Achsredundanz steigert Dynamik beim Laserstrahlschneiden

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Werkzeugmaschinenlabor WZL RWTH Aachen

Auf der Kreisbahn kompensiert das Scan-System die Differenz zwischen der Sollkontur und dem Kreisbogen. Am Ende des Kreisbogens beschleunigt das Achsportal wieder auf den Geradenvorschub und das Scan-System baut die Auslenkung des Laserbrennpunktes auf dieser Beschleunigungsstrecke wieder ab.

Effektiver Schnittvorschub beim Laserschneiden ermöglicht

Dieser Ablauf ermöglicht eine maximal-dynamische Auslastung des Achsportals und ein höherer effektiver Schnittvorschub kann sichergestellt werden. Die für den beschriebenen Ausgleichsvorgang erforderlichen Sollbahnen für das Achssystem in Abhängigkeit vom Eckwinkel zeigt Bild 4.

Die Simulation verdeutlicht: Je spitzer der Innenwinkel der Ecke sich gestaltet, umso größer ist die Ausgleichsbewegung des Scan-Systems. Damit erhöhen sich auch die dynamischen Anforderungen an das System. Für jeden der betrachteten Eckwinkel weist die Sollbahn des Scan-Systems einen starken Richtungswechsel auf, der ausgeprägter ist, als er für eine unverrundete Eckfahrt des Achsportals wäre.

Umsetzung der kombinierten Schnittbahnerzeugung wird geprüft

Mit diesen Ergebnissen stellt sich die Frage, inwiefern sich diese kombinierte Schnittbahnerzeugung mit realen Antrieben umsetzen lässt und welche Schnittgeschwindigkeiten möglich sind. Besonders im Bereich der maximalen Scanner-Auslenkung ist zu untersuchen, wie groß und welcher Art die Ist-Abweichungen vom Idealverlauf sein werden.

Um Antworten auf diese Fragen zu finden, wird am WZL ein Prüfstand entwickelt und aufgebaut, bei dem ein Kreuztisch aus zwei Lineardirektantrieben mit einem Scan-Kopf zusammenarbeiten wird. Der beschriebene Kompensationsansatz wird in die Steuerung implementiert, um die Funktionsfähigkeit zu verifizieren. Die Ergebnisse sollen erlauben, die Leistungsfähigkeit des Ansatzes durch einen Vergleich mit idealisierten Sollwertsimulationen zu bewerten.

Literatur

[1] Klinker, W: Präzise Strahlführung bei hoher Dynamik. Laser 2(2010), S. 28ff.

[2] N. N.: Fraunhofer-ILT: Präzision aus der Distanz. Laser 2(2010), S. 26.

Prof. Dr.-Ing. Christian Brecher ist Mitglied des Direktoriums des Werkzeugmaschinenlabors WZL der RWTH Aachen in 52074 Aachen. Dipl.-Ing. Dennis Do-Khac und Dipl.-Ing. Mirco Vitr sind wissenschaftliche Mitarbeiter am WZL. Die Autoren bedanken sich für die Förderung der Arbeiten mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (16IN0719).

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