Eine Einführung in Laserschweißroboter

Mit zunehmender Komplexität der gefertigten Bauteile steigt der Bedarf an präzisen Montagelösungen. Diese Problematik verschärft sich, da die Kunststoffverarbeitung immer komplexere Teile hervorbringt. Laserschweißen bietet hierfür eine Lösung. Es erleichtert auch das Schweißen schwieriger Werkstoffe wie Kupfer und Aluminium. Das Schweißen solcher Materialien ist in der Batterieherstellung üblich. Einige Betriebe schweißen Werkstoffe manuell mit Lasern. Aufgrund der hohen Anforderungen an die Präzision setzen Hersteller jedoch in der Regel auf Automatisierung.
Branchen für Laserschweißroboter

Laserschweißroboter stellen eine Nischenanwendung in der Fertigung dar. Nur wenige Branchen benötigen die einzigartigen Eigenschaften und Vorteile des Laserschweißens. Für diese Branchen ist der Zugang zu automatisiertem Laserschweißen jedoch unerlässlich. Beispiele hierfür sind:

1. Automobilindustrie
2. Luft- und Raumfahrt
4. Elektronik
5. Gesundheitswesen
6. Metalle
7. Kunststoffe

Eine Roboterschweißzelle ist eine komplexe Kombination aus verschiedenen Teilsystemen. Anfangs kann es schwierig sein, den Überblick über die benötigten Komponenten zu behalten. Deshalb wollen wir dieses System in seine Einzelteile zerlegen:

Der Roboter

Der Schweißroboter ist die zentrale Komponente der Schweißzelle. Hierbei bezieht sich der Begriff „Roboter“ auf seine Mechanik und Steuerung. Unabhängig vom Typ ist der Roboter für das Schweißen verantwortlich. Er bewegt den Roboter und steuert die Lasersteuerung direkt. Die Anwendungsanforderungen sollten die Roboterauswahl maßgeblich bestimmen. Robotermodelle weisen unterschiedliche Konstruktionsmerkmale auf. Bei der Auswahl sollten Sie Kennzahlen wie Reichweite, Tragfähigkeit, Geschwindigkeit und Präzision berücksichtigen. Die spezifischen Leistungsmerkmale der Anwendung schränken die Auswahl geeigneter Robotertypen für Ihr Projekt ein. Im nächsten Abschnitt stellen wir Ihnen einige Optionen zur Roboterauswahl vor.

Der Laser

Das Lasersystem erzeugt den Schweißstrahl. Es besteht aus dem Laserkopf und dem Stromgenerator/Verstärker, der mitunter ein separates Bauteil ist. Die Material- und Schweißanforderungen bestimmen den benötigten Lasertyp. Stellen Sie sicher, dass Sie den für Ihre Schweißanwendung optimalen Laser auswählen.

Kühlung

Die meisten Laser benötigen ein Kühlsystem, um zu funktionieren. Laser erzeugen enorme Hitze, die interne Komponenten beschädigen kann. Kühlsysteme halten die Lasertemperatur in einem betriebsfähigen Bereich. Daher sind Laserkühlsysteme oft Bestandteil des gesamten Lasersystems.

Teilpräsentation

Sie sollten überlegen, wie Sie das Werkstück dem Schweißroboter zuführen. Bei Laserschweißsystemen gibt es in diesem Bereich oft mehr Möglichkeiten. Das liegt daran, dass das Verfahren das Werkstück während des Schweißens nur geringfügig beeinträchtigt. Gängige Optionen sind:

1. Förderbänder
2. Jigs
3. Plattenspieler
4. Klemmen
5. Andere Roboter

Sensor-/Überwachungssysteme

Ein solches Hightech-System ist mit umfangreicher Sensorik ausgestattet. Temperatursensoren und Sicherheitseinrichtungen gehören in Schweißzellen zur Standardausstattung. Auch Strahl- und Nahtverfolgungssysteme sind weit verbreitet. Anbieter konfigurieren die Systeme häufig mit Bildverarbeitungssystemen. Diese Systeme bieten vielfältige Funktionen. Je nach Anwendung können unterschiedliche Funktionen erforderlich sein. Typische Anwendungsbereiche sind:

1. Qualitätskontrolle/Inspektion
2. Sicherheit
3. Thermische Überwachung

Sicherheit

Laserschweißen ist eine gefährliche Anwendung für Menschen. Daher ist es unerlässlich, Sicherheitsmaßnahmen zum Schutz der Mitarbeiter zu ergreifen. Zu den Risikominderungsmaßnahmen gehören üblicherweise:

1. Schutzvorrichtungen/Einhausung
2. Lichtvorhänge
3. Sicherheitsscanner(innen)
4. Lockout/Tagout-Systeme
5. Schalter für den Personenkontakt

Heute verwendete Laserschweißrobotertypen

Einige Robotertypen dominieren den Markt für Laserschweißen. Diese Roboter bieten die notwendigen Funktionen zur Automatisierung von Laserschweißprozessen. Ihre Unterschiede sind jedoch erheblich. Wenn Sie diese Unterschiede verstehen, können Sie den für Ihre Anwendung geeigneten Roboter auswählen.
Sechsachsige Roboter

Sechsachsige Roboter bieten eine optimale Kombination aus Geschwindigkeit, Reichweite und Tragfähigkeit. Sie eignen sich für die meisten Anwendungen im Laserschweißen und sind besonders gut für kleine bis mittelgroße Schweißaufgaben geeignet. Dank ihres großen Bewegungsspielraums können sie auch komplexe Bauteilgeometrien schweißen.

Die Einschränkungen von Sechs-Achs-Robotern können ihre Eignung für größere Aufgaben jedoch begrenzen. Beispielsweise ist ihre Reichweite auf ein bis zwei Meter beschränkt. Dies gilt leider selbst für die größten Roboter. Hersteller können diese Einschränkung jedoch mithilfe einer RTU (Robot Transfer Unit) verringern. Eine RTU erweitert die Reichweite Ihres Sechs-Achs-Roboters. Allerdings handelt es sich dabei um eine kostspielige Hardwarekomponente. Zudem verursacht die Integration von RTUs zusätzliche Kosten und erfordert weitere Überlegungen.

Zudem ist die Nutzlastkapazität von Robotern begrenzt. Dies schränkt ihre Fähigkeit ein, die für manche Aufgaben benötigten enormen Laser zu handhaben. Leider lässt sich diese Einschränkung nur durch einen robusteren oder anderen Robotertyp beheben.

Portalroboter

Portalroboter bieten nahezu unbegrenzte Kapazität für das Laserschweißen. Anbieter können Portalroboter für größte Anwendungen konfigurieren. Ihre überlegene mechanische Stabilität ermöglicht es ihnen zudem, selbst größte Laser zu bewegen. Darüber hinaus ermöglicht ihr einfaches Design eine unübertroffene Präzision.

Diese Vorteile gehen nicht ohne Nachteile einher. Portalroboter stoßen bei der Bearbeitung komplexer Bauteile an ihre Grenzen. Sechsachsige Roboter eignen sich besser für Aufgaben, die hohe Präzision erfordern. Ihre Mehrgelenkkonstruktion ermöglicht ihnen, in solchen Anwendungen hervorragende Ergebnisse zu erzielen.

Arten von Lieferanten für Laserschweißroboter

Sie haben nun die Grundlagen von Roboter-Laserschweißanlagen verstanden. Ihr nächster Schritt dürfte die Recherche potenzieller Lieferanten sein. Der Markt für Roboterschweißanlagen bietet viele Optionen. Betrachten wir einige gängige Lieferantentypen. Diese Übersicht ermöglicht es Ihnen, die Lieferanten in Ihrer Recherche zu kategorisieren. Letztendlich trägt die Kenntnis des richtigen Lieferanten zu einer reibungslosen Integration bei.

Roboterhersteller

Roboterhersteller entwickeln, bauen und vertreiben Roboter. Die meisten Hersteller decken ein breites Anwendungsspektrum und verschiedene Branchen ab. Einige bieten sogar speziell für Schweißarbeiten optimierte Modelle an. Vorteile des Direktkaufs beim Hersteller sind unter anderem:

1. Direkter Zugang zum besten technischen Support
2. Vorkonfigurierte Optionen
3. Technische Lösungen
4. Bester Zugang zu Schulungseinrichtungen
5. Ideal für Standardanwendungen

Integratoren

Systemintegratoren sind Drittanbieter von Lösungen. Sie sind in der Regel offizielle Vertriebspartner mindestens eines Roboterherstellers. Systemintegratoren haben oft umfassenden Zugriff auf weitere Produktlinien, die mit dem Robotersystem in Verbindung stehen. Vorteile der Zusammenarbeit mit Systemintegratoren sind unter anderem:

1. Bieten oft die beste Unterstützung vor Ort.
2. Hohe Flexibilität bei kundenspezifischen Lösungen
3. Bieten üblicherweise eine Vielzahl von Dienstleistungen außerhalb der Robotik an.

Systemlösungsanbieter (OEMs)

Systemlösungsanbieter liefern vorkonfigurierte Roboterpakete. Diese Systeme sind speziell für bestimmte Anwendungen entwickelt. Oftmals gibt es verschiedene Varianten dieser Pakete, um ein breites Spektrum an Anwendungsanforderungen abzudecken. Zu den Vorteilen der Zusammenarbeit mit diesen Anbietern gehören:

1. Kosteneffizient insgesamt
2. In der Regel mit einzigartigen Merkmalen ausgestattet.
3. Benutzerfreundlichkeit
4. Kompatibilität mit anderen Systemen (Industrie 4.0)
5. Schnelle Integration
6. Systemschulung

Das Laserschweißen zählt zu den technologisch fortschrittlichsten Anwendungen im modernen Schweißen, und die Automatisierung hilft den Herstellern dabei, die Produktivität dieses Prozesses noch weiter zu steigern.
Als Nischenbereich innerhalb der Schweißindustrie ist das Laserschweißen und seine Automatisierung oft mit einigen Unklarheiten behaftet. Um mit der Automatisierung zu beginnen, ist es entscheidend, die Lieferanten und Komponenten eines robotergestützten Laserschweißsystems zu verstehen. Dieses Wissen ist unerlässlich für eine erfolgreiche Automatisierung. Der Artikel behandelt die genannten Themen und gibt Ihnen die nötige Sicherheit für den Aufbau Ihrer ersten Laserschweißroboterzelle.