Performance Vergleiche mit Triamec's neuesten Drives

Es ist die Leidenschaft des Triamec Teams, mit hervorragenden Servo-Drives Spitzenmaschinen möglich zu machen oder existierende Maschinen auf Spitzenleistung zu trimmen. In Zusammenarbeit mit Kunden und Forschungsinstituten suchen wir über Jahre immer wieder die technologische Herausforderung, den noch besseren Drive. Unsere Kunden machen damit bessere Maschinen - oder sie machen Maschinen besser, mit unserer Unterstützung oft in wenigen Wochen. Hier erfahren Sie mehr über was möglich ist und was schon gemacht wurde.

 

Seit 2010 Referenz am Fraunhofer IPT

Von 2010-14 führte Dipl.-Ing. Dominik Lindemann unter Prof. Dr.-Ing. Christian Brecher am Fraunhofer IPT in Aachen unabhängige Vergleiche von Steuerungs- und Drive-Systemen für die Ultrapräzisionsbearbeitung durch.

Darin bewährten sich Triamec's TS151, TS351 und TSP700 so gut, dass der TSP700 als Referenz-Drive für die Vergleichsmessungen im Projekt verwendet wurde. Ausschlaggebend für diese Wahl waren einerseits die hervorragenden Leistungen von Triamec's 100kHz Regelung und andererseits die Möglichkeit, die Encoder Werte in unerreichter Präzision im 100kHz Takt auszulesen und grafisch darzustellen.

Damals waren nm-Schritte bereits sichtbar, (roter Graph).

Neue Generation steht 2x so still

Seit 2015 bringt Triamec eine neue EtherCAT kompatible Drive Generation mit 1-36kW auf den Markt. Insgesamt sind fünf 2-Achs-Drive Modelle (TSD Serie) und sechs 1-Achs-Drive Modelle mit integriertem Netzteil (TSP Serie) geplant. Bis heute wurden sukzessive die ersten vier Modelle der TSD Serie und der TSP700-10 eingeführt.

Dank noch einmal verbesserter Strom- und Positionsmessung werden mit der neuen Generation echte nm Schritte möglich: auf dem IST Teststand mit einer luftgelagerten Achse mit Linearmotor und 250nm Encoder, der schon für die früheren Messungen verwendet wurde, erreicht der TSD80-2 ein 1σ Stillstandsrauschen von 140pm. Dies bei einer Messbandbreite von 17.4kHz (blauer Graph).

Zum Vergleich: 140pm ist der Durchmesser eines Aluminiumatoms. Zur Bestätigung der IPT Resultate hat Triamec im Dezember 2020 den TS151 und den TSD80-10 im eigenen Labor auf einer kreuzrollengelagerten Werkzeugmaschinenachse mit 2μm Maßstab und Linearmotor verglichen. Dabei erreichte der TS151 ein 1σ Stillstandsrauschen von 445pm. Der TSD80-10 erreichte mit 182pm einen mehr als zweimal so guten Wert.

2-6x bessere Bahntreue

Stillstandsrauschen ist eine Kenngrösse für die Güte der Signalverarbeitung und Regelung des Drives. Für Werkzeugmaschinen ebenso wichtig ist das dynamische Verhalten: wie präzise kann der Drive einer Bahn folgen, wie regelt er Beschleunigungen und Ruck so, dass keine Resonanzen angeregt werden, wie reagiert er auf Störungen?

Um den Fortschritt in diesem Bereich zu messen und zu illustrieren, haben wir den TS151 und den TSD80-10 auf einer Fast-Tool-Servo Anwendung verglichen (farbiger Graph). Freiformflächen mit Amplituden bis zu ±0.5mm werden mit 1000 Umdrehungen pro Minute gedreht. Dabei treten Beschleunigungen bis 100m/s2 auf. Der Positionsfehler bezieht sich auf die Abweichung zwischen Sollposition und Istposition gemessen am Encoder. TAMA Programme in C# wurden für die Vorsteuerung der Achsdynamik verwendet. Beim TSD80 können dank des leistungsfähigeren Echtzeitprozessors zusätzliche Adaptionsalgorithmen verwendet werden. Die peak-to-peak Abweichung war beim TS151 ±600nm. Beim TSD80-10 war sie noch ±100nm.

Resultate auf Kundenmaschinen

Im Dezember 2020 verglich ein Kunde auf seiner Maschine den TSD80 mit dem bisher eingesetzten Ultrapräzisions-Drive eines Mitbewerbers. Mit beiden Systemen war Stillstandsrauschen unter 100nm 1σ möglich. Für Stromstärken bis 5A hatte der Triamec Drive das geringste Rauschen, bei 15A war der Mitbewerber möglicherweise besser. Die kleinere Messbandbreite des Mitbewerbers hat einen wichtigen Einfluss auf die Messungen, wie man am roten (1kHz Messbandbreite) und am blauen (20kHz Messbandbreite) Graph erkennt. Dies macht einen direkten Vergleich schwierig. Der Versuch, mit einem Encoder Splitter einen solchen durchzuführen, war noch nicht erfolgreich. Der Triamec Drive ist bei dynamischen Bewegungen überlegen, mit schnellerem move-and-settle und besserer Bahntreue. Bei 300mm/s Verfahrgeschwindigkeit war der Positionsfehler des Mitbewerbers bei 1.36μm peak-to-peak. Der Positionsfehler des TSD80-10 war um eine Grössenordnung kleiner mit 0.17μm peak-to-peak. Vom Preis her sind die beiden Lösungen vergleichbar. Die Inbetriebnahme und Optimierung der Achse und die Messungen dauerten 3 Tage. Die bessere Regelung wird von Kunden auch ganz intuitiv wahrgenommen: Mit den 100kHz Triamec Drives verfährt die Maschine deutlich leiser als mit Drives mit tieferen Regelfrequenzen.

Im November 2020 hat ein anderer Kunde, der mit einem anderen Mitbewerber arbeitete, die Positionsabweichung seiner Maschine (3σ) von 20nm auf 9nm halbiert, nur durch Austauschen der Servo-Drives.

Eine steifere Regelung ist oft der günstigste und schnellste Weg zu mehr Präzision. Möchten Sie wissen, was Sie mit Triamec's 100kHz Servo-Drives aus Ihrer Maschine herausholen können? Wir können Sie so unterstützen, dass Sie innert wenigen Wochen aussagekräftige Resultate haben. Nehmen Sie Kontakt auf!

 

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