Die Pulsar Photonics GmbH hat ein Condition Monitoring System (CMS) entwickelt, das neue Möglichkeiten für die Stabilisierung und Überwachung von Laserprozessen in der Mikroproduktion ermöglicht. Ausgestattet mit Sensoren zur Überwachung von Laser, Maschine und Umwelt. Erstmals steht nun ein Komplettsystem mit einer bedienerfreundlichen Software und Datenbank für die Laser-Mikroproduktion zur Verfügung. Auf der LANE 2016 in Fürth stellten die Experten das Condition Monitoring System CMS 4.0 der Öffentlichkeit vor.

Der Einsatz von Laserstrahlung als Werkzeug in der Produktion ist industriell etabliert und hat zu einem Wandel geführt, bei dem klassische Fertigungsverfahren durch laserbasierte Prozesse ersetzt werden. In der Mikroproduktion – mit Toleranzanforderungen bis unterhalb 0,01 mm – wirken jedoch Veränderungen der Umwelt und Betriebszustände in den relevanten Toleranzbereich hinein und beeinträchtigen unmittelbar die Genauigkeit und Stabilität der Prozesse durchgängig durch alle Fertigungsverfahren. Speziell für Laserprozesse in der Mikro-Materialbearbeitung sind derzeit keine entwickelten Sensor-Systeme verfügbar, die eine zeitkoordinierte Datenerfassung optischer Sensoren und Maschinenzustände ermöglichen. Dabei stellt beispielsweise die Zustandsmessung von Laserleistung und Strahlprofil durch optische Sensoren die notwendigen Daten bereit, die zur aktiven Regelung, Fehlerdiagnose, für das Erreichen höherer Prozessfähigkeitsindices, die zustandsorientierte Wartung oder die Dokumentation erforderlich sind.

19“-Einschub Controller mit modularer Systemtechnik zur Sensor- / Aktorsteuerung

Als Basis für das CMS 4.0 wird der für die Prozesskopfsteuerung entwickelte System Controller SC-X19 eingesetzt. Das maschinen-integierbare 19“-Einschubgehäuse ist standartmäßig mit PC-/ Kamera-Schnittstellen, einer Spannungsversorgung mit Not-Aus-System sowie Feldbuskomponenten ausgestattet. Das CMS 4.0-Modul ist mit einem ePC ausgestattet, an den die Sensoren angeschlossen werden (T, rH, P, G uvm.) und automatisch erkannt werden. Softwareseitig wird das CMS von einer Datenbank mit GUI zur Datenauswertung unterstützt. Die hinterlegte SQL-Datenbank erlaubt quasi-synchrone Paralleleinträge mit Millisekunden-Auflösung und arbeitet nach dem FIFO-Prinzip mit Zeitstempel. In der Datenbank gespeicherte Durchschnittswerte, Referenzmessungen und Grundeinstellungen können aktiv wieder dem Maschinensystem als Sollwerte übergeben werden. Neben Datenbank-Lösungen im Firmennetzwerk können auch lokale oder cloudbasierte  Installationen realisiert werden. Das Gesamtpaket aus SC-X19, CMS 4.0 und Software stellt damit ein leistungsfähiges Cyber-Physical-System dar, dass im Sinne der Industrie 4.0 die physische Maschinenwelt durch eine modulare Systemtechnik aus Sensoren und Aktuatoren mit digitalen Softwarefunktionen verbindet.

Damit ergänzt das CMS die Maschinen-Datenerfassung um den wichtigen Baustein der Umgebungsparameter. Insgesamt werden nachstehende Maschinen und Betriebs-Zustände erfasst:

  • Maschinenparameter: Scanner-, Achs-, Kamera- und Kalibriereinstellungen, TCPs
  • Umgebungsparameter: Druck, Temperatur, Vibration, Referenzparameter, uvm.
  • Laserparameter: Leistung, Strahllage, Strahldurchmesser (Kaustik)
  • Job- und Eingabeparameter der Bediener

Nutzenfrage und Funktionsumfang

Die Antwort auf die konkrete Nutzenfrage eines CMS kann über die Betrachtung der Maschinenauslastung und Gesamtbetriebskosten erbracht werden. Voraussetzung ist hier der professionalisierte Einsatz der Lasermaschine mit (quantitativer) Dokumentation der Rüst-, Neben- und Hauptzeiten.

Ist hingegen eine durchgängige Dokumentation der Produktionsparameter und eine Null-Fehler-Produktion erforderlich, stellt ein lasergerechtes CMS einen notwendigen qualitativen Qualitätsbaustein der Maschinen-Ausstattung dar. Der Funktionsumfang des Condition Monitoring Systems (Nutzen):

  • Schneller: automatisches Einrichten und Prüfen des Gesamtsystems
  • Genauer: über eventbasierte Qualitätsprüfung
  • Wirtschaftlicher: durch eine erhöhte Maschinenverfügbarkeit
  • Sicherer: Rückverfolgung und Dokumentation der Produktionsparameter
  • Flexibler: durch Reduzierung der Systemkomplexität

LANE 2016

Den Aufbau und mögliche Anwendungen des CMS 4.0 in der Lasermikrobearbeitung stellte
Dr.-Ing. Joachim Ryll, in seinem Vortrag auf der LANE 2016 in Fürth vom 19.-22. September 2016 vor.
www.lane-conference.org

Über die Pulsar Photonics GmbH

Die Pulsar Photonics GmbH wurde im September 2013 als Spin-off des Fraunhofer Instituts für Lasertechnik (ILT) gegründet. Die Geschäftsfelder der Firma umfassen den  Laser-Maschinenbau, die
Applikationsentwicklung sowie die Entwicklung von Systemtechnik für die Laser-Mikrobearbeitung. Technologisches Ziel der Firma ist es Fertigungssysteme für die Mikrobearbeitung anzubieten, bei denen das Werkzeug Ultrakurzpulslaser so effizient eingerichtet und eingesetzt werden kann, wie heute eine klassische CNC-Bearbeitungsmaschine. Grundlagen dafür sind maschinenintegrierte Messtechnik und eine durchgängige Softwarekette im Sinne der Industrie 4.0 / Photonic 4.0.

 

Pressekontakt

Pulsar Photonics GmbH
Dr.-Ing. Joachim Ryll
Kaiserstraße 100
52134 Herzogenrath
Telefon: 02407 55 555 – 0
E-Mail: info [at] pulsar-photonics [dot] de
Website: www.pulsar-photonics.de

http://www.pulsar-photonics.de/systemtechnik/system-controller/

 

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Die Pulsar Photonics GmbH hat ein maschinenintegrierbares Strahlformungssystem entwickelt, das neue Möglichkeiten in der Laserprozessentwicklung insbesondere mit Ultrakurzpulslasern eröffnet. Durch die Verwendung von optischen Phasenmodulatoren kann die Laserstrahlung in der Bearbeitungsebene nahezu beliebig geformt werden, was die Grundlage für neuartige Laserprozesse darstellt. Getestet mit mittleren Laserleistungen von bis zu 60 W bei Verwendung eines Ultrakurzpulslasers und einer bedienerfreundlichen Software steht erstmalig ein Komplettsystem für die Lasermikrobearbeitung zur Verfügung. Auf der LANE 2016 in Fürth stellen die Experten den FlexibleBeamShaper der Öffentlichkeit vor.

 

Der Einsatz von Laserstrahlung als Werkzeug in der Produktion ist in vielen Bereichen industriell etabliert und hat zu einem Wandel geführt, bei dem klassische Fertigungsverfahren durch laserbasierte Prozesse ersetzt werden. Seit einigen Jahren ist eine neue Klasse von Lasern am Markt verfügbar, die Laserstrahlung in extrem kurzen Pulsen emittiert, sog. Ultrakurzpulslaser (UKP-Laser). Diese Pulse sind in der Lage nahezu jedes Material selektiv zu verdampfen, ohne dabei schädigenden Einfluss auf das umgebende Material zu nehmen. Mit diesen Lasern steht ein hochpräzises Werkzeug für die Fertigung zur Verfügung, mit dem Potential einer enormen Anwendungsbreite. So werden Komponenten von Smartphone-Displays bereits mit UKP-Lasern bearbeitet. In Bereichen wie der Stent-Herstellung, dem Bohren von Einspritzdüsen und der Elektronikherstellung werden UKP-Prozesse schon seit einiger Zeit industriell eingesetzt.

 

Strahlformung als Werkzeug zur Erhöhung der Prozesseffizienz

Obwohl bereits die deutlichen Vorteile des Ultrakurzpulslasers in vielen Anwendungen demonstriert wurden, steht der weiten Verbreitung der Technologie oft noch die Wirtschaftlichkeit der Prozesse im Wege. Mit sinkenden Preisen der Laserstrahlquellen bei immer weiter steigender mittlerer Leistung ist die Grundlage für eine weite Verbreitung der UKP-Technologie seitens des Lasers zunehmend gegeben. Für viele Laserprozessen ist dies allerdings nicht ausreichend, da meist nur ein Bruchteil der maximal verfügbaren Laserleistung eingesetzt werden kann. Eine einfache Vergrößerung der mittleren Leistung bei konstanten Fokusgeometrien führt zu Wärmeeffekten, die die Prozessqualität erheblich beeinflussen. Zudem erfordern neue Anwendungen Strahlverteilungen, die von der klassischen Gauß-Geometrie abweichen. Mit bisher eingesetzten Bearbeitungssystemen ist die Realisierung dieser Geometrien nicht oder nur schwer möglich. Erst durch neue, angepasste Strahlformungs- und Strahlverteilungskonzepte kann die Laserleistung „auf die Straße“ gebracht und damit die Prozesseffizienz erhöht werden.

 

FlexibleBeamShaper – Werkzeug für die neue Generation der Prozessentwicklung

Mit dem FlexibleBeamShaper (FBS) hat die Pulsar Photonics GmbH nun ein maschinenintegrierbares Strahlformungssystem für die Lasermikrobearbeitung entwickelt, mit dem nahezu beliebige Strahlverteilungen generiert werden können. Durch Kombination eines elektronisch regelbaren optischen Phasenmodulators und eines klassischen Galvanometerscanners können die Intensitätsverteilungen zunächst flexibel verändert und dann mit Hilfe des Systems über das Werkstück geführt werden. Dies ermöglicht neuartige Laserprozesse. Beispielsweise können durch die Generierung von 2D Punktmustern in der Bearbeitungsebene beliebige Datamatrix Codes mit hoher Prozessgeschwindigkeit dargestellt werden. Der Datamatrix Code kann dazu in die entwickelte Steuerungssoftware geladen werden, die mit Hilfe eines Computeralgorithmus ein entsprechendes Phasenbild berechnet. Das berechnete Phasenbild wird im Anschluss auf dem Phasenmodulator wie auf einem Display angezeigt. Beim Auftreffen des Laserstrahls auf den Phasenmodulator wird dieser so modifiziert, dass nach der Fokussierung auf das Werkstück eine Intensitätsverteilung in Form des gewünschten Datamatrix Codes entsteht.

 

Über Markieranwendungen hinaus sind mit dem Bearbeitungssystem allerdings noch weitere Strahlformungen realisierbar. So kann der Phasenmodulator auch zur Strahlteilung oder zur Generierung von neuen Strahlformen im Fokusbereich eingesetzt werden. Während bei ersterem Ansatz die Prozessbeschleunigung durch eine Parallelbearbeitung im Vordergrund steht, können mit der Strahlformung des Fokus neue Laserprozesse untersucht werden. So kann man beispielsweise mit der Generierung von mehreren Foki entlang der Strahlachse neue Prozesse zum Trennen von sprödharten Werkstoffen untersuchen. In der wissenschaftlichen Literatur wurden darüber hinaus unter Verwendung von SLM-Systemen sogar bereits komplexere Strahlverteilungen, so genannte Bessel Beams, erzeugt, mit denen gänzlich neue Laserprozesse denkbar sind. Dies unterstreicht das Potential der Technologie für die Untersuchung neuer Laserprozesse.

 

Herausforderungen bei der Entwicklung des FlexibleBeamShaper waren vor allem die Verwendung des Phasenmodulators bei höheren mittleren Laserleistungen, sowie die Kalibration und Ansteuerung des Systems. Durch einen Modifikation des SLM-Displays konnte die Laserleistungstauglichkeit nachweislich deutlich erhöht werden. In Experimenten konnte eine dauerhafte Bestrahlung des Displays mit bis zu 60W mittlere UKP-Laserleistung durchgeführt werden, ohne dass eine Änderung der Kalibration des Systems auftritt. Das Ziel von Pulsar Photonics ist es Anwendern und Prozessentwicklern mit dem FlexibleBeamShaper ein flexibles und vielfältiges Werkzeug zur Verfügung zu stellen, mit denen neuartige Laserprozesse entwickelt werden können.

 

LANE 2016

Die Technologie und mögliche Anwendungen des FlexibleBeamShapers in der Lasermikrobearbeitung stellt Dr. Stephan Eifel von der Pulsar Photonics GmbH, in seinem Vortrag auf der LANE 2016 in Fürth vom 19.-22. September 2016 vor.
www.lane-conference.org

 

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Der High-Tech Gründerfonds investiert in den Lasertechnik-Hersteller Pulsar Photonics GmbH. Die Firma entwickelt neuartige System- und Maschinentechnik für die Laser Materialbearbeitung mit ultrakurz gepulster Laserstrahlung. Mit dieser Fertigungstechnologie können nahezu alle Materialen effizient und mit größter Präzision bearbeitet werden.

Aachen / Bonn, den 2. März 2016

Der Einsatz von Laserstrahlung als Werkzeug in der Produktion ist in vielen Bereichen industriell etabliert und hat zu einem Wandel geführt, bei dem klassische Fertigungsverfahren durch laserbasierte Prozesse ersetzt werden. Seit einigen Jahren ist eine neue Klasse von Lasern am Markt verfügbar, die Laserstrahlung in extrem kurzen Pulsen emittiert, sog. Ultrakurzpulslaser. Diese Pulse sind in der Lage, nahezu jedes Material selektiv zu verdampfen, ohne dabei schädigenden Einfluss auf das umgebende Material zu nehmen. Mit diesen Lasern steht ein hochpräzises Werkzeug für die Fertigung zur Verfügung, mit dem Potential einer enormen Anwendungsbreite. So werden künftig Smartphone-Displays mit UKP-Lasern geschnitten, die heute noch mechanisch bearbeitet werden. In Bereichen wie der Stent-Herstellung, dem Bohren von Einspritzdüsen und der Elektronikherstellung werden UKP-Prozesse bereits industriell eingesetzt.

Bisher konnten allerdings viele Prozesse nicht wirtschaftlich umgesetzt werden, da die Einricht- und Prozesszeiten zu lang waren. Dies führte dazu, dass das Potential bestehender UKP-Laser bisher nicht vollständig ausgenutzt und der Markt trotz vorhandener Anwendungen in vielen Bereichen wirtschaftlich nicht erschlossen werden konnte.

Pulsar Photonics entwickelt System- und Maschinentechnik, die die Effizienz dieser Technologie deutlich erhöht. So ermöglicht der MultibeamScanner – ein System zur Strahlformung – eine Steigerung der Bearbeitungsgeschwindigkeit um bis zu einen Faktor 100. Durch die intelligente Vernetzung der eingesetzten Systeme kann zudem die Rüstzeit verkürzt und die Nutzung vereinfacht werden. Die Integration von Sensorik ermöglicht eine bessere Kontrolle der Prozesse und die Vermessung der Bearbeitungsergebnisse direkt in der Maschine. Die Lasermaschinen von Pulsar Photonics vereinen die Kompetenzen in einem System und ermöglichen eine kundenspezifische Konfiguration, die an die unterschiedlichen Anforderungen in Bezug auf Kosten und Performance angepasst werden kann. Im Bereich der UKP-Auftragsfertigung agiert Pulsar Photonics als Dienstleister für die Präzisionsfertigung von Bauteilen und technischen Oberflächen, sowie für die Entwicklung von neuen Applikationen.

„Jahrelange Erfahrung und viele Gespräche mit Herstellern und Kunden haben den Bedarf nach einer zuverlässigen, schnellen und kosteneffizienten Technologie herausgestellt, die wir heute mit unseren Produkten bedienen können. Die Markteinführung der ersten Systeme und Maschinen ist bereits erfolgt und bei europäischen und asiatischen Kunden im Einsatz.“ sagt Dr. Jens Holtkamp, einer der drei Gründer und Geschäftsführer der Firma.

„Der HTGF hat sehr gute Erfahrungen mit Gründungen aus dem Bereich Lasertechnologie gemacht. Wir kennen das Team der Pulsar Photonics seit mehr als 2 Jahren und sind von der Kompetenz und der Umsetzungsgeschwindigkeit der Gründer beeindruckt. Pulsar Photonics bietet Lösungen an, um das enorme technische Potential von Ultrakurzpulslasern wirtschaftlich nutzbar zu machen“, sagt Klaus Lehmann, Senior Investment Manager beim HTGF.

Über den High-Tech Gründerfonds

Der High-Tech Gründerfonds investiert Risikokapital in junge, chancenreiche Technologie-Unternehmen, die vielversprechende Forschungsergebnisse unternehmerisch umsetzen. Mit Hilfe der Seedfinanzierung sollen die Start-Ups das F&E-Vorhaben bis zur Bereitstellung eines Prototypen bzw. eines „Proof of Concept“ oder zur Markteinführung führen. Der Fonds beteiligt sich initial mit 600.000 Euro; insgesamt stehen bis zu 2 Millionen Euro pro Unternehmen zur Verfügung. Investoren der Public-Private-Partnership sind das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, die KfW Bankengruppe sowie die 18 Wirtschaftsunternehmen ALTANA, BASF, Bayer, B. Braun, Robert Bosch, CEWE, Daimler, Deutsche Post DHL, Deutsche Telekom, Evonik, Lanxess, media + more venture Beteiligungs GmbH & Co. KG, METRO, Qiagen, RWE Innogy, SAP, Tengelmann und Carl Zeiss. Der High-Tech Gründerfonds verfügt insgesamt über ein Fondsvolumen von rund 576 Mio. EUR (272 Mio. EUR Fonds I und 304 Mio. EUR Fonds II).

Kontakt:

High-Tech Gründerfonds Management GmbH

Klaus Lehmann

Schlegelstraße 2

53113 Bonn

Tel.: +49 228 823001-00

Fax: +49 228 823000-50

E-Mail: info [at] htgf [dot] de

www.high-tech-gruenderfonds.de

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