Ronald Hotter, Wieser Automation, sieht einen wachsenden Bedarf an 3D-Lasermaschinen. Für die präzisen und schnellen Bewegungen setzt er auf PC-basierte Automatisierung.

Ronald Hotter, Wieser Automation, sieht einen wachsenden Bedarf an 3D-Lasermaschinen. Für die präzisen und schnellen Bewegungen setzt er auf PC-basierte Automatisierung. Beckhoff

Immer wieder erreichten Ronald Hotter, Verkaufsleiter bei Wieser Automation, Anfragen nach Laserbearbeitungsmaschinen: „Es gibt einen eindeutigen Trend in Richtung Laserbearbeitung, das heißt Laserbeschriften, -schweißen oder -schneiden.“ Bei Nicht-Metallen – also Kunststoffe, faserverstärkte Kunststoffe, Leder oder Holz – gab es bis dato allerdings nur ein geringes Angebot. „Und diese Marktlücke schließt unsere Laserbearbeitungsmaschine W:Laser,“ betont Hotter. Konzipiert als Standardmaschine lassen sich bei ihr dennoch viele Prozesse kundenspezifisch gestalten, zum Beispiel der Ein- und Austransport der zu bearbeitenden Teile, der für den zu bearbeitenden Werkstoff geeignete Laser-Typ sowie hinsichtlich ihrer Ausführung als Inline- oder dezentrale Anlage.

Der Startschuss zum anspruchsvollen Projekt ‚Laserbearbeitung‘ fiel vor rund zwei Jahren – und gleichzeitig begann die Suche nach passenden Zulieferern. Keine einfache Sache, da sich bei der Laserbearbeitung die einzelnen Maschinenelemente mit hoher Geschwindigkeit und Präzision bewegen. Dieses Tempo muss einerseits über eine stabile Mechanik und andererseits über eine spezifische Software realisiert werden. Im Bereich der Automatisierungstechnik fand Wieser in Beckhoff den Systemlieferanten für die Steuerungs- und Antriebstechnik. Dazu Hotter: „Mit dem Einsatz der Automatisierungs-Software Twincat profitierten wir von einer einfachen Programmierung und Bedienung, einer kurzen Einarbeitungszeit sowie ­einer raschen Inbetriebnahme.“

Twincat CNC erfüllt die Anforderungen der Lasermaschine hinsichtlich der vielschichtigen Bewegungen und der Fünf-Achs-Kinematik. Die Toolbox stellt komplette CNC-Funktionen als Software-­Lösung bereit. Deren Grundlage bildet eine ständig weiterentwickelte PC-Plattform in Verbindung mit dem Twincat-Real-Time-Kernel. Schließlich erfordern gerade komplexe Maschinen-Kinematiken mit schwierigen Bearbeitungsaufgaben Echtzeit-Transformationen in der CNC, um eine einfache und flexible Bedie­nung und Programmierung zu gewähr­leisten. Bei Twincat CNC lassen sich mehrere Koordinatensysteme innerhalb der Bearbeitung definieren oder auto­matisch Ausgleichsbewegungen von Rundachsen erzeugen. Ein klassischer Anwendungsfall hierfür ist die Fünf-Achs-Bearbeitung, wie bei der 3D-­Maschine von Wieser Automation.

Control Panel und Embedded-PC sowie die zugehörige I/O-Ebene lassen sich gemeinsam direkt im Gehäuse des Bedienterminals unterbringen.

Control Panel und Embedded-PC sowie die zugehörige I/O-Ebene lassen sich gemeinsam direkt im Gehäuse des Bedienterminals unterbringen. Beckhoff

Ebenfalls wesentlich für den Salzburger Maschinenbauer: Unterschiedliche I/O-Baugruppen können über alle gängigen Feldbussysteme angeschlossen werden. Dies ist umso wichtiger, da die Laser­quelle als Zukaufteil über einen der Feldbus-Systeme gesteuert wird. Da Wieser Automation den Laser abhängig von der spezifischen Kundenapplikation auswählt, ist die Offenheit zur I/O-Peripherie hin ein ausschlaggebendes Kriterium.

Offene Kommunikation ist das A und O

In der Bearbeitungsmaschine kommt standardmäßig Ethercat als Feldbus für die I/O-Kommunikation zum Einsatz. Ronald Hotter betont vor allem die Offenheit des Protokolls: „Wir übertragen nicht nur viele Daten in kurzer Zeit. ­Zudem muss sich die Maschine reibungslos in die Produktion beim Endanwender einfügen.“ Besonders wichtig ist ihm die Offenheit insbesondere gegenüber Profibus, da viele der Laser-Lieferanten diesen Feldbus unterstützen.

Die Einbindung erfolgt über die Master-/Slave-Klemme EL 6731, die das Profibus-Protokoll und dessen Features beherrscht sowie im Ethercat-Klemmenverbund die Integration beliebiger Profibus-Geräte ermög­licht. Für die Sicherheitsfunktionen wie die Antriebs- und Schutztür-Überwachung sorgt die Twinsafe-PLC EL6900 in Verbindung mit den Twinsafe-Klemmen EL1904 und EL2904 im Schaltschrank und zwei, in der Anlage verteilten Twin­safe-Box-Modulen EP1908. Ergänzend zu den sicherheitsrelevanten Daten werden zahlreiche analoge und digitale Standardsignale über Ethercat-Klemmen im Schaltschrank sowie über die IP67-Box-Module EP2338 und EP3184 erfasst.

„Wir waren bei unserer Entwicklung unab­hängig von den Pflichtenheften unserer Auftraggeber und konnten uns frei für ein Feldbussystem entscheiden, das uns maximale Flexibilität gewährleistet“, so Hotter.

Die fünf Servoverstärker (unten) belegen wie die Ethercat-Klemmen (links oben) nur wenig Platz im Schaltschrank.

Die fünf Servoverstärker (unten) belegen wie die Ethercat-Klemmen (links oben) nur wenig Platz im Schaltschrank. Beckhoff

Dynamische Antriebe als integraler ­Bestandteil

Neben den Einzelkomponenten sichert vor allem das effiziente Zusammenspiel von Twincat und Ethercat die schnelle und flexible Produktion mit der Laser­maschine. Die Deterministik mit geringen Zykluszeiten sowie die präzise Steuerung der Antriebstechnik sind nur einige Vorteile „Wir setzen bei der Laserbearbeitungsmaschine nicht auf einen Roboter, sondern auf einen Antrieb mit drei Linear- und optional zwei rotatorischen Achsen, die wir exakt und schnell steuern müssen.“ Ziel ist, vorwiegend diese 3D-Maschinen auch für komplizierte Bauteilstrukturen zu fertigen.

Ergänzend zu Twincat CNC ist hier Twincat Kinematic Transformation das Mittel der Wahl. Damit lassen sich verschiedene Kinematiken realisieren. Die Programmierung der Bewegung erfolgt in kartesischen Koordinaten entweder mit DIN-66025-Befehlen oder mit den PLCopen-konformen Bausteinen der SPS. Eine integrierte Dynamikvorsteuerung sorgt auch bei hohen Beschleunigungen und Geschwin­digkeiten für präzise Bewegungen. Verantwortlich dafür ist die eingesetzte Servo-Verstärker-Baureihe AX5000 mit Ethercat-Systemkommunikation. Hinzu kommen Servomotoren AM8000 mit One Cable Technology (OCT), bei der die Standard-Motorleitung sowohl die Leistung als auch das Motor-Feedback-System zusammenfasst.

Den Kern der Steuerungstechnik bildet ein Embedded-PC CX2030, mit Intel Core i7 CPU (Dual-Core) und 1,5 GHz Taktfrequenz. Bedient wird die Laserbearbeitungsmaschine über ein Multitouch-Einbau-Control-Panel mit 15,6″-Diagonale, das per DVI/USB-Extended an den Embedded-PC angebunden ist.

Dienstleistungsangebote als Entscheidungskriterium

Für den Praxistest steht bei Wieser Automation eine Lasermaschine zur Verfügung, auf der sich die Bearbeitbarkeit ­aller Materialien testen und bewerten lässt. Auf Wunsch sind zusätzliche Dienstleistungsangebote erhältlich, etwa Prozessablauf-Animationen, Training, Produktionssupport und Prozessoptimierung sowie Serviceeinsätze. Laut Vertriebsleiter Ronald Hotter sind dies genau die Leistungen, die die Salzburger auch selbst gerne in Anspruch nehmen, wenn neue Projekte ins Haus stehen: „Im Fall der Laserbearbeitungsmaschine haben wir von Anfang an eng mit den Experten unserer Zulieferer zusammengearbeitet. Gerade bei der aufwändigen Automatisierungstechnik hat es viele Gespräche mit Beckhoff gegeben. Auch heute greifen wir bei Bedarf gerne auf die Unterstützung vor Ort zurück.“

Hannover Messe 2015
Halle 9, Stand F06