Laser strukturiert Formwerkzeuge 02.05.2013, 13:34 Uhr

Optisches Sensorsystem misst Abstände ungeheuer präzise

Fraunhofer Forscher haben eine neue Form der Lasermaterialbearbeitung entwickelt. Erstmals lassen sich damit in nur einem Arbeitsgang Oberflächen behandeln, Fehler feststellen und sofort korrigieren.Teurer Ausschuss wird so vermieden.

Laserstrukturierter Formeinsatz für das Kunststoffspritzgießen von Bauteilen zur Innenausstattung von Mittelklassewagen.

Laserstrukturierter Formeinsatz für das Kunststoffspritzgießen von Bauteilen zur Innenausstattung von Mittelklassewagen.

Foto: Fraunhofer IPT

In vielen Mittelklasseautos erinnern die Oberflächen von Armaturenbrettern, Lenkrädern, Kopf- und Armstützen oder Schalthebelknaufe an edles Leder. Dabei bestehen sie aus dem Kunststoff Polyurethan. Die Illusion schaffen die Farbe und die Struktur. Diese entsteht beim so genannten Spritzgießen. Dabei wird heißer Kunststoff in eine metallische Form gepresst, deren Oberfläche Lederstruktur hat.

Bisher fallen Fehler erst bei der Endkontrolle auf

Diese Strukturen werden durch klassische Methoden der Metallbearbeitung wie Fräsen oder Schleifen erzeugt. Oder sie werden eingeätzt. Beides sind sehr zeitaufwändige und damit teure Techniken. Mit Laserbearbeitung geht es künftig deutlich schneller. Der heiße, scharf fokussierte Strahl huscht über die Oberfläche des Werkzeugs, wie Kunststofftechniker die Form nennen, und schreibt das Muster wie mit einem spitzen Stift hinein.

Dabei passieren Fehler, die erst bei der Endkontrolle auffallen. Mit einer Technik, die ein Team um Guilherme Mallmann vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik in Aachen entwickelte, lassen sich Fehler schon ansatzweise erkennen und korrigieren. Im gleichen Augenblick, in dem ein Muster per Laser entsteht, wird es vermessen. Das geschieht mit einem optischen Sensorsystem, das Abstände mit unvorstellbar hoher Präzision misst. Der Messstrahl wird in den Laserstrahl eingekoppelt. Gemeinsam treffen sie auf die Oberfläche, die bearbeitet wird. Der Messstrahl wird ständig reflektiert und ausgewertet. Sobald die Auswerteeinheit feststellt, dass es eine zunächst minimale Abweichung vom gewünschten Muster gibt, folgt eine Korrekturanweisung, die die Führung des Laserstrahls verändert. Damit werden Fehler behoben, noch ehe sie ein Ausmaß erreichen, das das Werkzeug unbrauchbar macht.

Laserbearbeitungsanlagen lassen sich nachrüsten

Kurzkohärente Interferiometrie heißt das Messerverfahren, das auf der Interpretation von Überlagerung von Lichtwellen beruht, die von der bearbeiteten Oberfläche reflektiert werden. Laseranlagen lassen sich mit dem Mess- und Korrektursystem nachrüsten. Auch andere Prozesse lassen sich damit überwachen, etwa Reparaturen von Oberflächen. Die Aachener Wissenschaftler zeigen einen Prototyp des Systems auf der Messe Laser World of Photonics, die vom 13. bis 16. Mai in München statt

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