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Bearbeitungsoptiken von Trumpf für industrielle Laseranwendungen

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Bearbeitungsoptiken von
Trumpf für industrielle Laseranwendungen
Dr.-Ing. Matthias Busch
Leiter Vertriebsbüro Ost
Workshop Laseroptik - Optische Komponenten für die Lasertechnik
Frank Optic Products GmbH, Berlin, 14.10.2009
Workshop Laseroptik, Berlin
25.11.2009
Über uns
Wir sind eine Unternehmensgruppe mit Schwerpunkten in der Fertigungs- und Medizintechnik.
Unseren Kunden bieten wir innovative Produkte
von hoher Qualität.
Wir sind auf allen Weltmärkten vertreten,
kundennah mit 59 Tochtergesellschaften.
Als Familienunternehmen – und das seit 1923 –
ist es unser Ziel, wirtschaftlich unabhängig zu bleiben.
Workshop Laseroptik, Berlin
25.11.2009
2
Geschäftsbereiche der TRUMPF Gruppe
Werkzeugmaschinen/
Elektrowerkzeuge
Lasertechnik/
Elektronik
Werkzeugmaschinen
Elektrowerkzeuge
Lasertechnik
Elektronik
Werkzeugmaschinen für die flexible
Blechbearbeitung
Elektrowerkzeuge
für die Blechbearbeitung
Laser für die
Fertigungstechnik
Prozessstromversor- OP-Tische
gungen für Plasma- und -Leuchten,
anwendungen,
Deckenstative
induktive Erwärmung
und CO2-Laseranregungen
Umsatz (Mio €)
Mitarbeiter
1.330
5.416
Umsatz (Mio €)
Mitarbeiter
Medizintechnik
421
1.795
Medizintechnik
Umsatz (Mio €) 140
Mitarbeiter
544
Geschäftsjahresende 30.06.2009, konsolidiert innerhalb des Geschäftsbereichs; Zahlen gerundet
Workshop Laseroptik, Berlin
25.11.2009
3
Umsatz nach Regionen
Geschäftsjahr 2008/09
Deutschland
33
30
8
Asien-Pazifik
Westeuropa
(ohne Deutschland)
Mittel-/Osteuropa
15
14
Amerika
Werte in Prozent
Workshop Laseroptik, Berlin
25.11.2009
4
Umsatz nach Geschäftsfeldern*
Geschäftsjahr 2008/09
Elektrowerkzeuge
2
Werkzeugmaschinen für
Stanzen und Biegen
Medizintechnik
7
6
Elektronik
24
17
Werkzeugmaschinen
mit Lasertechnologie
44
*konsolidiert innerhalb der Geschäftsbereiche
Workshop Laseroptik, Berlin
Lasertechnik
Werte in Prozent
25.11.2009
5
Unsere Kunden
Werkzeugmaschinen/
Elektrowerkzeuge
Lasertechnik/
Elektronik
Werkzeugmaschinen
Elektrowerkzeuge
Lasertechnik
Elektronik
Medizintechnik
Metallverarbeitende
Industrie (z.B. Maschinen-/Apparatebau, Fahrzeugbau,
Elektronik-/Schaltschrankbau)
Baugewerbe,
Heizung/Sanitär/
Klima,
Metall- und
Fahrzeugbau
Automobil, Automobilzulieferer, Elektronik/Feinmechanik, Maschinenbau,
Werkzeug- und
Formenbau,
Medizintechnik
Anlagenbauer von
Systemen zur
Herstellung von
Halbleitern, Flachbildschirmen, Solarzellen; Beschichter
von Architekturglas
Krankenhäuser und
Kliniken
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Medizintechnik
6
Laserwerkzeuge
Workshop Laseroptik, Berlin
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7
Der Weg des Laserstrahls zum Werkstück
§Laserquelle:
Festkörperlaser
cw Laserquelle TruDisk 1.000 bis 16.000 Watt
cw Laserquelle TruDiode 1.000 bis 4.000 Watt
cw Laserquelle TruFiber 200 bis 400 Watt
pw Laserquelle TruPulse 20 bis 550 Watt
zwischen 1 und 6 Abgänge für LLK möglich
§Laserlichtkabel LLK:
LLK-A, LLK-B und LLK-D
Faserkerndurchmesser ~ 10 µm – 1000 µm
LLK-Längen: 4 – 100 m
§Bearbeitungsoptik - Laserwerkzeug
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Anforderungen an Bearbeitungsoptiken
§ Anwendungen (Schweißen, Schneiden, Bohren, Abtragen und Härten)
§ Produktionstauglichkeit
- Prozessstabilität
- Überwachungsfunktionen
- Einfache Integration in Bearbeitungslinien
§ Leistungsverträglichkeit
§ Abbildungsqualität
§ Optimierte Substrate und Beschichtungen
§ Schnittstellen für Zusatzmaterialien und Prozessüberwachung
§ Kosten
§ Standzeit
Workshop Laseroptik, Berlin
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9
Bearbeitungsoptik BEO
Workshop Laseroptik, Berlin
25.11.2009
10
Aufbau der Bearbeitungsoptik BEO
§ Modularer Aufbau: Beispielkonfiguration
Anschluss
Beobachtung
Sichtbares Licht
Kamera
Flansch mit
Schutzfilter
LLK-Steckeraufnahme
Teilerspiegel
Laserlicht
Objektiv
Objektivschutz
Workshop Laseroptik, Berlin
Kollimation mit
Defokussierung
Kühlwasseranschluss
25.11.2009
11
BEO-Varianten
BEO D25
BEO D35
BEO D70
200 W
4 kW
16 kW
Beispielkonfiguration
Akt. freigegebene
Laserleistung
Kollimation*
Länge (inkl. LLK Stecker)
Typ. Anwendungen
6 kW mit Zusatzkühlung
90 mm
100 mm
200 mm
ca. 250 – 300 mm
ca. 350 – 450 mm
ca. 450 – 550 mm
Schweißen
Schweißen, Schneiden
Schweißen, Schneiden,
Bohren
* Standardkollimation: Weitere Kollimationen auf Anfrage
Workshop Laseroptik, Berlin
25.11.2009
12
Überblick BEO Optionen
BEO D25
BEO D35
BEO D70
Brennweiten* in mm
48; 60; 90; 135
70; 100; 140; 200; 300
100; 150; 200; 300; 400; 600
Aufbaumöglichkeiten
0° und 90°
0° und 90°
0° und 90°
Defokussierung (man./mot.)
X
✔/X
✔/✔
Crossjet
X
Beobachtung
✔
✔
✔
✔
✔
Schutzgaszuführung
X
Kassettenmodul
X
✔
✔
✔
✔
Integrierte Beleuchtung
X
Bifokal (Abstand fest/einstellbar)
✔
✔
✔
✔
✔
Adapter für Schneidoptik
X
Linienlaser
X
✔
✔
✔
✔
QS-Sensorschnittstelle
✔
✔
✔
A
B
LLK-Anschlüsse
D
oder
* Weitere Brennweiten auf Anfrage
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Schneidoptiken für BEOs
• An BEO adaptierbar
• Keine Abstandssensorik
• Brennweiten für D35: 70/100/140 mm
• Brennweiten für D70: 100/150/200 mm
D70, f=100 mm, Hochdruck
• Max. mittlere Laserleistung 6 kW
• Anwendungen
- Schneiden/Feinschneiden von Metallen
- Dünn- und Dickblech
Workshop Laseroptik, Berlin
25.11.2009
D70, f=200 mm, Hochdruck
14
Schneidköpfe mit Abstandssensorik
§ Integrierte Abstandssensorik
§ Fehlersignale bei Kollision und Kabelbruch
§ Unterschiedliche Schneidköpfe an BEO adaptierbar
YH-27
YR-30
YK-52
1
4
5,5
Max. Leistung in kW
Brennweiten in mm
70/100/140/200 70 / 100
150*
YH-27
§ Anwendungen
- 3D Schneiden
YR-30
- Feinschneiden
- Bearbeitung von Dünn- und Dickblech
- Schneiden von Metallen
* Weitere Brennweiten auf Anfrage
Workshop Laseroptik, Berlin
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Überwachte Fokussieroptiken CFO
Workshop Laseroptik, Berlin
25.11.2009
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Aufbau der CFO
CFO (Controlled Focusing Optics): Beispielkonfiguration
Kamera
Sichtbares Licht
Kamera
Teiler
Laserlicht
Teiler
Kassettenfach
Workshop Laseroptik, Berlin
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CFO-Varianten
Steckverbindung LLK
Kühlwasser-Rücklauf
Ans. Schutz-/Spülgas
Ans. Druckluft Crossjet
Kühlwasser-Zulauf
Anschluss an Steuerung
Anschluss Beleuchtung
Warnlampe
Kassettenfach
Crossjet
CFO C 90°
CFO 50 0°
Workshop Laseroptik, Berlin
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Zusatzfunktionen der CFO
§ Medienüberwachung
- Druckluft für Crossjet (Grenzwert individuell einstellbar)
- Schutzgas (Grenzwert individuell einstellbar)
- Kühlwasser (Grenzwert vorgegeben)
- Streulicht (Grenzwert vorgegeben)
§ Kassettenmodule
- Schutzglasüberwachung CSC (Standard)
- Leistungsmesskassette PPC (Option)
- Pilotlicht-Kompensationskassette PCC (Option)
§ Eingebunden in TRUMPF Telepräsenz
§ Hotplug-fähig
Workshop Laseroptik, Berlin
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Programmierbare Fokussieroptiken PFO
Workshop Laseroptik, Berlin
25.11.2009
20
PFO - Prinzip
Objektiv
Umlenkspiegel
Workshop Laseroptik, Berlin
25.11.2009
Beobachtung
21
Workshop Laseroptik, Berlin
Prozessbeginn
Home
Laser ein 8
Laser ein 7
Laser ein 6
Laser ein 5
Laser ein 4
Laser ein 3
Laser ein 2
Laser ein 1
Anfahren
Prozessbeginn
25.11.2009
Home
Laser ein 8
Positionieren 7
Laser ein 7
Positionieren 6
Laser ein 6
Positionieren 5
Laser ein 5
Positionieren 4
Laser ein 4
Positionieren 3
Laser ein 3
Positionieren 2
Laser ein 2
Positionieren 1
Laser ein 1
Anfahren
Was macht Scannerbearbeitung produktiver?
Konventionelle Laserbearbeitung
Unproduktive
Nebenzeiten
Prozessende
Laser-Scannerbearbeitung
Signifikante Reduzierung
der Nebenzeiten. StrahlEin-Zeit gegen 100%
Prozessende
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PFO - Varianten
PFO 20
PFO 3D
PFO 33
Bis Ende 2008 ca. 800 PFOs weltweit verkauft!
Workshop Laseroptik, Berlin
25.11.2009
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Arbeitsbereich 2D vs. 3D
2 dimensionaler Arbeitsbereich
Workshop Laseroptik, Berlin
3 dimensionaler Arbeitsbereich
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PFO-Optionen
PFO 20
PFO 33
PFO 3D
Beobachtung
✔
✔
✔
Crossjet
✔
✔
✔
Ringleuchte
✔
X
X
QS-Sensorschnittstelle
✔
✔
X
Schmauchglocke
X
✔
✔
Metalldampfeffekt-Modul
X
✔
✔
Teachmodul
X
✔
✔
Telepräsenzfähig
✔
✔
✔
LLK-Anschlüsse
Workshop Laseroptik, Berlin
A
B
D
B
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D
D
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Eigenschaften der PFO
§ Einfache und flexible Systemintegration
§ PFO integriert in Komplettlösung (Laser, PFO, Applikation) → alles
aus einer Hand
§ 2D und 3D Bearbeitung komplexer Werkstücke möglich
§ PFO in Kombination mit Roboter
⇒„On-the-fly“ Bearbeitung möglich (siehe Skizze)
Roboterbahn
BeispielSchweißbahnen
§ Arbeitsabstand bis zu 525 mm
§ TRUMPF LaserNetwork (Timesharing, Redundanz...)
Überlagerte Bewegung: „on-the-
§ Telepräsenz und Hotplug-fähig
fly“s
Workshop Laseroptik, Berlin
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Bearbeitungsstrategien
§
PFO und Bauteil fest
§
Bewegte PFO
§
Bewegtes Bauteil
=> alle Punkte im Bearbeitungsfeld
Workshop Laseroptik, Berlin
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Technische Daten
Einheit
PFO 20
PFO 33
PFO 3D
X, Y
X, Y
X, Y, Z
Ablenkachsen
Max. Laserleistung
kW
1
8
8
Kollimationsbrennweite*
mm
90
150
138
Objektivbrennweiten*
mm
90
135
163
254
255
345
450
345
450
Spotgröße bei LLK 200 µm
µm
200
300
362
564
340
460
600
500
652
Bearbeitungsgeschw.
m/s
bis 1 m/s
Positioniergeschw.
m/s
< 18 ms (für Vollhub aller Achsen)
Arbeitsabstand z. Schutzglas mm
bis 1 m/s
bis 1 m/s
< 30 ms (für Vollhub aller Achsen)
88,3
152,2
182,5
270
292,5
403,5
533
397,4
522,4
z-Hub
mm
-
-
-
-
-
-
-
± 40
± 70
Max. Feldgröße
mm²
56x56
85x85
70x110
140x170
104x180
140x240
190x320
154x266
206x352
rd.
rd.
el.
el.
el.
el.
el.
el.
el.
rund (rd.)/elliptisch (el.)
Gewicht
kg
~ 15
~ 25
~ 35
* Weitere Brennweiten auf Anfrage
Workshop Laseroptik, Berlin
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TruTops PFO
§ Offline Tool zur einfachen Programmierung von Geometrien
§ Einfügen von gängigen CAD-Dateien möglich: DXF, DWG, IGES, STEP
§ Programmübertragung per USB-Schnittstelle am Laser
Workshop Laseroptik, Berlin
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Zusammenfassung
Ganzheitliche Betreuung / Lieferumfang
(TRUMPF Kernkompetenzen):
• Laser (CO2, Festkörperlaser (eigene Dioden), Diode)
• Strahlführung
• Optiken & Zubehör (Strahlweichen, Strahlteilung,
Schneidoptiken, Schweißoptiken, Remote Optiken)
• TRUMPF Standard- Schnittstellen (parallel, seriell,
TLN, Feldbus, usw.)
• Applikationsunterstützung (Anwendungslabore in
Schramberg, Ditzingen, USA, Japan, …)
• Weltweiter Service, Telepräsenz
• Schulung
Workshop Laseroptik, Berlin
25.11.2009
30
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit und
jetzt freue ich mich auf Ihre Fragen.
Dr.-Ing. Matthias Busch
Leiter Vertriebsbüro Ost
Telefon: 0341 90 222 08
Telefax: 0341 90 222 67
Mobil:
0172 13 895 19
matthias.busch@de.trumpf.com
Workshop Laseroptik, Berlin
25.11.2009
31
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