C-gunPickerHand-held

Lasernaht-Stepper

Automatic C-gun and Picker, and Hand Held System

IPGs C-Gun, Picker und manueller Seam-Stepper kombiniert das Spannen und das Laserschweißen (max. 4 kW) in einem Werkzeug und ersetzt das konventionelle Widerstandspunktschweißen. Die LSS bietet einstellbare Spannkräfte bis zu 3 kN und auf teure Laserschutzkabinen kann verzichtet werden. Das Werkzeug schweißt eine 40mm Wobbel-Naht in nur der halben Taktzeit zu herkömmlichen Technologien und kann für unterschiedliche Materialien verwendet werden, darunter warmumgeformte Stähle. Durch die Verwendung von schnellen Sicherheitsnetzteilen kann die LSS-Schweißzange auch ohne aufwendige Laserschutzkabinen bei entsprechenden Sicherheitseinrichtungen betrieben werden.

3D

C-Gun Lasernaht-Stepper sind qualifiziert als Laserklasse 1 (Minimum Sicherheitsabstand 1m muss durch eine verriegelte trennende Schutzeinrichtung gewährleistet sein). Die LSS-2 Systemeigenschaften beinhalten Online Monitoring und Strahlschalter-Sicherheitssystem. Der Stepperkopf wiegt nur 45 kg, spart  Druckluft und operiert bei einem Lärmpegel von ≤72 dB. Die C-Gun LSS Systeme werden in zwei Konfigurationen angeboten: Laserleistung bis 2 kW (Controller mit integriertem Kühler) und Laserleistung bis 4 kW (stand-alone Kühler).

Features

Laserschweißen mit Simple Clamping Technologie Laserklasse 1 taugliches System*
Leistung bis 4 kW Elektrischer Wirkungsgrad >30%
Reduzierte Bearbeitungszeit Luft- oder Wasser-gekühlter Betrieb
Wiederholbare Bearbeitung mit Mehrschichtplatten-Zusammenfügen Kompakter Laser und C-gun Controller in einem Gehäuse
Höhere Stärke und Festigkeit beim Zusammenfügen Programmierbares Aufspannen für Langzeit-Zuverlässigkeit

*Der Integrierer muss eine verriegelte trennende Schutzeinrichtung gewährleisten, um einen minimalen Sicherheitsabstand von einem Meter zu schaffen.

Gewicht, kg 45
Einstellbare Spannkraft (Z-hub), kN 0.8-3.0
Öffnungsgröße C-gun, mm 130
Schweißnaht Länge, mm max. 40
Wobble Amplitude (Wobble), mm ±1
Frequenz (Wobble Frequenz), Hz 1-25
Schweißgeschwindigkeit, mm/s max. 50
Fokuslänge, mm 250 or 300
Luftdruck Verbrauch, l/min 250 (während Betrieb)
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Gewicht, kg 400
Wellenlänge 1070
Betriebs Modus CW/ Moduliert
Nominale Ausgangsleistung, kW max. 4
Strahlspot Durchmesser, μm 125, 250, 375, 500
Spitzenleistung Verbrauch, kW <14 (ohne Kühler)
Maße Controller, L x W x H 806 x 856 x 1517
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LSS-2 C-Gun Laser Seam Stepper DatasheetC-gun

C-gun Laser Seam Steppers sind qualifiziert als Laserklasse 1 (Minimum Sicherheitsabstand 1m muss durch eine verriegelte trennende Schutzeinrichtung gewährleistet sein). Die LSS-5 Systemeigenschaften sind Online Monitoring und Strahlschalter-Sicherheitssystem. Der Stepperkopf wiegt nur 45 kg, spart  Druckluft und operiert bei einem Lärmpegel von ≤72 dB. Das LSS-5 System zeichnet sich aus durch verbesserte Lasermodule und Stromversorgung wegen elektrischem Wirkungsgrad > 40%. Die C-Gun LSS Systeme werden in zwei Konfigurationen angeboten: Laserleistung bis 2 kW (Controller mit integriertem Kühler) und Laserleistung bis 4 kW (stand-alone Kühler).

Features

Laserschweißen mit Simple Clamping Technologie Echtzeit Schweißqualitätskontrolle und Datenerfassung jeder Schweißnaht
Leistung bis 4 kW Elektrischer Wirkungsgrad>40%
Wiederholbare Bearbeitung mit Mehrschichtplatten-Zusammenfügen Integrierter Kühler mit 2 kW Modell
Smart Welding Option Laserklasse 1 taugliches System*
Ineinander greifendes Sicherheitssystem für Stromversorgung

*Der Integrierer muss eine verriegelte trennende Schutzeinrichtung gewährleisten, um einen minimalen Sicherheitsabstand von einem Meter zu schaffen.

  2 kW 4 kW
Gewicht, kg 45
Einstellbare Spannkraft (Z-hub), kN 0.8-3.0
Öffnungsgröße C-gun, mm 130
Länge der Schweißnaht, mm max. 40
Wobble Amplitude (Wobble), mm ±1
Frequenz (Wobble Frequenz), Hz 1-25
Schweißgeschwindigkeit, mm/s max. 50
Fokuslänge, mm 250 or 300
Druckluft Verbrauch, l/min 250 (während Betrieb)
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Gewicht, kg 200 400
Wellenlänge 1070
Betriebsmodus CW/ Moduliert
Nominale Ausgangsleistung, kW max. 2 max. 4
Strahlspot Durchmesser, μm 125, 250, 375, 500
Spitzenleistung Verbrauch, kW <4.6 <10.5 (ohne Kühler)
Maße Controller, L x W x H 806 x 605 x 1479 806 x 856 x 1517
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LSS-5 C-Gun Laser Seam Stepper DatasheetC-gun

Laser Picker Seam Stepper kombiniert ein einseitiges Spannsystem mit einem Laserschweiß-Werkzeug. Der LSS-2 Kopf kann auf einem vertikalen Gerüst montiert werden mit einem Grad Freiraum oder auf einem Roboter mit mehreren Graden Freiraum. Der LSS-5 Laser Picker Kopf ist auf einem Roboter montiert, was volle Flexibilität beim Schweißen von 3D Teilen garantiert. Die LSS-5 zeichnet sich aus durch verbesserte Lasermodule und Stromversorgung wegen elektrischem Wirkungsgrad > 40% sowie einem kompakten Kopf, der nur 20 kg wiegt. Der LSS-5 werden in zwei Konfigurationen angeboten: Laserleistung bis 2 kW (Controller mit integriertem Kühler) und Laserleistung bis 4 kW (stand-alone Kühler).

Features

Fixierung von Teilen durch einseitigen Zugang Reduzierte Bearbeitungszeit
Gerüst- oder Roboter-Montierung Höhere Stärke und Festigkeit beim Zusammenfügen
Leistung bis 4 kW Kompakter Laser und Picker Controller in einem Gehäuse
Wiederholbare Bearbeitung mit Mehrschichtplatten-Zusammenfügen Programmierbares Aufspannen für Langzeit-Zuverlässigkeit
Gewicht, kg 40
Schweißnaht Länge, mm max. 40
Wobble Amplitude (Wobble), mm ±1
Frequenz (Wobble Frequenz), Hz 1-25
Schweißgeschwindigkeit, mm/s max. 50
Fokuslänge, mm 250 or 300
Druckluft Verbrauch, l/min 250 (während Betrieb)
Close
Gewicht, kg 400
Wellenlänge 1070
Betriebs Modus CW/ Moduliert
Nominale Ausgangsleistung, kW max.4
Strahlspot Durchmesser, μm 125, 250, 375, 500
Spitzenleistung Verbrauch, kW <14 (ohne Kühler)
Maße Controller, L x W x H 806 x 856 x 1517
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LSS-2 Laser Picker DatasheetPicker

Laser Picker Seam Stepper kombiniert ein einseitiges Spannsystem mit einem Laserschweiß-Werkzeug. Der LSS-2 Kopf kann auf einem vertikalen Gerüst montiert werden mit einem Grad Freiraum oder auf einem Roboter mit mehreren Graden Freiraum. Der LSS-5 Laser Picker Kopf ist auf einem Roboter montiert, was volle Flexibilität beim Schweißen von 3D Teilen garantiert. Die LSS-5 zeichnet sich aus durch verbesserte Lasermodule und Stromversorgung wegen elektrischem Wirkungsgrad > 40% sowie einem kompakten Kopf, der nur 20 kg wiegt. Der LSS-5 werden in zwei Konfigurationen angeboten: Laserleistung bis 2 kW (Controller mit integriertem Kühler) und Laserleistung bis 4 kW (stand-alone Kühler).

Features

Fixierung von Teilen durch einseitigen Zugang Smart Welding Option
Roboter Montierung Elektrischer Wirkungsgrad >40%
Leistung bis 4 kW Integrierter Kühler mit 2 kW Modell
Wiederholbare Bearbeitung mit Mehrschichtplatten-Zusammenfügen Ineinander greifendes Sicherheitssystem für Stromversorgung
Echtzeit Schweißqualitätskontrolle und Datenerfassung jeder Schweißnaht
  2 kW 4 kW
Gewicht, kg 20
Schweißnaht Länge, mm max. 40
Wobble Amplitude (Wobble), mm ±1
Frequenz (Wobble Frequenz), Hz 1-25
Schweißgeschwindigkeit, mm/s max. 50
Fokuslänge, mm 250 or 300
Druckluft Verbrauch, l/min 250 (während Betrieb)
Close
Gewicht, kg 200 400
Wellenlänge 1070
Betriebsmodus CW/ Moduliert
Nominale Ausgangsleistung, kW max. 2 max.4
Strahlspot Durchmesser, μm 125, 250, 375, 500
Spitzenleistung Verbrauch, kW <5 <14 (ohne Kühler)
Maße Controller, L x W x H 804 x 605 x 1479 806 x 856 x 1517
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LSS-5 Automatic Laser Picker DatasheetPicker

IPG’s LSS-3 Handheld Laser Seam Stepper erlaubt dem Benutzer, Schweißnähte per Hand zu machen.  Es ist für Anwendungen konzipiert wie Prototyping, Kleinserienfertigung und Reparatur von Autoteilen mit ständig wechselnden Parametern, die eine manuelle Kontrolle erforderlich machen. Der LSS-3 Seam Stepper kombiniert ein Spann- mit einem Laser-Werkzeug in einem kompakten Kopf mit bis zu 3 kN Spannkraft und einer Laser-Ausgangsleistung von bis zu 4 kW. Der LSS-3 kann bei einer Vielzahl von Materialien eingesetzt werden und als ein Ersatz für Wiederstandsschweißen, wobei der dem Nutzer Vorteile bietet wie einstellbare Spannkraft, verbesserte Kraft und Steifheit des Werkstücks, schnellere Bearbeitungsgeschwindigkeit, signifikant reduzierte Kantenlängen und minimaler Aufwand beim Spannen. Der LSS-3 produziert eine Laserschweißnaht bis zu 4 cm Länge.

Features

Handgeführte manuelle Bearbeitung Smart Welding Option 
Leistung bis 4 kW Elektrischer Wirkungsgrad >30% 
Laserschweißen mit Simple Clamping Technologie Laserklasse 1 System*
Echtzeit Schweißqualitätskontrolle und Datenerfassung jeder Schweißnaht Kompakter Laser und C-gun Controller in einem Gehäuse

*Minimum Sicherheitsabstand von einem Meter muss durch eine verriegelte trennende Schutzeinrichtung gewährleistet werden

Gewicht, kg 45
Einstellbare Spannkraft (Z-hub), kN 0.8-3.0
Öffnungsgröße C-gun, mm 130
Länge der Schweißnaht, mm max. 40
Wobble Amplitude (Wobble), mm ±1
Frequenz (Wobble Frequenz), Hz 1-25
Schweißgeschwindigkeit, mm/s max. 50
Fokuslänge, mm 250 or 300
Druckluft Verbrauch, l/min 250 (während Betrieb)
Close
Gewicht, kg 400
Wellenlänge 1070
Betriebsmodus CW/ Moduliert
Nominale Ausgangsleistung, kW max.4
Strahlspot Durchmesser, μm 125, 250, 375, 500
Spitzenleistung Verbrauch, kW <14 (ohne Kühler)
Maße Controller, L x W x H 806 x 856 x 1517
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LSS-3 Handheld Laser Seam Stepper DatasheetHand-held

Anwendungen

Schweißen von Autoteilen Wenig Verformung beim Zusammenfügen
Konstantes, reproduzierbares Schweißen von Edelstahl oder Aluminium Zuwachs der Qualität beim Zusammenfügen und Komponenten Steife
Zuverlässiges Zusammenfügen von warmgeformten Materialien Zusammenfügen von dünnen, leichtgewichtigen MaterialienWenig
Zuverlässiges Schweißen von hochfestem Stahl Herstellung von Prototypen und Komponenten in Kleinserien Produktion

 

LSS-2 Robot Seam Stepper 

LSS-3 Handheld Seam Stepper

 
 

Fiber Laser Seam Stepper Replacing Resistance Spot-Welding

A cost-effective laser based tool to conventional welding technologies

Andreas Siewert and Klaus Krastel, IPG Laser GmbH, Burbach, Germany

Resistance spot welding is known in high-volume production environment in the automotive industry since many years. The laser welding technology is also established in this application for more than 20 years, however it could still not capture the majority of the market even the modern laser welding application offers the following advantages:

  • Higher process speed (shorter cycle times).
  • Increased component strength via longer seams and resulting higher torsional stiffness.
  • Effort and cost comparable to today’s resistance-welding systems.
  • Realization of higher job safety requirements with reduced costs.
 

One of the advantages for resistance spot welding (RSW) compared to laser welding is the integrated clamping technology, which comes nearly for free as well as the safety enclosure is not as complex, not consuming valuable space and therefore not as costly.

The Laser-Seam-Stepper (LSS) from IPG Laser GmbH which has been developed in the last few years is designed to combine the advantages of a fast laserwelding process as well as the integrated clamping of the components.

The new tool is integrated in a standard robot cell a Class 1 laser device,
meaning it can be used on production lines without the need for additional
laser-safety mechanisms.

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The concept of the Laser-Seam Stepper (LSS) is to have a maintenance free fiber laser combined with an easy clamping tool where the X-Y-movement is realized by the integrated welding head. To release the laser power, the housing has to contact the component to be welded which will guarantee the laser safety (Fig. 1).

Laser welding with or without the weaving function (± 1 mm) can be effected within the range determined by the housing (standard = 40 mm). The easiest application is an LSS mounted, for example, on the sixth axis of an industrialrobot (with 50-kg handling capacity). The robot moves the LSS to the required welding position. In this position, it is placed onto the component only by robot force. Below the component, within the range of the welding seams, a fixed lower tooling is used as counter force or support (Fig. 1).

   fig 1
    Fig. 1 The Laser-Seam-Stepper is shown here with a “picker” (left) and a C-gun (right).

 

 fig 2

 

During a typical stepping operation (30 mm welding seam, 30 mm of free space, 30 mm welding seam), a laser welding seam can be placed with a welding velocity of approximately 30 mm/s every 1.7 to 2.0 s (Fig. 2).

The LSS unit is mounted on a servomotor-driven traversing unit. This is similar to a resistance-welding gun with a compensating module (Fig. 1). This version enables, for example, an industrial robot to move the module into a welding position and to close with a freely programmable force. The lower tool belonging to the C-gun (Fig. 1, right). is used as a counter force and additional safety equipment against unintendedback-reflected laser radiation. 

The force-controlled closing of the laser welding system (0.5 to 3 kN) results in a fitting accuracy (gap < 0.2 mm), which is deemed necessary for laser welding. The system’s compensation module compensates tolerances regarding the position and geometry of the components. All joining forces (0.5 to 3 kN) applied in the system are performed within the laser welding tool only; the robot itself is not required for these joining forces. During a typical stepping operation, a laser seam can be placed every 1.7 to 2.0 s.

 Fig. 2 Resistance spot welding vs. laser welding with the LSS module.    

 

Typical applications for this system are sheet-metal assemblies in the body-in-white automotive production lines (Fig. 3), which until now have been joined with many resistance-welding spots. One laser seam step of approximately30 mm can replace two resistance-spot welds with a typical spacing of 30 mm.

The cycle time for 30 resistance spot welds is approximately 75 s. If spot welding is replaced by laser seam welding in the prescribed manner, only 15 laser-weld seams are required. The cycle time can be reduced to a total of 37 s. Additional advantages are that the LSS requires less floor space and less capital investment cost in comparison to resistance spot welding.

The Laser-Seam-Stepper basic version is designed to perform linear seam welds of up to 40 mm and in addition a weaving function with a preset frequency of 3–30 Hz can be switched on in order to spread the welding seam to 2 mm.

  fig 3 
    Fig. 3 The LSS with fiber laser requires only one robot cell, whereas resistance spot welding would require two robot cells for the same operation.

 

fig 4

 

The overhaul running costs are reduced to a minimum by implementing unique features in the system. As the LSS is laser safe using standard robot welding cells there is no need of using complex and costly laser-protection housings. The system provides a clamping action to join sheet metal plates to be welded, with a defined force. This reduces the normally high requirements for additional clamping during standard laser welding as well as the maintenance of these components. A special designed air flow inside the LSS tool ensures the outperforming lifetime of the cover slide which protects the welding tool. The fiber laser and the LSS module are maintenance-free and the system is controlled via hardware interlock and standard bus systems. Preconfigured settings for length of weld (10 to 40 mm), speed, laser power, ramping, etc. can be selected which makes the programming of parts simple and easy. An optional available handheld LSS can be used for prototyping to produce laser welded parts within a short time without the need of using a robot. This offers OEM’s and suppliers a critical advantage in the form of time to market of parts and platforms.

 Fig. 4 The module is tested during production of a triangle window at the door of a car.    

 

fig 5

 

fig 6

Fig. 5 The module is tested during auto production; here, an interface B-pillar/rocker panel is being welded.   Fig. 6 The module is tested during production of a car roof frame.
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fig 7

  fig 8 
Fig. 7 Entry and weight optimization.   Fig. 8 Weight optimization.
     

With the experience of more than four years of production in a fully automated car plant the Laser-Seam-Steppers (LSS) is meanwhile used in various applications. The application is overlap welding with different material combinations. This can be zinc coated steel or high strength steel as well as stainless steel or aluminum (for example in the shipyard and rail wagon industries). The unique design of the upper and lower clamping brackets will allow to reduce the flanges from 15 mm (required for RSW) down to 10 mm or even 6 mm.

   This will allow
  • much larger viewing angles for example at A-pillars and doors
  • larger areas at the car entrance (increasing by 8%), see Fig. 7
  • weight savings (14,200 mm total length; 6 mm reduction; 2.8 mm total thickness →1.87 kg), see Fig. 8
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In cooperation with INPRO (an innovative company for advanced production systems in the automotive industry in Berlin; its cooperating partners are Daimler AG, Volkswagen AG, Siemens AG, ThyssenKrupp Technologies and SABIC Venture BV), the joining technology of resistance spot welding was compared with laser welding by the Laser-Seam-Stepper using a wobbled beam. Here, physical and technological features, behavior of the part itself and crash performance were taken into consideration, along with economic aspects.

Fig. 9 illustrates the overall evaluation of the considered factors for laser welding by LSS (blue line) and resistance spot welding (red line). The line nearer to the middle for laser welding represents a better result than the one achieved by resistance spot welding. The overall technical result shows that the performance of the wobbled seam produced by the new welding module is comparable to or even better than resistance spot welding and can complete welding tasks in half the production time. The result of economic comparison shows a total cost reduction of 6 to 10 percent, assuming fully automated production of 800 units in three-shift operation.

   fig 9
     Fig. 9 Overall evaluation of the process comparison.
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Fiber Laser Seam Stepper Replacing Resistance Spot-Welding

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