vorgang ermöglicht, Abweichungen im System aus Kamera, Optik und Beleuchtung zu erkennen. Schliesslich werden die Werkzeuge regelmässig auf Rundlauf gemessen. Darüber hinaus erfasst die Anlage automatisch die Betriebszeiten der unterschiedlichen Komponenten des Lasermoduls. Somit werden regelmässige Massnahmen zum Warten und Reinigen der Linsen, der Spiegel und des Periskops sowie zum Austausch von Verschleissteilen eingeleitet.

Profitable Digitalisierung

Die Plattform Smart Data Advisor erfasst und speichert diese Daten übergreifend und wertet sie im Sinne einer umfassenden Digitalisierung aus. Somit nutzt sie Maschinendaten, um einen Mehrwert zu schaffen und die Qualität und die Produktivität der Lasersysteme der Serie CP zu verbessern. Dazu sagt Marcel Dubey, CEO von CP Automation: «Für unsere Kunden darf der Einsatz neuer Digitalisierungstechnologien kein Selbstzweck sein, sondern muss dazu beitragen, die Qualität der produzierten Teile zu verbessern und die Produktivität des Unternehmens zu optimieren.» SMM

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