productronica: Effizientere und präzisere Kontakte dank Roboter-Kollaboration

Auf der diesjährigen productronica in München stellt das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT das Laser-Based Tape-Automated Bonding (LaserTAB) vor und zeigt, wie sich dank neuer Optik und Roboter-Unterstützung Batteriezellen und Leistungselektronik effizienter und präziser als bisher lasermikroschweißen lassen.

Auf eine geschickte Kombination von Roboter-Einsatz, Laserscanner mit selbstentwickelter neuer Optik und Prozessüberwachung setzt das Fraunhofer ILT aus Aachen. Im Mittelpunkt steht der LBR iiwa der Kuka Roboter GmbH aus Augsburg: Der nach Firmenaussagen erste in Serie gefertigte sensitive Leichtbauroboter (LBR) ermöglicht als »intelligent industrial work assistant (iiwa)« die enge Zusammenarbeit von Mensch und Roboter.

Abstandhalter sorgt für optische Distanz

Die Aachener haben an den kollaborierenden Roboter (Cobot) unter anderem eine Relay-Optik und einen Abstandshalter montiert. Dieser sorgt dafür, dass die Optik die für den Prozess nötige Distanz (Brennweite) einhält. Der LBR iiwa »fühlt«, wann der Abstandshalter die Schweißstelle berührt und der Schweißprozess startet. Die Schweißstellen befinden sich dank des Abstandhalters und des fühlenden Roboters immer in konstantem Abstand zur Linse.

Batteriemodul aus 18650-Batteriezellen kontaktiert mittels Laserstrahlmikroschweißen (Quelle: Fraunhofer ILT)

In München demonstriert das Fraunhofer ILT anhand von konkreten Anwendungen, wie sich der Mikrofüge-Prozess in der Batterietechnik mit Hilfe dieses Leichtbauroboters präziser und prozesssicherer gestalten lässt. Im Detail geht es um das Schweißen von prismatischen, Rund- und Pouch-Zellen. Das Institut kombiniert bei einer Demonstration die beiden Verfahren Mikrofügen und 3D-Druck, bei denen dieser Schweiß-Prozess eine führende technische Rolle spielt. Die Aachener führen außerdem an einem Technologie-Demonstrator vor, wie sich ein Kupfer-Kontaktelement mit einer Rundzelle per LaserTAB verbinden lässt. Das Fraunhofer ILT hat dazu ein speziell geformtes Verbindungselement aus Kupfer entwickelt, das es in eigener Regie mit Selective Laser Melting (SLM), auch bekannt als Laserstrahlschmelzen oder Laser-Powder Bed Fusion (L-PBF), herstellt.

Umständliches Positionieren entfällt

Alle Einsatzmöglichkeiten weisen auf die Vorteile des neuen roboterunterstützten Verfahrens hin, bei dem der Anwender den Roboter direkt zum Einsatzort führt. Es erspart das bisherige, aufwändige Suchen der Fokuslage und das umständliche Positionieren des Lasers. Außerdem garantiert der Abstandhalter, dass sich die Fokuslage während des Fügens nicht verändert. Zusätzlich sorgt er für ein Andrücken des Verbinders an das Werkstück beziehungsweise an die Batterie. Aufwändige Spannvorrichtungen sind daher überflüssig oder können weniger komplex ausfallen. Der Anwender dürfte das mechanische Einhalten der Entfernung der Optik zur Schweißstelle besonders dann schätzen, wenn er Fertigungstoleranzen oder unterschiedliche Höhen ausgleichen muss. In diesen anspruchsvollen Situationen mit ihren meist sehr komplexen Geometrien arbeitet das roboterunterstützte LaserTAB deutlich präziser als herkömmliche Verfahren.

productronica 2017: Halle B2, Stand 317