Lasermatic II — A new Developed Noncontact Capacitive Clearance Control System for Laser Cutting Machines

Abstract

In the laser cutting technology the cut quality depends among other things on the position of the laser focal point to the workpiece. To receive high-quality cuts without burr, it is necessary that the laser cutting head is positioned at an optimum clearance to the workpiece with a tolerance of not more than +−0,1mm.

LASERMATICII Is a completely new developed system which has been designed especially for the laser cutting technology. Thus the special requirements of this technology could be taken into consideration. The system consists of a laser cutting head, a SENSOR UNIT, a μC UNIT and a μC REMOTE CONTROL

The copper nozzle together with the workpiece forms a capacity which depends on the clearance. Via a coaxial cable this sensor is directly connected to the SENSOR UNIT which converts the measured capacitance to an analog voltage from 0 to 10 volts in a clearance range of 0 to 10mm. Because even changes down to 0,00001 pF can be detected by the SENSOR UNIT, the measured distance is very precise. In addition to the analog measurenent capabilities the SENSOR UNIT generates several digital signals which indicate faults. In the μC UNIT the analog measurement voltage is linearized and the control voltage for the motor drive is calculated. A serial interface enables the communication with a CNC, a PC or the μC REMOTE CONTROL

Sensor heads for different focal lengths and special slim shapes for use with 5-axes machines, as well as high dynamic motor drives complete the LASERMATIC II conception.

Zusammenfassung

In der Laserschneidtechnik hängt die Schnittqualität unter anderem unmittelbar von der Lage des Laserfokuspunktes zum Werkstück ab.

Um qualitativ hochwertige, gratfreie Schnitte zu erhalten, muB der Laserschneidkopf standig im optimalen Abstand mit einer Toleranz von nicht mehr als +- 0,1mm zum Werkstück positioniert werden. Dies erfordert eine genaue und schnelle Abstandsregelung.

LASERMATIC II ist ein vollig neuentwickeltes Sensorsystem, das speziell für die Laserschneidtechnik konzipiert wurde. Dadurch konnte den besonderen Anforderungen dieser Technologie Rechnung getragen werden. Das System besteht aus dem Laserschneidkopf, einer SENSOR UNIT, einer μC UNIT und einem μC HANDBEDIENGERÄT.

Die Kupferspitze des Laserschneidkopfes bildet mit dem Werkstück eine abstandsabhangige Kapazität und somit den Sensor. Dieser Sensor wird uber ein Koaxialkabel direkt mit der SENSOR UNIT verbunden, die die gemessene Kapazität in einem Abstandsbereich von 0 bis 10mm in eine analoge, nichtlineare Ausgangsspannung von 0 bis 10 Volt wandelt. Da die SENSOR UNIT selbst Kapazitätsanderungen im Bereich von 0,00001 pF noch erfassen kann, ist eine extrem genaue Abstandsmessung möglich. Neben der analogen Meßspannung generiert die SENSOR UNIT noch mehrere digitale Zusatzsignale, die Fehlerzustände anzeigen. In der nachfolgenden μC UNIT wird das analoge Meμsignal linearisiert und daraus die Regelspannung für den Stellantrieb errechnet. Eine zusatzliche serielle Schnittstelle ermöglicht die Kommunikation mit einer CNC, einem PC oder dem μC HANDBEDIENGERAT.

Sensorköpfe für verschiedene Brennweiten und sehr schlanke Ausführungen für 5-Achsanlagen. sowie schnelle Z-Achsantriebe runden das LASERMATIC II Konzept ab.