Feinfühlig wie ein Glasbläser

Auf Basis der CO₂-Laserstrahlung ist ein Konzept entstanden, das die Nachteile der herkömmlichen Warmbearbeitung wesentlich verringert. Zumal die Laserstrahlung eine hundertprozentige Reproduzierbarkeit durch eine gezielte und kontrollierte lokale Wärmeeinbringung gewährleistet. Außerdem lässt sich die Viskosität des Glases exakt überwachen, die eingebrachte Strahlungsleistung direkt anzeigen und der Laserstrahl optimal steuern

Eine weitere Herausforderung hat Trebbin darin gesehen, die jeweils sechs Achsen der beiden ABB-Roboter IRB 140 und die vier Achsen des CO₂-Lasers simultan zu bewegen. Die Lösung hat er mit Unterstützung von Feha und ABB gefunden. Die besonderen Ansprüche, die Trebbin in diesem Anwendungsfall an ein Robotersystem stellt, erfüllt der Roboterhersteller durch einen absoluten Synchronlauf mit Multi-Move-Funktion, das Unendlichdrehen der Greifer und einem hohen Bedienkomfort.

Nach der Konzeptentwicklung hat Trebbin durch die Offline-Programmier- und Simulationssoftware Robot Studio von ABB die geplanten Abläufe der Anlage simuliert. Schäfer zu den Gründen: „Die Software ist dafür ausgelegt, schon in der Konzeptionsphase eines Projektes mehrere alternative Lösungen zu visualisieren und zu bewerten. So ist es möglich, Roboterprogramme bereits vor der Auslieferung der Roboter und anderer Ausrüstung in Robot Studio realitätsgetreu zu testen und zu verifizieren.“ Ferner kann die Software in der Inbetriebnahmephase helfen, Programme an den realen Robotern zu optimieren. Der Anwender ist überdies in der Lage − bei laufender Produktion − Programme für neue oder geänderte Teile offline zu erstellen oder zu modifizieren, was Stillstandszeiten auf ein Minimum beschränkt.

Zunächst greift einer der Roboter ein Borosilicatglasrohr und der andere eine Glasfilterscheibe, die er in das Rohr hineinschiebt. Beide Roboter fahren das Werkstück synchron drehend an eine Formrolle heran, die eine Einschnürung in das vom CO₂-Laser erwärmte Glas einarbeitet. Die Präzisions-Dreibackengreifer der Roboter, ausgelegt für rotationssymmetrische Glasbauteile, gleichen die Gegenbewegungen der Formrolle aus, die durch den Querdruck zur Achse sowie durch Stauch- und Ziehbewegungen entstehen.

Im folgenden Fügeprozess schmilzt der CO₂-Laser die Glasfilterscheibe ein, die mit dem Glasrohr rotiert. „Für den Schmelzprozess sind höchstpräzise Roboter gefragt“, so Schäfer. Positionierten sie die Glasfilterscheibe nicht exakt im Glasrohr, käme es zu einem Fehler, der erst im späteren Einsatz auffallen würde.“ Wichtig ist auch der richtige Abstand des Glasrohrs zum Brennpunkt, um unbeherrschbare thermische Spannungen zu verhindern. Sollte die Leistung des Lasers, die variierbar ist, im Fokus dennoch zu hoch oder zu niedrig sein, verändern die Roboter ihren Abstand zum Brennpunkt. „Durch die Parametrierbarkeit der Laserquelle kann Robu die Filter mit einem einzigen Laser bei hoher Leistung im Borosilicatglas verschmelzen und in einem späteren Schritt die Außenwände der Glasfiltertiegel − ohne Mikrostrukturen zu zerstören − mit reduzierter Leistung beschriften. Dafür nutzt der Glasfiltergerätehersteller ein von Feha entwickeltes Mikroabtragverfahren.

Curland: „Da wir mehrere werkstückspezifische Greifer und Formrollen verwenden, sind wir in der Lage, Gläser mit verschiedenen Geometrien, Wanddicken, Rohraußen- und Innendurchmessern, Filterfeinheiten und Längen zu produzieren. Die thermischen und roboterspezifischen Prozesse werden jeweils darauf ausgerichtet.“ Zudem sind alle Prozessstufen parametrierbar und der Gesamtprozess lässt sich modular zusammenstellen und auf neue Produkte abstimmen. Überdies ist die Steuerungssoftware für den Bediener frei zugänglich. Er kann daher unterschiedliche Strahlbewegungen und für die ABB-Roboter wechselnde Gravurbilder eingeben. Die Anlage hat ihren Betrieb im Herbst 2013 aufgenommen. Curland geht von einer Amortisation innerhalb von drei Jahren aus. ee