Punktgenaue Positionierung im Laseranwendungslabor

Die VONJAN Technology GmbH ist Anbieter, und Lösungsberater für Lasersystem-Hersteller. Ihr Kerngebiet ist es, für industrielle Lasersysteme die optimalen Laserquellen, Ablenkeinheiten und Laseroptiken für eine reibungslose Systemintegration bereitzustellen. Die Komponenten bezieht das Unternehmen weltweit von Lieferanten und passt sie an die individuellen Bedürfnisse seiner Kunden an.

Um neben den Produkten auch die entsprechenden Beratungen anbieten zu können, wurde 2020 ein Applikationslabor eingerichtet, in dem Versuche für Kunden durchgeführt werden. Es lassen sich Laserquellen, Scanköpfe, Optiken und Prozessparameter auf Probenmaterial testen. Damit lässt sich sicherstellen, dass der gewünschte Prozess mit den jeweiligen Komponenten beim Kunden auch wirklich zuverlässig funktioniert. Zudem kann VONJAN auch Optimierungen empfehlen, wenn die Messergebnisse vielleicht einen etwas anderen Aufbau nahelegen, als dem Kunden zunächst vorschwebt.

Die Applikationseinrichtung, die dafür aufgebaut wird, besteht immer aus einem Laser, einer Ablenkeinheit und einer Fokussieroptik, die eine feste Brennweite zum Werkstück hat – aber erst exakt eingestellt werden muss. Dafür war VONJAN auf der Suche nach einer geeigneten Linearachse mit Motor und Steuerung.

Die Lineareinheit soll mit relativ einfachem Aufwand möglich machen, die optimale Position für den Laserkopf für die Kundenanwendung zu identifizieren: Der Laserkopf wird in der Vorrichtung befestigt und fährt dann auf der Achse in verschiedene Positionen, bis der Laserpunkt auf 1/10 Millimeter genau auf der zu bearbeitenden Oberfläche fokussiert. Weil die Einstellung so präzise sein muss – und das bei einem Gewicht der Laserstrahlquellen von bis zu 35 Kilogramm und einem Hub von 800 Millimetern – muss die Anlage eine hohe Steifigkeit aufweisen.

Neben einer hohen Genauigkeit und Steifigkeit war es VONJAN wichtig, ein möglichst leicht zu konfigurierendes und installationsfreundliches System zu finden.

igus hatte die perfekte Lösung parat: ein drylin SLW-25120 Linearmodul mit einer TR24x5-Spindel. Die SLW-Serie verfügt über sehr verwindungssteife Aluminium-Doppelwellenprofile und eignet sich für manuelle und, mit Motor wie bei VONJAN, für elektrische Verstellungen. Gesteuert wird die Achse durch eine drylin D1 Motorsteuerung, die für Schritt-, DC- und EC/BLDC-Motoren geeignet ist. Bei der VONJAN Applikation wird ein NEMA-24-Schrittmotor mit Encoder und einem 3:1-Getriebe eingesetzt.

Die Konfiguration der Anlage hat igus mit den vorgegebenen Daten für VONJAN durchgeführt. Die SLW-25120 ist radial für 2500 N geeignet. Durch den Achsabstand von 435 Millimetern verringert sich die maximal zulässige Kraft zwar, doch durch das verwindungssteife Aluminium-Doppelwellenprofil hat die VONJAN Anlage mehr als genug Reserven. Mit Hilfe des igus Online-Tools lassen sich die Berechnungen und die Auslegung von Motor und Getriebe einfach durchführen. Die Installation des vormontierten Linearmoduls mit Getriebe und Motor sowie die Programmierung und Sensoranschlüsse konnte VONJAN problemlos selbst übernehmen.

Durch den Spindelantrieb können nicht nur sehr hohe Kräfte übertragen werden, sondern gleichzeitig wirkt die Spindel auch als Sicherung, falls Strom oder Motor ausfallen würden, damit die Achse nicht runterrauschen und dann den Laser zerstören kann. Dass VONJAN manchmal Pico-Laser im Wert von 100.000 Euro zum Einstellen montiert, zeigt das Vertrauen in die Anlage. Für einen Schrittmotor hat man sich deshalb entschieden, weil dieser schon bei geringen Drehzahlen sein maximales Drehmoment abgeben und der Schrittwert mit der D1-Steuerung auf 0,72 Grad eingestellt werden kann. Und da der Motor über einen Encoder verfügt, weiß die D1 jederzeit, wo der Schlitten steht. Das ist sehr wichtig für die Programmierung der Tests. Ein Kunde hat beispielsweise einen Ersatzlaser für seine Anlage bestellt. Den justiert VONJAN, stellt den exakten Brennpunkt ein und dann sendet ihn per Express ins Ausland. Da muss alles stimmen, bevor der rausgeht, der Kunde baut ihn nur noch ein, dann muss seine Anlage wieder laufen.

Für die korrekte Einstellung wird der Laserkopf auf der Achse montiert und ein reaktives Material mit geringer Laserleistung bestrahlt. Die Achse durchläuft ein hinterlegtes Bewegungsprogramm und auf dem reaktiven Material können dabei Reaktionsanfang und -ende gemessen werden. Da der Schrittmotor über den Encoder die exakte Position aufzeichnet, kann VONJAN auf dem Web-Interface genau die Mitte zwischen Anfang und Ende der Reaktion, den Spot, bestimmen. Geschäftsführer Tobias von Jan zieht als Fazit: