Ausgangssituation und Aufgabenstellung

Im Jahr 2001 hat das ILV (Ingenieurbüro für Lasertechnik und Verschleißschutz) aus Schwalbach ein hochwertiges DC-Scannersystem für die Laserschweißtechnik entwickelt. Dieser neuartige Scanner zum nachträglichen Einbau in handelsübliche Off-Axis-Bearbeitungsoptiken mit Parabolspiegel sollte mit seiner Spiegeleinheit den 90° Umlenkspiegel der Schweißoptik des Lasers ersetzten, so daß der Scannerspiegel im abgeschalteten Zustand wie ein Umlenkspiegel verwendet werden kann und für den normalen Schweißbetrieb nicht ausgebaut werden muß.

Für dieses Scannersystem wurde eine professionelle Steuereinheit für raue Industrieumgebungen benötigt, die in der Lage war, die Spiegeleinheit zu steuern und zu überwachen. Ferner sollte die Anbindung an eine SPS möglich sein, um die Steuerung auch in Komplettanlagen mit übergeordneter Steuerung einsetzen zu können. Das System sollte außerdem über eine weitere nach außen geführte Leistungssteuerung verfügen, mit welcher der Anwender die Möglichkeit hat, Kurvenverläufe individuell zu gestalten, speichern und aufzurufen.

Die Firma NOFFZ wurde damit beauftragt, ein Gesamtkonzept für die benötigte Hard- sowie Software zu erstellen, dies in einem ersten Prototyp umzusetzen und das Endprodukt nach ausgiebiger Erprobung als Kleinserie zu fertigen.

Umsetzung und Herausforderung

Die beiden zentralen Aufgaben „Steuerung Spiegeleinheit“ und “externe Leistungssteuerung“ wurden durch zwei separate Mikrocontroller realisiert.

Der erste Mikrocontroller übernimmt alle Aufgaben, die mit der Überwachung und Steuerung der Spiegeleinheit im Zusammenhang stehen. Er wertet die Signale der im Scanner integrierten Temperatursensoren für die Spiegel- und die Motortemperatur aus, registriert über einen Sensor einen Bruch der Spiegelfeder und gibt das Signal zur Kontrolle der Spiegelbewegung aus.

Der Scannerspiegel schwingt, angetrieben durch einen AC-Motor, mit einer zuvor definierten Frequenz sowie der zur Schweißanwendung passenden Amplitudenhöhe. Das Steuersignal für den Motor ist zumeist ein Sinus, möglich ist aber auch ein Dreieck- Sägezahn- oder Impulssignal. Der mögliche Frequenzbereich liegt zwischen 3 und 1000Hz. Diese Frequenz bestimmt unmittelbar die Schwingung des in den Scanner integrierten Spiegels. Das Signal kann promillegenau justiert werden und mit einem internen oder externen Offset von maximal +/- 50% versehen werden.

Ein zweiter Mikrokontroller übernimmt die externe Leistungssteuerung. Diese ermöglicht ein zusätzliches Signal, welches durch den Anwender über 32 Punkte bis 50Hz oder 16 Punkte bis 1000Hz frei parametrierbar ist.

Für die Benutzersteuerung verfügt das System über 2 LC-Displays, die die Betriebsparameter und die Menüsteuerung darstellen, über 4 Status-LEDs zur Anzeige der Betriebsbereitschaft und möglicher Fehler sowie über eine Matrixtastatur zur Eingabe.

Ein an der Steuerung vorhandener D-Sub 25 Anschluss ermöglicht die Anbindung der Steuereinheit an ein Remote-System, z.B. eine SPS.

Die gesamte Elektronik ist in ein 19“ industrietaugliches Gehäuse integriert, welches den gängigen Standards entspricht.

Fazit

Seit dem erfolgreichen Abschluß der Produktentwicklung werden die Steuereinheiten für den DC-Scanner als Kleinserie im Hause NOFFZ gefertigt.

Die im Jahre 2001 entwickelte Steuereinheit wird kontinuierlich weiterentwickelt und dem jeweiligen Stand der Technik angepasst. Bei der aktuellen Fertigungsserie handelt es sich um die 3. Generation, was den Erfolg des Produktes wiederspiegelt.