Die hochdynamischen Galvanometerscanner werden z. B. beim Remote-Laserstrahl-schneiden oder -schweißen zur schnellen und flexiblen Bewegung des Laserstrahls eingesetzt. Die Kommunikation der Scanner zur übergeordneten Maschinensteuerung erfolgt bei diesen Anwendungen bisher in der Regel durch eine digitale Schnittstelle. Zur Integration der Galvanometerachsen direkt in die Maschinensteuerung wurde am Fraunhofer IWS Dresden ein spezielles Modul, das sogenannte ESL2-100 Modul, entwickelt. Damit sind alle an einer Bearbeitungsaufgabe beteiligten Scanner über ein Feldbussystem (EtherCAT) ansteuerbar. Auf diese Weise ist eine durchgängige, echtzeitfähige und synchrone Kommunikation der Bewegungsachsen zur übergeordneten Maschinensteuerung möglich. Aufgrund der Flexibilität des Feldbussystems können die beteiligten Galvanometerscanner nahezu beliebig verteilt sowie skaliert werden.
Vorteile des ESL2-100 Moduls des Fraunhofer IWS:
- Ansteuerung von Scanner verschiedener Hersteller
- Realisierung unterschiedlicher Buszykluszeiten durch bis zu drei Interpolationsarten (linear, kubisch, spline)
- Feininterpolation zum Ausgabetakt der Galvanometerscanner (10 µs)
- Oversampling-Funktion zur Übertragung von Prozessdaten als ganzzahliges Vielfaches des Buszyklustaktes
- zyklische Übertragung von Statuswerten (z.B. Temperatur der Galvanometerscanner oder die Regelfreigabe) zur Auswertung in der übergeordneten Maschinensteuerung
- Berücksichtigung der optischen Abbildungseigenschaften des Bearbeitungssystems durch eine Bildfeldkorrektur (Übertragung der Korrekturdaten durch eine SD-Karte)
Ein vom Fraunhofer IWS realisiertes Anwendungsbeispiel der ELS2-100 Module ist die Laserbehandlung von kornorientiertem Elektroblech. Mit Hilfe von schnell bewegten Laserstrahlen werden bei Bandgeschwindigkeiten von bis zu 150 m/min thermische Spannungen in das Bandmaterial eingebracht. Dadurch werden die Ummagnetisierungsverluste des Kernmaterials für Leistungs- oder Verteilungstransformatoren im Bereich von ca. 10-15 % reduziert, was wiederum die Effizienz bei der Elektroenergieübertragung steigert. Bei der vom Fraunhofer IWS entwickelten systemtechnischen Umsetzung werden pro Bearbeitungssystem bis zu 12 Galvanometerscanner als Einzelachsen eingesetzt. Die Anwendung der ESL2-100 Module ermöglicht es in diesem Fall, die Prozessparameter, insbesondere die Bewegungsbahn der Galvanometerscanner, in Abhängigkeit des Bandvorschubs und des Bearbeitungsprozesses anzupassen.
Ein weiteres Anwendungsbeispiel ist die Laser-Remote-Bearbeitung von Faser-Kunststoff-Verbunden mit sehr unterschiedlichen Absorptionseigenschaften, wie z.B. CFK oder GFK. Hierfür wurde am Fraunhofer IWS Dresden eine Multi-Wavelength-Optik (MWO) entwickelt, welche die Vorteile des CO2 Lasers mit denen des Faserlasers kombiniert. Die MWO besteht aus einem x‑y Galvanometerscanner und zwei z-Achsen, so dass die Fokuslage jedes Laserstrahls in Abhängigkeit von der lateralen Position unabhängig voneinander verändert werden kann. Hierzu werden zwei ESL2-100 Module miteinander kombiniert. Das erste Modul dient als Schnittstelle zum x‑y Bewegungssystem, das zweite Modul übernimmt die Ansteuerung der zwei z-Achsen.
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Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
