Dobór odpowiedniego systemu sterowania dla wycinarki laserowej jest równie istotny jak wybór samej maszyny. Jednak nie zawsze było to tak oczywiste. Przez wiele lat popełniano błąd używając do laserów światłowodowych systemów sterowania pochodzących z maszyn skrawających, które poruszają się nieporównywalnie wolniej niż lasery, a w szczególności te światłowodowe. Taki stan rzeczy trwał do momentu kiedy zauważono, że lasery wyposażone w źródła fiber mogą co prawda osiągać pięciokrotnie większe prędkości cięcia w stosunku do laserów CO2, ale w rzeczywistości wydajność produkcji często wzrastała tylko o 30%. Było to spowodowane sposobem działania systemów sterowania (stworzonych w latach 50. ubiegłego wieku) polegającym na sterowaniu prędkością serwonapędu na podstawie jego spóźnienia za pozycją zadaną interpolatora. Interpolator jest to część systemu sterowania, która na podstawie zadanego kształtu do wycięcia wskazuje miejsce w którym powinna znaleźć się w danym momencie głowica tnąca. Różnica pomiędzy pozycją zadaną z interpolatora i aktualną pozycją głowicy to uchyb pozycji. Wartość uchybu po przeskalowaniu staje się wartością prędkości zadaną dla serwonapędów poruszających głowicę. Wynika z tego, że im większa prędkość ruchu tym pojawia się większy uchyb pozycji i coraz gorsza dokładność odwzorowania kształtów zadanych do wycięcia. Taki sposób sterowania pozwala na wycinanie albo szybkie albo dokładne. O ile przy stosunkowo wolnych obrabiarkach skrawających taka ułomność sterowania nie wpływa znacząco na ograniczenia parametrów obróbki to przy cięciu laserem fiber skomplikowanych elementów, narożników czy otworów, błędy odwzorowania kształtu mogą osiągać wartości nawet kilku milimetrów. Dlatego producenci laserów wyposażonych w takie systemy sterowania zmuszeni są do znacznego spowalniania ruchu maszyny w celu minimalizacji tych deformacji. Niestety znacznie ogranicza to dynamikę pracy maszyny, a co za tym idzie jej wydajność. Taki sposób sterowania wynikał z ograniczeń technologii mikroprocesorowej w latach 50. i aby w ogóle można było wówczas stworzyć taki system trzeba było zgodzić się na wiele kompromisów. W kolejnych latach technika mikroprocesorowa rozwijała się z szybkim tempie ale konserwatywne podejście producentów systemów sterowania CNC spowodowało, że do dziś działają one w oparciu o tą samą technologie co 50 lat temu.
Rozwój techniki mikroprocesowej
W 1999 r. firma KIMLA chcąc wyjść poza utarte schematy działania sterowników CNC opracowała i wdrożyła koncepcję bezuchybowego systemu sterowania opartego o dostępne już wówczas szybkie procesory DSP. Koncepcja polegała na tym że wszystkie pętle regulacji znajdowały się w napędzie, a nie były rozproszone pomiędzy sterownikiem CNC a serwonapędem. W starszych rozwiązaniach interpolator zadawał wyłącznie pozycję, a rozwiązanie Kimla zakładało jednoczesne wysyłanie pozycji, prędkości i przyspieszenia co pozwoliło na uzyskanie niemalże zerowego uchybu niezależnie od prędkości. Ponadto klasyczne systemy z regulatorami rozproszonymi działają z częstotliwością do 2kHz co oznacza, że pozycja serwonapędu korygowana jest 2000 razy na sekundę. Dla stosunkowo wolnych maszyn skrawających jest to w zupełności wystarczające ale dla nowoczesnych laserów światłowodowych, które mogą wycinać z prędkościami ponad 1m/s poprawka realizowana jest tylko co 0,5 mm co jest wartością dalece niewystarczającą. Firma KIMLA dzięki realizacji wszystkich regulatorów w serwonapędzie uniknęła konieczności powolnej dwukierunkowej wymiany danych pomiędzy serwonapędem i interpolatorem dzięki czemu stało się możliwe zwiększenie częstotliwości. regulacji do 20kHz co pozwoliło na precyzyjną kontrolę pozycji nawet przy bardzo dużych prędkościach.
G-kod
Pozostał jeszcze jeden problem do rozwiązania. Ścieżka narzędzia po której ma poruszać się głowica zapisywana jest w postaci współrzędnych do których kolejno ma dojechać głowica w celu wycięcia zadanego kształtu. Format ten nazwano G-kodem i jest to po dzień dzisiejszy standardowy język zapisu danych dla maszyn CNC opracowany jeszcze do pracy z taśmą perforowaną. Jest to stosunkowo prymitywny zapis, który skomplikowane kształty przechowuje w postaci polilinii, czyli krzywej łamanej składającej się czasami z dziesiątek tysięcy krótkich odcinków tworzących zadany kształt. Przy laserach światłowodowych i dużych prędkościach roboczych często zdarza się że odcinki polilinii są tak krótkie, że system nie jest w stanie przetworzyć poszczególnych komend na tyle szybko aby zapewnić płynność ruchu. Maszyna drży, szarpie i niepotrzebnie zwalnia, a konsekwencją jest dalsze ograniczenie wydajności i pogorszenie jakości cięcia. Również w tym przypadku firma KIMLA wyszła naprzeciw potrzebom rynku i opracowała unikalny sposób przetwarzania danych wektorowych przez system CNC. Ścieżka narzędzia po której porusza się maszyna może przybierać różne kształt w tym takie, na których maszyna musi płynnie dostosowywać posuw do kształtu wycinanego detalu. Większość systemów kontroluje w takim przypadku prędkość na podstawie kątów pomiędzy poszczególnymi odcinkami skokowo zmieniając prędkość zadaną. KIMLA zamiast analizować kąty pomiędzy poszczególnymi odcinakami przyjęła koncepcję wyliczania przyspieszeń odśrodkowych na bazie kształtów po których porusza się maszyna. Takie podejście pozwoliło na znacznie precyzyjniejsze obliczenie prędkości z jaką maszyna może poruszać się po danej ścieżce, a ponadto dzięki grupowemu przetwarzaniu danych znacznie zwiększono przepustowość systemu. Technologię tą opatentowano pod nazwą „Dynamiczna analiza wektorów™”.
