Servomotor oder Schrittmotor
(Beide Techniken sind heute in den verschidenen Systemen zu finden!!)
Die Wahl der Antriebstechnik ist ein wichtiger Aspekt für den Laserkauf.
Hier werden immer wieder die Techniken unzureichend oder aber schlichtweg falsch erläutert.
In Sachen Geschwindigkeit ist der Sevomotor das Mass aller Dinge. Der Schrittmotor hat seine
Vorteile bei der hohen Bahntreue und niedrigen Kosten der Steuerung. Im folgenden versuchen wir
beide Techniken näher zu erläutern und geben auch Hinweise zu der von uns verwendeten Technik.
Der Schrittmotor
Der Schrittmotor zählt bei Gravier- u. Schneidesystemen zu den am häufigsten angewandten Techniken.
Diese Technik hat sich seit jeher als besonders zuverlässig und störunanfällig gezeigt. Vorteile der
Schrittmotoren sind die geringe Kosten der Steuerung, das Haltemoment, harte Kopplung der Last und
die Tatsache, dass der Rotor naturgemäß dem elektrischen Feld genau folgt, wenn der Schrittmotor innerhalb
seiner Vorgaben betrieben wird. Dies sorgt für eine sehr hohe Bahntreue die gerade beim schneiden sehr
wichtig ist.
Der Nachteil von Schrittmotoren ist jedoch ein geringerer Drehzahlbereich. In hohen Drehzahlen nimmt das
Drehmoment rapide ab (Zunahme d. Gegenstroms). Drehzahlen über 1500 Umdrehungen sind hier schon Ende der
Möglichkeiten (im Vergleich zu unseren Servomotorgetriebenen Laser die 8000 U/min schaffen ist das relativ
wenig). Dies gilt auch für niederimpedante Schrittmotoren deren Aufbau auf hohe Drehzahl ausgelegt ist.
Bei Laseranlagen mit fliegender Optik und Direktantrieb sind daher mit dem Schrittmotor Geschwindigkeiten
vom mehr als 1,5 m/sek kaum möglich.
Im allgemeinen schaffen viele "Standardprodukte" nicht einmal 0,8m/sek.
Durch Einsatz neuartiger voll digitaler Regler und spezieller niederinduktiver Motoren können wir
in unseren Systemen problemlos 1,524 m/sek erreicht (ILS 3NM, V2000, V3000).
Viele Systeme arbeiten von der Steuerungsseite noch im veralteten Start/Stop-Betrieb der jede Dynamik beim
Kurvenfahren im Vektormodus. Lesen Sie hierzu den Teil weiter unten "Verbesserung der Fahrdynamik".
Auch hat die heute übliche Ansteuerung über Mikroschrittbetrieb (Halbschrittbetrieb ist Vergangenheit) die
Fahrdynamik verbessert.
In Verbindung mit unserem Mikroprozessorgestützten Steuerinterface, mit aktuellsten Ansteueralgorithmen
für intelligente Bahnfahrt die auf die Motoren perfekt abgstimmt sind, wird die Fahrdynamik bei unseren
Schrittmotorsystemen nahezu voll ausgeschöpft.
Der Servomotor
Servomotoren sind optimal bei Anwendungen die eine hohe Drehzahl und dabei hohe Drehmomente erfordern.
Hier werden meistens bürstenlose Gleichstrommotoren eingesetzt die von der Steuerung mehr oder weniger
bestromt werden und damit mehr oder weniger Kraft entwickeln oder die Drehrichtung wechseln.
Encoder auf der Motorwelle lesen hierbei ständig die Ist-Position aus. Der Vergleich mit der Soll-Position
ermöglichen der Steuerung die Motoren entsprechend zu regeln und auf Kurs zu halten. Es handelt sich also
um einen geschlossenen Regelkreis der sehr anspruchsvoll ist was die Reaktionszeit der Regelung anbetrifft.
Das Rückrad eines Servoantriebs ist die verwendete Steuerung und deren Auflösung und Regelzeit.
Servoantrieb ist hier nicht gleich Servoantrieb.
Ist die Regelzeit (benötigte Zeit zum erfassen der Ist-Position und korrigieren auf Soll-Position)
zu lang dann führt das schnell zu einer schlechten Bahntreue beim schneiden. Bei technischen
Anwendungen kann dies zu massiven Probelemen der Masshaltigkeit kommen. Dies ist relativ leicht einzusehen.
Verwendet man eine mittelmäßige Steuerung mit 1ms Regelzeit (meistens der Fall) bedeutet dies 1000
Regelprozesse pro Sekunde. Bei einer Geschwindigkeit von 2m/sek bedeutet dies, dass zwischen einem
Regelprozess zum nächsten ganze 2 mm ohne Kontrolle zurückgelegt werden. Natürlich ist das noch etwas
komplizierter wenn das Schwingverhalten der Steuerung hinzukommt, wenn die PID Regelkreise nicht perfekt
abgestimmt sind.
Daher setzen wir bei unseren Servoantrieben von vornherein auf extrem
schnelle Servoregler. Mit 16µs verwenden wir einen der schnellsten Reglern auf dem Markt von einem der
fortschrittlichsten High-Tech-Herstellern auf dem Markt überhaupt. Das heißt 62500 Regelprozesse pro Sekunde.
Damit erreichen wir eine extrem hohe Bahntreue die selbst Schrittmotoren deutlich schlagen. Die maximale
Drehzahl liegt bei 8000 U/min. Eine gute Dimensionierung sorgt für sehr hohe Beschleunigungsraten bei geringer
Wärmeentwicklung der Motoren (keine thermischen Probleme). Unsere Servos haben Auflösungen von über
16 Millionen Schritte pro Umdrehung. Die Regler verfügen über eine Echtzeitschwingunsunterdrückung.
Die Kosten für einen solchen Antrieb sind deutlich höher als bei Schrittmotoren. Daher tendieren viele
Hersteller wieder zu den langsameren Schrittmotoren. Bei guter Auslastung mit Aufträgen
können bei diesen langsamen Systemen die Produktionskosten sehr schnell zum massiven Problem führen oder auch
dazu, dass andere günstigere Anbieter die Aufträge zukünftig erhalten.
Verbessertes Rastergravieren mit unseren Systemen
Um die Genauigkeit der Kopfposition beim Rastergravieren zu steigern und Positionsungenauigkeiten zu eliminieren
sezten wir für Rastergravuren zusätzlich auf neueste Linearencoder-Technologie.
Linearencoder direkt auf den Führungen lesen hier unabhängig von den Antrieben die genaue Kopfposition aus
(Auflösung 4000 DPI) und synchronisieren das System mit diesen Werten. Diese Technologie ist eine der
neuesten Entwicklungen und führt zusätzlich zu Gravurergebnissen bei hohen Geschwindigkeiten.
Zusammen mit unserem High-End Software RIP Prozessor werden hier Bildgravuren mit höchster Qualität erreicht.
Verbessertes Vektorfahren mit unseren Systemen
Das Steuersystem in unsereren Geräten vefügt über einen intelligenten Bahnmodus.
Dieser Modus ermöglicht extrem dynamischen Bewegungen jeder komplexen Kurve.
Bei dieser Technik werden alle Bahndaten im Vorfeld genau analysiert und eine optimales Geschwindigkeitsprofil
für jeden Kurvenübergang ermittelt und nur da gebremst wo wirklich Grund dazu besteht. Das hochdynamischen fahren der
Kurven sorgt für ein ruckelfreies abfahren der Bahn und bessere Oberflächenglätte. Der intelligente Modus hat
einen Geschwindigkeitszuwachs von über 280% gebracht (speziell bei Kurvenfahrten). Dies bringt bei sehr dünnen
Materialien und beim schneiden von Pappe einen enormen Geschwindigkeitvorteil der rund 60% schneller ist bei
vergleichbaren Systemen.
Fast alle Systeme heute, da ist auch die Servomotortechnik nicht ausgeschlossen, fahren immer noch im sogenannten
Start-Stop-Betrieb.
Dies bedeutet genau folgendes: Bei der Übergabe der Bahndaten an die Steuerung werden
diese in Polylinien umgewandelt. Je nach Krümmung enstehen so mehr oder weniger viele Liniensegmente. Nun
fährt die Steuerung diese Polilinie im "Punkt zu Punkt" Betrieb ab. Dies bedeutet,
dass jedes Teilsegment so abgearbeitet wird, dass am Anfang beschleunigt wird bis zur einer maximal möglichen
Geschwindigkeit, um dann gleich wieder abzubremsen bis zum Ende des Segmentes, da die Steuerung ja nicht weiß ob
gleich danach eine Tangente folgt oder ein Richtungswechsel. Also muss bei jedem Liniensegment der Polylinie
gestoppt werden. Hier bedarf es keine grossen Vorstellungskraft um einzusehen, dass dies in einer ruckelnden
Bewegung endet.
Folgt eine Tangente, dann sollte die Steuerung das erkennen und entsprechend reagieren.
Hier sollte die Steuerung schlau genug sein, um Segmente die eine Kurve beschreiben, auch mit
einer Geschwindigkeit abzufahren. Ein Autofahrer fährt schließlich eine flache Kurve auch mit einer
vorauschauend gut gewählten Geschwindigkeit nahtlos durch, ohne bei jedem Lenkmanöver halt zu machen. Das
ständige beschleunigen und bremsen sorgt bei schnelleren Geschwindigkeiten für ein Einschwingen des Achsarmes,
was wiederum zu unebenen Oberflächen sorgt. Hohe Geschwindigkeiten werden ohnehin nicht erreicht, da die Kürze
der Segmente dies verhindert. Übrigens haben manche Steuerungen einen speziellen Kreisbefehl
(Zirkularinterpolation) der Kreise optimal durchfährt. Da aber alle Grafikprogramme (bis auf ein paar
CAD-Programme) Kreise ebenfalls als Spline (bestehend aus 4 Splinesegmenten), behandelt wird dieser Befehl
erst gar nicht angesprochen. Dann wird gesagt - "Die Software ist schuld".
Mit unserem intelligenten Modus werden gerade diese Splines perfekt abgearbeitet.