Handbuch FlashLaserMeter - Scansonic

Manual FlashLaserMeter
c/o Trbola engineering
Gerokstr. 23
D-70184 Stuttgart
Tel. +49 711 4003968
Fax +49 711 2599 267
[email protected]
www.delight-laser.com
Installations- und Bedienungsanleitung –FlashLaserMeter
Inhalt:
1.
Einleitung
2
2.
Lieferumfang
4
3.
Installation / Inbetriebnahme
5
4.
Software
9
5.
Durchführung / Programmierung einer Messung
11
6.
Service / Wartung
12
Stand: V2.1 vom 2006-09-19
Seite 1 von 12
Installations- und Bedienungsanleitung –FlashLaserMeter
1.
Einleitung
Das FlashLaserMeter wird eingesetzt, um die Einsatzbereitschaft einer Laserbearbeitungsanlage anhand der zur Verfügung stehenden Laserleistung am Ort der Bearbeitung zu überprüfen. Hierbei ermöglicht das FlashLaserMeter die kurzzeitige Leistungsmessung auftreffender Nd:YAG- Laserstrahlung (PM) und den Vergleich mit festgelegten Schwellwerten (PW, PS) sowie die Ausgabe des Ergebnisses dieser Vergleichsmessung als SPS Signal.
Festgelegt werden zwei Schwellwerte, die im Folgenden als Warn- bzw. Störschwelle bezeichnet werden.
PS:
Störschwelle
Die Störschwelle liegt unterhalb der Regelschweißleistung (z.B.: bei Pmax = 4000W beträgt die Störschwelle PS = 3800W). Hauptindikator der Reduzierung ist die maximal aufnehmbare Laserleistung
des Schutzglases, bevor dieses durch Laserstrahlabsorption beschädigt wird. Bis zu diesem Schwellwert gilt ein Durchschweißen als gewährleistet. Unterschreitet die zur Verfügung stehende Laserleistung diese Schwelle ist davon auszugehen, dass das Schweißergebnis n.i.O. ausfällt. Ein Eingriff in
die Anlage ist unbedingt erforderlich.
PW:
Warnschwelle
Der Schwellwert zur Warnung PW liegt z.B. 50 W oberhalb der Störschwelle PS (bei einer Störschwelle
von PS = 3800 W liegt die Warnschwelle bei PW = 3850W). Zwar ist das zu erwartende Schweißergebnis noch ausreichend, jedoch scheint ein Eingriff in die Anlage sinnvoll, um fehlerhafte Nähte in
nächster Zukunft ausschließen zu können.
Vorgabewerte für Störschwelle und Warnschwelle können bei de.LIGHT LASERsolutions erfragt werden.
In Abhängigkeit der gemessenen Laserleistung werden drei unterschiedliche Meldeergebnisse unterschieden:
1.) Messwert PM liegt oberhalb der Warnschwelle PW:
Status:
i.O.
kein Eingriff erforderlich
2.) Messwert PM liegt unterhalb der Warnschwelle PW, jedoch oberhalb der Störschwelle PS
Status:
i.O.
aber: kritischer Bereich erreicht, Eingriff nicht zwingend erforderlich. Dieser Zu-
stand sollte visualisiert werden.
Stand: V2.1 vom 2006-09-19
Seite 2 von 12
Installations- und Bedienungsanleitung –FlashLaserMeter
3.) Messwert PM liegt unterhalb der Störschwelle PS
Status:
n.i.O. Störschwelle unterschritten, Anlage wird gestoppt, Eingriff dringend erforderlich.
Der Status "n.i.O." muss an der Bedientafel/Touchpanel visualisiert werden, damit der Anlagenbediener informiert wird und auf den Anlagenstop reagieren kann.
Der Grund der gemessenen Leistungsverluste kann durch verschiedene Ursachen ausgelöst werden.
Diese können beispielweise sein:
1.) Schutzglas verunreinigt / beschädigt
2.) Fokussierlinse verunreinigt / beschädigt
3.) Mangelhafte LLK- Einkopplung im Laser / Dejustage der Einkopplung
4.) LLK – Fehler / LLK - Schaden
Durch den Einsatz des FlashLaserMeter können somit kritische Zustände und damit zu erwartende
fehlerhafte Schweißnähte im Vorfeld erkannt werden. Durch das unmittelbare Eingreifen und Beheben
der Fehlerursache (bspw. Schutzglaswechsel) können fehlerhafte Schweißnähte wirksam vermieden
werden.
Da das FlashLaserMeter ohne eine aktive Kühlung betrieben wird, ist die Messfrequenz auf
zwei Messungen pro Minute
begrenzt. Hieraus folgt, dass alle 30 Sekunden eine Optik geprüft werden kann. Bei einer Taktzeit von
30 Sekunden bedeutet dies eine Messung pro Takt.
Durch die Interbusfähigkeit kann das FlashLaserMeter gleichzeitig für mehrere Optiken eingesetzt
werden. Einzige Voraussetzung hierfür ist die räumliche Zugänglichkeit aller zu überwachenden Optiken. In einer Laserkabine mit 4 Optiken und einer Taktzeit von 30 Sekunden kann so bspw. jede Optik
mit einem Zeitintervall von 2 Minuten überprüft werden. Die Messung sollte so oft wie möglich erfolgen, um Veränderungen schnell zu erkennen.
Stand: V2.1 vom 2006-09-19
Seite 3 von 12
Installations- und Bedienungsanleitung –FlashLaserMeter
2.
Lieferumfang
Im vollständigen Lieferumfang des FlashLaserMeter sind enthalten (s. Abbildung 1):
•
Detektor
•
Elektronikbox (Auswerteelektronik)
•
Verbindungskabel (BNC 10 m)
•
Anschlussstecker zum Interbusmodul (ohne Abb.)
•
Justierhilfe
•
SPS- Software (ohne Abb.)
•
Dokumentation (ohne Abb.)
•
Fotopapier (ohne Abb.)
Abb. 1 Lieferumfang
Stand: V2.1 vom 2006-09-19
Seite 4 von 12
Installations- und Bedienungsanleitung –FlashLaserMeter
3.
Installation / Inbetriebnahme
3.1
Messkopf
Mit Hilfe des Messkopfes erfolgt die Leistungsmessung des auftreffenden Laserpulses. Der Messkopf
muss so zur Bearbeitungsoptik angebracht werden, dass der Laserstrahl senkrecht auf die Detektorfläche auftrifft. Zur erstmaligen Einrichtung und zur Überprüfung der Messposition ist im Lieferumfang eine Justierhilfe enthalten.
1.
Zur Justage ist die Justierhilfe am Messkopf ohne Kraft einzuschrauben.
2.
Die Bearbeitungsoptik ist senkrecht zum Messkopf zu positionieren und der Positionierlaser mittig
auf die Justierhilfe zu fokussieren (Position 1, Abbildung 3).
Bei Optiken mit taktiler Führung oder Spannmitteln ist die Fokuslage mit Hilfe der Spann- oder
Führungsmittel zu bestimmen. Eine Verschiebung der Fokuslage aus dem Tool-Center-Point des
Bearbeitungskopfes (Defokussierung) ist ggf. zu berücksichtigen.
Detektorfläche
Bearbeitungsoptik
Justierhilfe mit Fadenkreuz
Position 1:
Laserstrahl ist auf Mitte der
Justierhilfe fokussiert
z
Messkopf
Kabinenwand
Position 2:
Messposition
Defokussierter Laserstrahl
(Durchmesser 17 – 20 mm)
Möglichst vertikale Anordnung des Messkopfes zur Vermeidung von Verschmutzungen!
Abb. 2 Justage der Bearbeitungsoptik über dem Messkopf
3.
Von dieser Position ist der Abstand zur Oberfläche der Justierhilfe in z- Richtung senkrecht zu
vergrößern, bis der Fleckdurchmesser des Laserstrahls 17 – 20mm groß ist.
Hinweis: Die Optik ist gerade ausgerichtet, wenn der Strahl nach Erhöhung des Abstands noch mittig auftrifft.
a.
Die Justierhilfe wird entfernt.
b.
Es gilt: (f = Brennweite)
Für 2‘‘- Optiken: Anfangsabstand = 0,7 x f zwischen Fokus und Detektoroberfläche.
Für 1“- Optiken: Anfangsabstand = 1,2 x f zwischen Fokus und Detektoroberfläche.
Stand: V2.1 vom 2006-09-19
Seite 5 von 12
Installations- und Bedienungsanleitung –FlashLaserMeter
Der Fleckdurchmesser wird mit Fotopapier ermittelt:
c.
Das Fotopapier wird zurechtgeschnitten und auf die Detektoroberfläche gelegt.
d.
Ein Einzelpuls mit 3000W und 20ms wird auf den Detektor / das Fotopapier abgegeben.
e.
Der Durchmesser des entstandenen Flecks wird gemessen (s. Abb.2) :
– 20
mm
1717
– 20
mm
Abb. 3 Ermittlung des Fleckdurchmessers
f.
Ist der Fleckdurchmesser kleiner als 17mm, so ist der Abstand zu vergrößern,
g.
Ist der Fleckdurchmesser größer als 20mm dann ist der Abstand zu verkleinern.
h.
Schritte c bis g sind solange zu wiederholen bis der Fleckdurchmesser im geforderten Bereich liegt.
4.
Mit der Justierhilfe kann die mittige Lage des Strahls überprüft werden.
Soll der Messkopf für mehrere Optiken eingesetzt werden, so ist er an der Position in der Laserkabine
anzubringen, dass alle zu vermessenden Optiken wie beschrieben justiert werden können.
Zur Vermeidung schneller Verschmutzung des Messkopfes ist eine vertikale Anordnung sinnvoll (horizontale Einstrahlung).
3.2
Hinweise zur Verwendung von Laserbearbeitungsköpfen mit Drahtzufuhr
Bei der Verwendung von Laserbearbeitungsköpfen mit Drahtzufuhr sind besondere Vorkehrungen zu
treffen.
Der Draht der während des Arbeitstaktes in den Laserstrahl geführt und aufgeschmolzen wird, muss
zur Messung aus dem Strahlengang entfernt werden.
Dies ist möglich, indem man den Draht mechanisch an der Drahtdüse/Kontaktrohr abschneidet.
Eine weitere Möglichkeit ist, den Draht vom Drahtförderer zurückziehen zu lassen. Dazu muss der
Drahtförderer mit der Option „Drahtrückzug“ ausgestattet sein oder werden. In bestehenden Anlagen
ist diese Option nicht zwingend installiert.
Es reicht nicht aus den Draht mit dem Laserstrahl abzuschießen. Ein Teil des Drahtes hängt dann
immer noch im Strahl und führt zu Fehlmessungen. Das Fördern und abschießen des Drahtes dient
nur dazu den Draht nach der Messung wieder auf seine korrekte „Arbeitslänge“ zu bringen.
Stand: V2.1 vom 2006-09-19
Seite 6 von 12
Installations- und Bedienungsanleitung –FlashLaserMeter
3.3 Elektrische Verknüpfung
3.3.1 Übersicht
Abbildung 4 zeigt eine Übersicht zur Verknüpfung des FlashLaserMeter mit der SPS.
BMS
Digitale
Elektronikbox
Master
DI u. DO
LPM
Interbus
Kabel
Steuerleiung
24X0,34mm²
Koaxial
Kabel
Messkopf FLM
Roboter
Steuerung
Abb. 4 Elektrische Verknüpfung des FlashLaserMeter
Eingesetzte Komponenten:
BMS Master: Phönix Anschaltbaugruppe
Digitale DI/DO: Phönix digitale Ein- und Ausgänge
Elektronikbox FlashLaserMeter
Messkopf FlashLaserMeter
Robotersteuerung mit Mechanik
Achtung: Auswerteeinheit und Messkopf des FlashLaserMeters sind zueinander kalibriert! Ein
einwandfreier Betrieb kann nur zwischen zugehörigen Messkopf und Auswerteeinheit (gleiche
Seriennummer) gewährleistet werden!
Stand: V2.1 vom 2006-09-19
Seite 7 von 12
Installations- und Bedienungsanleitung –FlashLaserMeter
3.3.2 Schnittstelle FlashLaserMeter
Abb. 5 zeigt eine Übersicht der Schnittstellenbelegung der FlashLaserMeters.
Phönix Interbus
Klemmen Beschreibung des Laserleistungsmessgerätes
Konfiguration
Nr.
Beispiel
0V
A23.0 - (Kl 48)
E20.6 – (Kl 2)
E20.5 – (Kl 3)
E20.4 – (Kl 4)
E20.3 – (Kl 33)
E20.2 – (Kl 34)
E20.1 – (Kl 35)
E20.0 – (Kl 36)
E21.7 – (Kl 5)
E21.6 – (Kl 6)
E21.5 – (Kl 7)
E21.4 – (Kl 8)
E21.3 – (Kl 37)
E21.2 – (Kl 38)
E21.1 – (Kl 39)
E21.0 – (Kl 40)
24V
0V
24V
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
0V von RST Daten zurück setzen
24V RST Daten zurück setzen
DR Data ready, Daten zum Abholen bereit
PR Laserschuss erhalten
STD Messgerät ist bereit
Data Bit 11
Data Bit 10
Data Bit 9
Data Bit 8
Data Bit 7
Data Bit 6
Data Bit 5
Data Bit 4
Data Bit 3
Data Bit 2
Data Bit 1
Data Bit 0
24V Spannungsversorgung für Eingänge
0V Spannungsversorgung
24V Spannungsversorgung
Abb. 5 Schnittstellenbelegung FlashLaserMeter
Das Signal Messgerät ist bereit [E20.4 – (Kl 4)], kann eine Wegbedingung für die Roboterfolge zur
Laserleistungsmessung sein. Unmittelbar vor der Roboterfolge zur Laserleistungsmessung soll das
„Reset“-Signal gegeben werden [A23.0 - (Kl 48)]. Die Abgabe des Laserpulses soll nur durchgeführt
werden, wenn das Gerät bereit ist.
3.4
Allgemeine Installations- und Betriebshinweise
Zum korrekten Betrieb des FlashLaserMeter sind folgende Hinweise unbedingt zu beachten:
•
Die Bestrahlungsdauer des Detektors darf 20 ms (=0,02 Sekunden!) nicht überschreiten. Längere
Bestrahldauern können zur Zerstörung des Geräts führen.
Stand: V2.1 vom 2006-09-19
Seite 8 von 12
Installations- und Bedienungsanleitung –FlashLaserMeter
•
Niemals fokussiert auf die Detektorfläche einstrahlen. Hierdurch wird der Detektor zerstört.
•
Justage des Laserstrahls zum Detektor nur mit beigefügter Justierhilfe!
•
Korrekte Installation und Sitz aller elektrischen Verbindungen sicherstellen.
•
Wartungs- und Servicehinweise beachten!
•
Oberfläche nur im trockenen, sauberen Zustand bestrahlen!
4.
Software
4.1
SPS S7
Der mitgelieferte Funktionsbaustein FC85 hat die Aufgabe, die Rechenoperationen auszuführen. Ein
weiterer Baustein mit 3 Netzwerken (hier als Beispiel FC125) hat die Aufgabe, die festgelegten
Schwellwerte zu überwachen, sowie den Bausteinaufruf nach FC 85 durchzuführen und die entsprechenden Messdaten den Visualisierungsobjekten zu senden (Adresszuordnung). Die eingespielten
Bausteine müssen im OB1 aktiviert werden.
Ein Beispiel: Der FC125 wird in das Projekt kopiert und die entsprechenden freien Adressen vom
Anwender eingeben:
Im Netzwerk 1 und 2 (Abbildung 6) müssen vom Anwender die Warn- und Störschwelle sowie die
entsprechenden Adressen eingegeben werden.
Im Beispiel liegt die Warnschwelle bei 3850W die Störschwelle bei 3800W. (s. Abbildung 6)
Die Grenzwerte sind der jeweiligen Anlage individuell anzupassen.
Warnschwelle
Rote Adresse ist nach dem Beispiel
konfiguriert
3850
MW30
Störschwelle
3800
MW32
Abb. 6 Festlegung der Warn- und Störschwelle
Stand: V2.1 vom 2006-09-19
Seite 9 von 12
Installations- und Bedienungsanleitung –FlashLaserMeter
Im Netzwerk 3 (ebenfalls FC125) findet der Aufruf in den FC 85 statt. Außerdem werden hier die anlagenspezifischen Adressräume definiert und eingegeben (s. Abbildung 7).
EW20
MW38
Rote Adresse ist nach dem Beispiel
konfiguriert
MW30
MW40
MW32
E20.4
M175.0
EW20.5
E20.6
M175.1
M170.0
M175.2
M176.0
M176.1
A23.0
Abb. 7 Beispiel SPS Netzwerk 3
Stand: V2.1 vom 2006-09-19
Seite 10 von 12
Installations- und Bedienungsanleitung –FlashLaserMeter
5.
Durchführung / Programmierung einer Messung
5.1
Laserprogramm
Zur Messung der aktuell am Bearbeitungsort zur Verfügung stehenden Laserleistung ist ein definierter
Laserpuls notwendig. Die Länge dieses Pulses beträgt 20 ms. Die Laserleistung wird auf 4000 W
eingestellt. Hierzu wird in der Lasersteuerung ein festes Laserprogramm hinterlegt, das während der
Messung vom Roboter abgerufen wird. Die Programmierung in der WinLas Software wird als Beispiel
in der Abb. 8 gezeigt.
SW
4000
Die
Länge
20
dieses
Pulses beträgt 20 ms
bei einer eingestellten Laserleistung von
4000 W
Abb. 8 Definiertes Laserprogramm zur Messung mit FlashLaserMeter
Anmerkung:
Zu lange Bestrahlung bzw zu hoher Intensität auf der Detektoroberfläche führt zu dessen Zerstörung.
Dieses ist durch die Programmierung zuverlässig zu verhindern. Für derartige Beschädigungen wird
keine Haftung übernommen
Stand: V2.1 vom 2006-09-19
Seite 11 von 12
Installations- und Bedienungsanleitung –FlashLaserMeter
5.2
Roboterfolge FlashLaserMeter
Folgende Schritte sind bei der Roboterprogrammierung durchzuführen. (Unverbindliches Beispiel)
1. „Daten zurücksetzen“ an FlashLaserMeter ausgeben [A23.0 - (Kl 48)].
2. Roboter in Messposition fahren.
(Vor der ersten Messung ist die Messposition nach der Beschreibung in Kap. 3.1 anzufahren und zu programmieren.)
3. Warten des Roboters auf „Messgerät ist bereit“ [E20.4 – (Kl 4)]
Bei einer Wartezeit von mehr als 2s Störungsmeldung ausgeben.
4. Zur Messung hinterlegtes Laserprogramm (vgl. Kap. 5.1) binär ansteuern und das Signal
„Start Schweißen Ein“ setzen und zurücknehmen.
5. Warten des Roboters bis „Laserpuls erhalten“ [E20.5 – (Kl 3)] von FlashLaserMeter gesetzt wird.
Bei einer Wartezeit von mehr als 4s weiter mit „6.“: Zurückfahren in Ausgangsposition oder „1.“:
Daten zurücksetzen, Messung wiederholen. (Dieser Schritt kann übersprungen werden.)
6. Zurückfahren in Ausgangsposition.
7. Arbeitstakt starten oder bei zu geringer Leistun, Warn- oder Stör-Meldung ausgeben.
In Abhängigkeit des Ergebnisses der Vergleichsmessung werden vom FlashLaserMeter drei verschiedene SPS Signale erzeugt, die entsprechend verarbeitet werden können (vgl. Kap. 1).
Das Signal StandBy (STD) dient auch als Fehlersignal. Sollte dieses Signal bei laufender Messung
abfallen, so ist das Messgerät überhitzt und darf vorübergehend nicht mit Laserleistung bestrahlt werden (der Laser muss abgeschaltet werden).
6.
Service / Wartung
Folgende Wartungsarbeiten sind durchzuführen:
Reinigung der Detektorfläche
1 x pro Tag
(Reinigung mit einem weichen, feuchten aber nicht nassen Tuch, keine Chemikalien verwenden)
Kontrolle der Messposition
1 x pro Monat
.
Stand: V2.1 vom 2006-09-19
Seite 12 von 12
Installations- und Bedienungsanleitung –FlashLaserMeter
Stand: V2.1 vom 2006-09-19
Seite 13 von 12

Download Report