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INDUSTRIELLE AUTOMATION 2/2021

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INDUSTRIELLE AUTOMATION 2/2021

SENSORIK UND MESSTECHNIK

SENSORIK UND MESSTECHNIK Exakte Profilerstellung von Bauteilen Laser-Scanner sorgen für verbesserte Schneid- und Schweiß- Prozesse und einen hohen Automatisierungsgrad Beim Laser-Schweißen und Laser-Schneiden erfordert der hohe Automationsgrad eine präzise Werkzeugführung. Um die hohen Anforderungen in den Automatisierungsprozessen zu erfüllen, werden Laser-Scanner eingesetzt. Sie greifen schon vor den Schneid- und Schweißarbeiten ein und erstellen genaue 2D-/3D-Profile. Eine exakte Werkzeugführung wird damit zur Leichtigkeit. Die Laserbearbeitung von Bauteilen ist vielseitig. Sie reicht von Schneideund Schweißarbeiten bis hin zur Beschichtung. Mechanische Bauteile werden vor der Bearbeitung dreidimensional vermessen, um aus den gewonnenen Profildaten die geeigneten Bearbeitungsvorgänge abzuleiten. Zu diesem Zweck werden Laser-Profil-Scanner eingesetzt. Dipl.-Ing. Christian Kämmerer, MBA, Leiter Vertrieb 2D/3D Optische Messtechnik, Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG Präziser 3D-Scan vor dem Laserauftragsschweißen Beim Laserauftragsschweißen wird auf der Bauteiloberfläche ein Schmelzbad erzeugt und durch das Zuführen eines pulverförmigen Zusatzwerkstoffs entsteht eine neue und porenfreie Schicht. Kernaufgabe der Sensoren ist dabei die Erfassung von Freiformen sowie das Erkennen von Formabweichungen vor der Laserbearbeitung. Dazu werden die Bauteile mit einem Laser-Scanner der Reihe Scancontrol von Micro-Epsilon abgescannt. Sofern es die Bauteilgeometrie erfordert, erfolgt dies aus mehreren Richtungen. Die Rohdaten werden direkt an eine kundenseitige Software übertragen, zu einem 3D-Model zusammengefügt und schließlich für die Bahnplanung des Laser-Schweißkopfes verwendet. Anschließend kann die Düse im richtigen Abstand zur Oberfläche platziert und über die errechnete Bahn geführt werden. Das Resultat ist eine neue, gleichmäßige und vollflächige Oberfläche. Der Scancontrol 3050-50/BL ist für verschiedene Einsatzzwecke wie Reparatur, 3D-Druck, Fügen oder Beschichten sowie für unterschiedliche Bauteilgrößen geeignet. Dieser Sensor bietet einen Messbereich von 50 mm, bei 2 048 Messpunkten pro Profil und einer Messrate von bis zu 10 000 Profilen pro Sekunde. Die blaue Laser-Linie ermöglicht auf den metallischen Oberflächen präzise Messungen. 3D-Vermessung vor dem Plasmaschneiden Das slowakische Unternehmen Microstep, spol. s r.o. zählt im Bereich der automatisierten Plasmaschneidanlagen zu einem der weltweit größten Produzenten. In einer speziell entwickelten Maschine zur Bearbeitung von Kessel- und Boilerabdeckungen, der Dome, sowie von profilierten Materialien, vertraut das Unternehmen auf präzise Sensorik von Micro- Epsilon. Die Anlage kann Dome mit Durchmessern von bis zu 7 m und einer Höhe von bis zu 1,2 m bearbeiten. In diese werden üblicherweise Öffnungen für den späteren Anschluss von Rohren und Ventilen geschnitten. Um diese riesigen Dome schnell, präzise und vollautomatisch bearbeiten zu können, ist es notwendig ihre Form und ihre exakte Position innerhalb der Produktionslinie zu ermitteln. Da die tatsächlichen Abmessungen der Dome oft um mehrere Zentimeter von den CAD-Daten abweichen, werden diese vor der Bearbeitung mit einem Laser-Profil-Sensor der Serie Scancontrol vermessen. Die 2D-Linieninformationen des Scanners werden dabei mit einem 6D-Positionierungssystem synchronisiert, um daraus die gesamte dreidimensionale Form zu ermitteln. Da der Scan-Prozess mit einer Geschwindigkeit von bis zu 60 m/min erfolgt, ist eine exakte Hardware-Triggerung erforder- 24 INDUSTRIELLE AUTOMATION 02/2021 www.industrielle-automation.net

SENSORIK UND MESSTECHNIK lich, um Fehllagen zu vermeiden und ein realitätsgetreues Abbild des Messobjekts zu erhalten. Die präzisen Messwerte werden anschließend über eine SDK-Anbindung als Punktewolke in die kundeneigene Auswertesoftware mScan übertragen, die daraus den optimalen Werkzeugpfad errechnet. Schweißnahtoptimierung durch Profilvermessung Inrotech A/S aus Dänemark setzt auf Sensoren von Micro-Epsilon, um eine optimale Schweißnaht-Qualität in einem vollautomatisierten Prozess zu erzielen. Das Unternehmen hat einen Schweißroboter, den Inrotech-Crawler entwickelt, der Schweißvorgänge im Vorfeld berechnet und anschließend automatisch durchführt. Der Roboter greift dazu auf die exakten Messwerte der leistungsstarken Laser-Profil- Scanner von Micro-Epsilon zurück. Ein Scanner der Serie Scancontrol ist am Inrotech-Crawler fixiert und erfasst die Geometrie der zu schweißenden Naht, bevor der eigentliche Schweißprozess beginnt. Die hochgenaue Profilvermessung ermöglicht die Automatisierung des Prozesses. Mithilfe einer Belichtungszeitregelung und hohen Auflösung liefert der Sensor zuverlässige Messergebnisse auf nahezu allen Messobjekten. Aufgrund seiner kompakten Bauweise mit integriertem Controller sowie seines geringen Gewichts eignet sich der Laser-Profil-Scanner für diese Messaufgabe. Die vielfältigen Anbindungsmöglichkeiten über ein SDK (Software Development Kit) ermöglichen eine direkte Übertragung der kalibrierten Profildaten per Scancontrol DLL an die kundenseitige Software. Die Weldlogic Technologie von Inrotech berechnet danach u. a. die Anzahl der Schweißdurchgänge, die Position der Schweißnähte sowie die Schweißgeschwindigkeit und die Pendelbreite. Direkt im Anschluss an die Kalkulation führt der Crawler automatisch den Schweißprozess durch. Im ersten Schritt wird die Oberfläche der defekten Stelle mit einem Laser-Scanner erfasst, indem ihn ein Roboter über die Oberfläche führt. In Verbindung mit den Positionsdaten des Roboters werden die 3D-Daten der Verschleißstelle ermittelt. Die 64 000 Messpunkte pro Sekunde werden in einem zweiten Schritt in das CAD- Soll-Modell des Kettengliedes eingefügt. Im nächsten Schritt werden in diesem Differenzvolumen die notwendigen Schweißbahnen berechnet, die für das Aufschweißen des fehlenden Materials optimal sind. Dieser gesamte Prozess ist in weniger als drei Minuten abgeschlossen. Schließlich werden die berechneten Schweißbahnen an die Robotersteuerung geliefert und der automatisierte Schweißprozess beginnt. Das Besondere der patentierten Blue-Laser-Technologie Für Messungen auf anspruchsvollen Oberflächen ist neben dem roten Standard-Laser auch die Blue-Laser-Technologie einsetzbar. Micro-Epsilon hält hier das Patent für Messungen mit blauem Laser auf rotglühende Objekte über 700 °C und (semi-)transparente Objekte. Zu den transparenten Objekten zählen Kunststoff, Glas, Klebstoffe, Silikon, Lacke, Beschichtungen, Plexiglas und Versiegelungen. In vielzähligen Messobjekten bieten Blue- Laser-Scanner Vorteile im Vergleich zu Sensoren mit roter Laserdiode. Auf organischen, glühenden Materialien oder semitransparenten Objekten wird die blaue Laserlinie scharf abgebildet, wodurch präzise Ergebnisse generiert werden. Fazit Der Einsatz von Micro-Epsilon Laser- Scannern in der Metallbearbeitung sorgt für hohe Produktqualität in dynamischen Prozessen. Mithilfe der genauen Profilerstellung noch vor dem Ansetzen der Bearbeitungswerkzeuge kann Ausschuss reduziert und die Durchsatzrate erhöht werden. Die leistungsfähigen Laser-Scanner weisen eine hohe Genauigkeit und Stabilität auf, arbeiten schnell und effizient auch auf metallisch-glänzenden Oberflächen und sind daher für automatisierte Prozesse in der Metallbearbeitung geeignet. Bilder: Micro-Epsilon www.micro-epsilon.de Das Messprinzip eines Laser-Scanners Laser-Scanner greifen auf das Triangulationsprinzip zur zweidimensionalen Profilerfassung zurück. Sie senden einen Laserstrahl aus, der zu einer Laserlinie aufgeweitet wird. Diese trifft auf das Messobjekt. Das Laserlicht wird von der Oberfläche des Messobjekts reflektiert und der diffuse Anteil auf einer hochempfindlichen Empfangsmatrix im Sensor abgebildet. Der Controller berechnet aus diesem Matrixbild neben den Abstandsinformationen (z-Achse) auch die Position entlang der Laserlinie (x-Achse). Diese Messwerte werden dann in einem sensorfesten, zweidimensionalen Koordinatensystem ausgegeben. Bei bewegten Objekten oder bei Traversierung der Sensoren können somit auch 3D-Messwerte ermittelt werden. Reparaturschweißen per Laser-Scanner Die Laser-Scanner werden auch dann eingesetzt, wenn Schweißroboter automatisierte Reparaturarbeiten durchführen. Das Unternehmen Mabotic hat für RWE einen Weg entwickelt, diesen Reparaturvorgang zu automatisieren. Mit dem Schweißroboter lassen sich Geometrien wie Platten oder Rundungen mit unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften scannen und schweißen. Der Roboter ist mobil einsetzbar. Er kann daher in unterschiedlichen Umgebungen arbeiten, z. B. bei Schweißaufgaben in der Öl- und Gasindustrie oder bei Windkraftanlagen. www.industrielle-automation.net INDUSTRIELLE AUTOMATION 02/2021 25

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