Der Laser ist als Werkzeug aus der industriellen Fertigung nicht mehr wegzudenken. Laser bohren, schneiden, schweißen oder beschriften die unterschiedlichsten Materialien, sie strukturieren Oberflächen oder sie bauen beim sog. generativen Metall-Laserschmelzverfahren komplexe 3D-Strukturen auf.

Lasertechnik und Automation

Portalschneidmaschine mit Faserlaser (Bild:SATO Schneidsysteme)
Portalschneidmaschine mit Faserlaser (Bild:SATO Schneidsysteme)

Präzision und Dynamik von Maschinen zur Laserbearbeitung sind beeindruckend, sowohl bei der Mikromaterialbearbeitung als auch beim Bearbeiten dicker Stahlbleche in 2D und 3D. Hochdynamische Steuerungstechnik mit laserspezifischen Funktionen ist von entscheidender Bedeutung beim Engineering von Laser-Anwendungen, neben speziellem Know-how und Wissen in folgenden Bereichen: Lasertechnik, Optiken und Eigenschaften der zu bearbeitenden Materialien.

In den letzten Jahren setzen immer mehr namhafte Maschinenbauer CNC-Steuerungen von Eckelmann in innovativen Laserbearbeitungsmaschinen ein. Das NC-Betriebssystem und die Makrobibliothek für die CNC-Programmierung wurden daher um Standard-Funktionen für Laseranwendungen erweitert.

Bahngeschwindigkeit beim Laserschneiden

Um eine genau definierte Schnittfuge in optimaler und gleichbleibender Qualität zu erzeugen, muss auf die Konstanz der vom Laser abgegebenen Streckenenergie geachtet werden. Bei variabler Bearbeitungsgeschwindigkeit, wie sie beim Schneiden komplizierter und feiner Geometrien notwendigerweise auftritt, muss die Laserleistung kontinuierlich in Abhängigkeit von der jeweiligen Bahngeschwindigkeit geregelt werden.

Dazu bieten die Eckelmann-CNC einen bahngeschwindigkeitsabhängigen Ausgang an, je nach Anforderung als Spannungs- oder PWM-Signal. Die Frequenz und das Verhältnis zwischen Puls und Pause werden dynamisch in Abhängigkeit von der Bahngeschwindigkeit eingestellt. Außerdem unterstützt der Embedded Controller ExC66 den schnellen Pulsbetrieb.

Eine weitere immer wieder auftretende NC-Funktion beim Laserschneiden ist die automatische Z-Achsen-Höhenregulierung. Um eine konstante Laserstrahlgeometrie im Schneidebereich zu erhalten, müssen Höhenunterschiede durch eine hochdynamische Korrektur der Z-Achsen-Position automatisch ausgeglichen werden. In der ENC66 können dafür spezielle Korrekturtabellen hinterlegt werden.

Die Fokussieroptik selbst muss in Abhängigkeit von der Bahngeschwindigkeit eingestellt werden, um eine optimale Fokuslage zu gewährleisten. Spezielle Kompensationsmechanismen, die über die CNC angesteuert werden, sorgen für die Konstanz der Strahlqualität bzw. des sog. Strahlparameterprodukts, das ein Maß für die Fokussierbarkeit ist.

Flying Optic und Kompensation

Besonders bei Portalmaschinen mit Flying Optic kann es aufgrund der unterschiedlichen Weglänge zwischen Resonator bzw. Laserstrahlquelle und Fokussieroptik zu einer Deformation der Fokusgeometrie kommen. Diesen physikalisch bedingten Effekt gleicht die Steuerung mithilfe von Korrekturtabellen und linearer Interpolation wirkungsvoll aus.

Kompensation der Fokuslage und Geometrie
Kompensation der Fokuslage und Geometrie
Schicht für Schicht werden beim Metall-Laserschmelzen metallische 3D-Strukturen aufgebaut (Bild: Concept Laser)
Schicht für Schicht werden beim Metall-Laserschmelzen metallische 3D-Strukturen aufgebaut (Bild: Concept Laser)

Außerdem ist wegen solchen Deformationen je nach Anwendung eine richtungsabhängige (X und Y) Korrektur der Fokuslage erforderlich, um Schnittfugen konstanter Breite zu erzeugen. Die Fokuslage muss auch dem zu bearbeiteten Material angepasst werden.

Steuerungstechnik von Eckelmann kommt u.a. in folgenden Anwendungen zum Einsatz:

  • Laserschneiden
  • Laserbohren
  • Laserschweißen
  • Laserbeschriften und Lasergravieren
  • Laserinduzierte Spannungs-Trennverfahren für Glas
  • Generatives Metall-Laserschmelzen
Kontakt in Wiesbaden
Wilfried Schabio

Kontakt in Herford
Peter Schicker