Robotische Systeme

  Prototyp eines low-cost Robotersystems mit Galvanometer-scanner für die Lasermaterialbearbeitung Urheberrecht: © Leon Gorissen, 2023. CC BY-SA 4.0. Prototyp eines low-cost Robotersystems mit Galvanometer-scanner für die Lasermaterialbearbeitung

In den letzten Dekaden hat sich der Laser als Fertigungswerkzeug mit einer Vielzahl von Produktionsverfahren, wie z. B. Laserschneiden, Laserschweißen oder Laserstrukturieren in der Produktionstechnik etabliert. Um den Laser als Werkzeug in der Materialbearbeitung einzusetzen, muss eine Relativbewegung zwischen dem Laserstrahl und dem zu bearbeitenden Material realisiert werden. Diese Relativbewegung wird typischerweise über kinematische Systeme realisiert, die aus anderen Fertigungsverfahren adaptiert wurden. Dementsprechend sind diese kinematischen Systeme nicht für die Anforderungen der Lasertechnik optimiert und schöpfen die Vorteile der Lasertechnik nicht vollständig aus. Aufgrund der berührungslosen Bearbeitung von Werkstücken durch Laserstrahlung wirken keine Rückstellkräfte auf die kinematischen Systeme. Dementsprechend müssen die kinematischen Systeme diese Kräfte nicht aufnehmen und können weniger steif ausgelegt werden als bei anderen Fertigungsverfahren, wie z. B. der spanenden Bearbeitung durch Fräsen. Im Rahmen der Forschungsarbeiten wird die Eignung neuer, innovativer Kinematiksysteme für die Lasermaterialbearbeitung (engl. Laser Material Processing; LMP) systematisch untersucht, die die prozessbedingten Vorteile der Lasertechnik besser ausnutzen. Beispielsweise können hier kostengünstige kollaborative Roboter (engl. collaborative robot; cobot) wie z. B. der UR5e der Firma Universal Robots oder eigene, experimentelle Aufbauten genannt werden.

  Ist-Bahn eines Universal Robot UR5e, verglichen mit der intendierten Bahn (links) und dem daraus resultierenden lasergeschnittenen Werkstück (rechts). Urheberrecht: © Philipp Walderich Ist-Bahn eines Universal Robot UR5e, verglichen mit der intendierten Bahn (links) und dem daraus resultierenden lasergeschnittenen Werkstück (rechts).

Problemstellung

Zwar können neue, leichte und weniger steife Kinematiksysteme die Vorteile der Lasertechnik ausnutzen, sie sind aber aufgrund ihrer typischerweise geringen Bahngenauigkeit noch nicht für die Lasermaterialbearbeitung geeignet (vgl. Bild 2). Darüber hinaus stellen prozessabhängige Einflüsse wie reflektierte Laserstrahlung, Schweißrauch oder Zusatzstoffe die Kinematiksysteme vor zusätzliche Herausforderungen.

Forschungsschwerpunkte

  • Identifizierung potenzieller, neuer Kinematiksysteme (insb. robotische Systeme) für die Lasermaterialbearbeitung

  • Identifizierung der Anforderungen an neue Kinematiksysteme

  • Entwicklung, Aufbau, Erprobung und Verifizierung von Prototypen neuer Kinematiksysteme

  • Kontinuierliche Optimierung der Kinematiksysteme, insbesondere zur Verbesserung der Bahngenauigkeit

  • Demonstration des Potenzials neuer Kinematiksysteme für die Lasermaterialbearbeitung