ServoOne ökar precision och noggrannhet i CNC-maskiner

Höghastighetsskärning i tunnplåt kräver nya lösningar

GFH verktygsmaskin laserskärning
Laserskärning i tunnpåt med verktygsmaskiner från GFH och servodrives från LTi DRiVES med ServoOne
Extremt jämna laserskåror i tunnplåt kräver nya standarder i området med hög hastighetsskärning. Viktigt för kvaliteten på snittet är dynamiken i den skärande rörelsen. Desto snabbare man kan utföra snittet desto högre blir kvalitetén. En förutsättning för att uppnå extremt höga och dynamiska rörelser hos servodrives är en dedikerad generering av börvärden i CNC:n i kombination med snabbast möjliga överföring av börvärden till vår servodrive. Vad som också påverkar dynamiken i systemet är noggrannheten i relgerloopen samt valet av linjär eller roterande direktdrift, allt detta har direkt påverkan på dynamiken och maskinens precision.

Börvärden och 48-bitars upplösning skickas över SERCOS III

Tillsammans med GFH GmbH har LTi DRiVES tagit fram en CNC-maskin för att höghastighetsskära skåror i tunnplåt. Visualisering och servodrives med ServoOne samt SERCOS III gränssnitt är själva grundstenarna. Skårorna får man med fina snitt av en laser. Tack vare SERCOS III kan man skicka sitt färska börvärde (position, hastighet och moment) ner till servodrive ServoOne som itererar med 125 µs. Dessutom har man expanderat upplösning på återkopplingen från det normala 32 bitar till hela 48 bitar, dvs PICO Interpolation. Alla dessa delar samverkar och ökar både dynamik och kvalitéten i reglerloopen och i slutändan en mycket bättre skåra. En ytterliggare anpassning till körprofilen beroende på hastighet korrigerar laserna styrka och ger därmed ett korrekt snitt även vid väldigt snäva radier. Det är CNC:n som tar fram nya börvärden för regleringen av drivsystemet samt styrningen av lasern.

Högsta noggrannhet vid maximal hastighet utan korrigeringar

För att minimera kostnaden och tiden i produktionen hos nya verktygsmaskiner förväntar man sig idag en högre hastighet men samtidigt en lika stor ökning i precision. Detta är den centrala utmaningen, med ökad hastighet även öka noggrannheten. Här har skärteknologi med hjälp av laser visat sig fördelaktig även vid mindre och mer komplexa geometrier. Exakta, noggranna och rena snitt reducerar framtida korrigeringar och efterarbete.

Tidigare har maskinens servodrive varit flaskhalsen, det var då

LTi-drives servoone drivsystem
Tyska LTi DRiVES är experter på drifter med extra hög precision och hastighet. ServoOne löser maskinbyggares alla olika uppgifter upp till 450 ampere
Faktorer som begränsar hastighet och precision har utöver laserns effekt och teknologi även legat på dynamiken i motor och servodrive. En kraftig förbättring av resultatet kan fås genom exempelvis linjärmotorer eller servomotorer med direktdrift, dvs. utan växellåda, tillsammans med förbättrade sensorer och en vassare reglerteknik. För applikationer med de tuffaste kraven utnyttjar man magnetiska linjärmotorer. Dessa linjärmotorer visar upp en närainpå ideal mekanik så att man minimerar dels signalbearbetningen för ström och position samt möjlig dötid vid regleringen. Styrningen av laserns effekt kan på så sätt säkerställa samma snittparameter även vid väldigt små radier. ServoOne öppnar helt nya möjligheter för maskinbyggare bl.a.
  • Gå in och finjustera regleringen på djupet.
  • Integrerad säkerhet för att skydda alla runt maskinen
  • ServoOne stödjer de flesta ledande fältbussarna:Profinet, EtherCat, SERCOS III m. fl.
  • ServoOne har samma höga precision och noggrannhet upp till 450 Ampere
  • Vattenkyld servodrive och gemensamt mellanled i multiaxis applikationer
 
ServoOne Standalone

En integrerad styrning och drivsystemslösning

komplett automationslösning drivsystem styrsystem
GFH har tillsammans med LTi DRiVES en högpresterande verktygsmaskin för bearbetning i tunnplåt
Maskinbyggare vill allt oftare ha en komplett automationslösning dvs. av styrning, drivsystem, motorer och i detta fallet även laserstyrning) och allt ska passa tillsammans. Detta är av större vikt i komplexa och högdynamiska maskiner då dessa komponenter tillsammans med mekaniken måste uppfylla extremt tuffa uppgifter. CNC-styrningen Andronic 3060 består av två separata kärnor för beräkningarna. En har hand om själva CNC-beräknignarna och kärna nummer två presenterar bilder och status för HMI till operatören. Operatören jobbar med flera olika gränssnitt så som touchpanel, mus, keyboard samt en pult med diverse knappar.

Mjukvarumässiga operatörsval beroende på uppgift

Operatören kan i maskinens HMI både styra maskinen samt konfigurera och diagnostisera maskinen. Allt sker enkelt och smidigt via maskinens tydliga HMI. När man valt ett program för körning bearbetas NC-satserna kontinuerligt i förväg när de lagts i CNC:ns buffert. Denna buffert har plats för 25 000 NC-kommandon där körprofilen gås igenom, filtreras om det behövs och där man tar hänsyn till kinematiken i maskinen innan de positionerna transformeras till koordinater för motorerna. Det interpolatorn som beräknar nya börvärden till motorerna beroende på hastighet och acceleration. Börvärdena skickas över ett SERCOS III gränssnitt med en cykeltid på 125 µs. Tack vare den höga processorkraften kan man hämta nya NC-satser varje 100µs och därmed har vi nya börvärden varje 125 µs. Detta är en av alla dötider som minimeras och som ger maskinen högsta möjliga dynamik.

Högupplösta positionsbörvärden med PICO-interpolation

PICO interpolation upplösning
PICO-interpolation ökar verktygsmaskinens upplösning med hela 16 bitar vilket ger en högre noggrannhet
Positionsbörvärdena har inte en upplösning på 32 bitar vilket normalt sett är standard utan med 48 bitar. Denna extra upplösning på hela 16 bitar går under namnet PICO-interpolation och gör det möjligt att i drivsystmetes efterkommande fininterpolation ta fram nästan ideala börvärden för både varvtal och moment. Alternativt kann man istället för 16 bitars positionsbörvärden skicka hastighets- och accelerationsbörvärden. Oavsett vad man väljer att göra så reduceras de kvantiseringsproblem som ofta uppstår i numeriska beräkningar vid interpolation av nya börvärden. Börvärdena får väsentligt mycket bättre kvalite än normalt. Den fininterpolator som vi talar om finns implementerad i ServoOne och som dessutom har ett par olika driftsätt att välja mellan.

Reglering av direktdrift

Genom att sätta in direktdrift vid laserbearbetning får vi en tydlig förbättning i dynamik som även möjliggör en direkt övervakning av diverse storheter i processen via alla maskinens sensorer. Vi slipper t.ex. dämpningen från växellådor och remdrifter som annars genast påverkar driften. Tack vare den integrerade mjukvaran i ServoOne kan vi kompensara för mätvärden med störningar från antingen givare eller motorer. I denna applikation lades extra stor fokus på en högkvalitativ signalbearbetning tack vare den höga upplösningen och därmed kunde man minimera skakningar och ryck.
 
ServoOne Drivsystem

Korrigering av systematiskt enkoderfel GPOC

GPOC Gain Phase Offset Correction
GPOC är LTi DRiVES patenterade kompensation för systematiska enkoderfel
Viktigt för regleringens kavlité hos en direktdrift är allt som oftast interpolationen av positionen och därav även hastigheten. ServoOne har integrerat en signalkorrigering för systematiska fel hos enkodern som kallas GPOC (Gain, Phase, Offset Correction). Denna oberserverare funktion korrigerar signalen utan några fasfördröjningar. Då direktdrifter är reltivt styft kopplat till mekaniken så räcker ofta modellen av mekaniken så pass bra att endast lastens massa måste noteras. Alternativt kan man internt i ServoOne via en observerare utvärdera ytterliggare givare av accelerationerna.

Optimering av synkroniserad drift

För att förbättra motorernas synkrona drifter kan man i ServoOne reducera spikar eller icke sinusformiga dippar i effekterna. Dessutom modellerar ServoOne upp motorn inverterat där man beroende på kraft och position räknar fram erforderlig ström som på så sätt kan kompenseras för. Hos linjärmotorer ter sig dessa effektförluster inte periodiskt och därför är det extra viktigt att kunna identifiera hela körsträckan och kompensera för förlusterna. Adaptiva dämpningsfunktioner är naturligtvis också integrerat i ServoOne och för att kunna konfigurera alla dessa funktioner så finns det analys-assistenter som identifierera mekaniken och sensoriken åt oss.
 
Multiaxismoduler

Extra service- och diagnosmöjligheter

hmi panel andronic
Styrsystemet Andronic kombinerar ett flertal gränssnitt mot operatören med både touchpanel keyboard och mus
Överföring av IP-protokoll i SERCOS II icke realtidsmässiga kanal NRT ger oss möjlighet att överföra mycket mer diagnos och service data. Utöver konfiguration av drivsystem och visualisering är naturligtvis reglerolptimeringen en av nyckelfunktionerna. Förstärkning, skalningsfaktorer, filter och filtertider kan under drift eller vid service anpassas helt adaptivt för bästa möjliga resultat. Online-Adaptation är en finess i Diagnos verktyget som via NRT-kanalen optimerar maskinen under drift.