Thomas Kaster, Mitarbeiter am Lehrstuhl für Lasertechnik LLT der RWTH Aachen University, hat den 2. Platz beim ICALEO 2023 Student Paper Award für sein Paper „Ein Ansatz zur Anwendung von mobilen Robotern in der Lasermaterialbearbeitung“ gewonnen. Seine Forschungsarbeit beschäftigt sich mit der Integration mobiler Roboter in die Lasermaterialbearbeitung. Durch den Einsatz von Robotern in der Lasermaterialbearbeitung soll einerseits eine flexiblere Bearbeitung von Bauteilen ermöglicht werden, andererseits sollen Anschaffungskosten und damit die Einstiegshürden für neue Anwender gesenkt werden.

Der Beitrag ist im Sprintteam 15 am Forschungscampus DPP entstanden, zu dem auch Kaster gehört. Ein Sprintteam setzt sich aus Mitarbeitenden interdisziplinärer Partner aus Forschung und Industrie zusammen. Das gemeinsame Ziel des Sprintteam 15 ist die „Entwicklung von Sensor- und datenbasierten innovativen Kinematik- und Robotersystemen zur Lasermaterialbearbeitung“. Dieses Ziel verfolgt das Team mit geteilter Infrastruktur unter einem Dach über einen Zeitraum von mehreren Jahren. Es bleibt dabei jedoch stets agil und wird regelmäßig kritisch von den jeweiligen Personen evaluiert. Kaster arbeitet in Kooperation mit renommierten Partnern wie dem RWTH-Lehrstuhl für Technologie Optischer Systeme TOS, TRUMPF Photonic Components, SCANLAB GmbH und AixPath GmbH zusammen.

Die Entscheidung, die Anwendung mobiler Roboter zu erforschen, basiert darauf, dass durch diese Herangehensweise ein kostengünstiger und gleichzeitig ressourcenschonender Ansatz zur Bearbeitung großflächiger Bauteile untersucht werden kann. Anlagen müssen heute mit der Bauteilgröße „mitwachsen“: Je größer das Bauteil ist, desto größer muss die Anlage werden. Daraus folgen ein höherer Anschaffungspreis, aber auch höhere Betriebs- und Energiekosten. Im Vergleich zu Standardanlagen, gilt dieses Paradigma bei mobilen Robotern, welche sich während der Bearbeitung auf dem Bauteil bewegen, nicht.

Innerhalb des Forschungscampus DPP entstand die Grundidee, berührungslose Sensoren auf VCSEL-Basis zur Positionsbestimmung durch den Roboter zu verwenden. Berührungslose VCSEL-Sensoren sind Geräte, die eine sogenannte VCSEL-Technologie verwenden, um Informationen ohne physischen Kontakt zu erfassen. VCSEL steht für Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser, also einen senkrecht zur Oberfläche emittierenden Laser. Diese Sensoren werden oft in Anwendungen eingesetzt, bei denen Distanz- oder Näherungsmessungen erforderlich sind. VCSEL-Sensoren senden Laserstrahlen aus, die auf eine Oberfläche treffen und reflektiert werden. Die zurückkehrenden Signale werden wiederum vom Sensor erfasst und analysiert, um Informationen über die Entfernung oder Anwesenheit eines Objekts zu liefern. Da diese Sensoren keinen physischen Kontakt benötigen, müssen sie nicht direkt mit dem gemessenen Objekt in Kontakt kommen.

VCSEL-Sensoren nützen Robotersystemen, indem sie schnelle, präzise und berührungslose Messungen der Roboterposition ermöglichen, oder Kollisionen vermeiden, was insbesondere in Umgebungen wichtig ist, in denen sich Menschen oder Objekte bewegen. Darüber hinaus sind VCSEL-Sensoren materialschonend, da sie nicht in physischen Kontakt mit Objekten geraten. Die Anwendungsfelder von VCSEL-Sensoren in Robotersystemen reichen von industriellen Produktionslinien bis hin zu autonomen Fahrzeugen.

Der Forschungscampus DPP wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung in der Förderinitiative Forschungscampus unterstützt.