Self-adapting laser joining system for fast reconfigurable assembly systems (MANUNET-LASERDAPT)

Problemstellung
Die zunehmende internationale Verflechtung bei der Entwicklung und Herstellung innovativer Produkte spielt für die Produktionsforschung eine wesentliche Rolle. Aus diesem Grunde wurde das Netzwerk MANUNET im europäischen Forschungsraum (ERA-Net) gegründet. Die Forschungsaktivitäten von maßgeblichen europäischen Regionen und Ländern im Bereich der Produktionstechnologien werden dadurch koordiniert.
Die deutschen Unternehmen erhalten durch eine Beteiligung an MANUNET den Zugang zum Know-how anderer europäischer Partner und können neue Märkte erschließen. Damit wird entsprechend der Hightech-Strategie der Bundesregierung die internationale Position Deutschlands gestärkt.
Dabei werden gemeinsam Lösungsvorschläge auf drängende Herausforderungen bei der Entwicklung von Produktionssystemen und -komponenten erarbeitet, die sich automatisch an veränderte Geschäfts- und Produktionsziele sowie an neue Anforderungen des Marktes und der Technik anpassen. Besondere Schwerpunkte dabei sind flexible schnell anpassbare Maschinen und Anlagen.

Zielsetzung
Für die Montage mikro- und feinwerktechnischer Produkte sowie für Fügeaufgaben in der Elektrotechnik und der Photovoltaik ist ein neuer hochintegrierter Ansatz aus Greif-, Positionier- und Fügewerkzeugen nötig. Mit der Kombination eines flexiblen Greif- und Spannsystems und eines schnellen optischen Galvanometerscanners sowie einer hochauflösenden Bildanalyse wurde ein integriertes selbstadaptierendes Montage- und Fügesystem auf der Basis schneller Laserschweißprozesse entwickelt, das die jetzigen Zykluszeiten verkürzt und die Montagequalität, z.B. bei Photovoltaik-Modulen, signifikant erhöht.
Das neue Pick&Join-Werkzeug ermöglicht eine automatische Anpassung des Bearbeitungswerkzeugs Laser an die jeweilige Aufgabe und erlaubt eine schonende Montage und Fügetechnik in einem einzigen Arbeitsschritt.

Vorgehensweise
Im Detail sollten mit der neuen Technik die folgenden Ziele erreicht werden:
– Aufnahme, Positionierung, Spannen und Fügen in einem einzigen Arbeitsschritt mit einem hochintegrierten Pick&Join-Werkzeug auf der Basis hochbrillanter Scheiben oder Faserlaser mit Genauigkeiten kleiner 10 µm.
– Selbstadaptierender Montage- und Fügeablauf auf der Basis einer hochauflösenden Bildverarbeitung, die in das Pick&Join-Werkzeug integriert ist und Fügegenauigkeiten < 10 µm ermöglicht. Dabei sollten über einen Vergleich von CAD- mit realen Daten sowohl 2D als auch 3D-Positionieraufgaben ohne spezielle mechanische Positionierhilfen gelöst werden. - Integrierte, positionsüberwachte und adaptierbare Draht- und Bändchen-Kontaktierung auf der Basis von Mikro-Laserschweißprozessen für die Montage von Leistungselektronik und Photovoltaik-Modulen. Im Rahmen des Projekts Laserdapt wurde ein adaptives Fügesystem hergestellt, welches das Laserstrahlschweißen verschiedener Bauteile erlaubt. Durch die Verknüpfung einzelner Systemkomponente lassen sich die jeweiligen Vorteile der Verfahren kombinieren. Im Vordergrund stehen hier: - Geometrieflexibilität und hohe Schweißgeschwindigkeiten durch Scanner - Verfahrensvarianten beim Schweißen durch Strahloszillation - Positions- und Orientierungsfreiheit durch Verwendung eines 6-achsigen Roboters - Austauschbarkeit und Adaptivität durch Verwendung einfacher Standardkomponenten, z.B. bei Greifern - Zusammenführung der Systeme und vereinfachte Ansteuerung durch übergeordnete Software- Wissensmanagement durch Integration einer Datenbank Das System konnte erfolgreich an Bauteilen getestet werden und ermöglicht die flexible Verwendung für unterschiedliche Bauteile. Ergebnisse und Anwendungspotential Für hochspezielle Montageaufgaben mit geringsten Stückzahlen, die zum Teil durch Lohnfertiger durchgeführt werden, ergeben sich die größten Vorteile aus der hohen Präzision und schnellen Adaptierbarkeit des Bearbeitungskopfes. Zusammenfassend werden durch die Implementierung des Bearbeitungskopfes sowohl in der Serien- als auch in der Einzelteilfertigung die folgenden Potentiale genutzt: - Signifikante Reduzierung der Einricht- und Rüstzeiten für neue Produkte und dadurch bedingte Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit. - Einsparung von Produktions- und Investitionskosten durch flexible Nutzung der Produktionsanlagen. - Höhere Präzision bei Laserbearbeitung und Montage durch kamerabasierten Ausgleich von Bauteiltoleranzen. - Verkürzung der Taktzeiten bei der Montage durch schnelle und präzise Handhabungstechnik auch bei der Einzelteilfertigung.

• Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein
• RJ Lasertechnik GmbH
• Schulz Systemtechnik GmbH, Obersöchering Landkreis Weilheim-Schongau
• Strama - MPS Maschinenbau GmbH & Co. KG