Servomotor oder Schrittmotor
(Beide Techniken sind heute brandaktuell !!)
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, ihr sehr großes Haltemoment, harte Kopplung der Last und die Tatsache, dass jede Rotorstellung genau definiert ist (also der Motor naturgemäß dem vorgegebenen Weg der Steuerung folgt). 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).
Bei Laseranlagen mit fliegender Optik und Direktantrieb sind daher mit dem Schrittmotor
Geschwindigkeiten vom mehr als 1m/sek kaum möglich.
Im allgemeinen schaffen viele sogenannte "Billigprodukte"
nicht einmal 0,8m/sek. Durch Einsatz neuartiger voll digitaler Regler und spezieller niederinduktiver Motoren werden bei der ILS 2 1,1m/sek und bei der ILS 3 NM 1,524m/sek erreicht.
Viele Systeme arbeiten von der Steuerungsseite noch im veralteten Start/Stop-Betrieb der jede Dynamik beim Kurvenfahren beim Vektorfahren verhindert. Lesen Sie hierzu den Teil weiter unten "Verbesserung der Fahrdynamik". Auch hat die heute übliche Ansteuerung über Mikroschrittbetrieb (Halbschrittbetrieb ist Vergangenheit) die Fahrdynamik extrem erhöht. 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 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 die Position aus und ermöglichen der Steuerung die Motoren entsprechend zu regeln damit diese möglichst gut der vorgegebenen Bahn folgen. Es handelt sich um einen geschlossenen Regelkreis der sehr anspruchsvoll ist was die Reaktionszeit der Regelung anbetrifft.
Das Rückrad eines Servoantriebs ist die verwendete Steuerung und deren 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 2mm ohne Kontrolle zurückgelegt werden. Natürlich ist das noch etwas komplizierter wenn das Schwingverhalten der Steuerung hinzukommt. Bahnabweichungen von bis zu 0,8mm sind hier schon vorgekommen.
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).
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 die Zahnriemenungenauigkeiten zu eliminieren sezten wir in unseren Servosystemen zusätzlich auf neueste Linearencoder-Technologie. Linearencoder direkt auf den Führungen lesen hier unabhängig von den Antrieben die genaue Kopfposition aus und synchronisieren das System mit diesen Werten.Diese Technologie ist eine der neuesten Entwicklungen und bescheren bessere Gravurergebnisse bei hoher Geschwindigkeit. 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 wurde um einen intelligenten Bahnmodus erweitert. Dieser Modus ermöglicht ein extrem dynamischen fahren von jeder X-beliebigen 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 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 Geradensegmente zerlegt. Je nach Krümmung enstehen so mehr oder weniger viele Streckensegmente. Nun fährt die Steuerung diese zusammenhängende Segmente 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 nicht weiß ob gleich danach eine Tangente folgt oder ein rechter Winkel. Folgt eine Tangente so gibt es hier keinen Grund halt zu machen. 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.