激光制造技術(shù)是結(jié)合光學(xué)、機(jī)械、電子電機(jī)、計(jì)算機(jī)等科學(xué)與技術(shù)整合成的一項(xiàng)新技術(shù)，已在現(xiàn)今被廣泛的應(yīng)用。全球激光材料加工領(lǐng)域中，近年以金屬加工的產(chǎn)值占多數(shù)，應(yīng)用端又以激光標(biāo)記與畫(huà)線等屬于表面處理占的最多為42%，激光切割與焊接分占第二大與第三大，合占整體材料加工應(yīng)用的34%，應(yīng)用于汽機(jī)車(chē)、航天、電子、機(jī)械、鋼鐵等金屬鈑金產(chǎn)業(yè)。
更實(shí)時(shí)呈現(xiàn)PWM控制能力
激光精密加工及切割已被應(yīng)用在太陽(yáng)能晶硅切割、手機(jī)面板切割、半導(dǎo)體晶圓切割、LaserCNC等精密加工。如何克服傳統(tǒng)切割上的精度與微米處理、輕易切割任何圖形并達(dá)到平滑、如何不受空間限制完成極微小的圖形等，都是未來(lái)運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品面臨的新挑戰(zhàn)。本文將近年來(lái)精密激光加工遭遇的挑戰(zhàn)一一列出。
挑戰(zhàn)一：激光切割精準(zhǔn)度不佳
激光功率調(diào)整大多都以頻率+占空比方式控制，在位移上控制需要實(shí)時(shí)與精準(zhǔn)的變換，不同的速度要有不同的功率，但在圖形切割時(shí)都會(huì)產(chǎn)生不同的速度。在速度急劇下降，激光功率來(lái)不及變換會(huì)導(dǎo)致有過(guò)融現(xiàn)象發(fā)生。又因激光控制大多以PWM方式控制，在固定速度表現(xiàn)較好，但速度提高，激光的頻率會(huì)有來(lái)不及出光問(wèn)題，則反應(yīng)于切割時(shí)會(huì)產(chǎn)生燒融均勻度不佳的情況發(fā)生。
挑戰(zhàn)二：運(yùn)動(dòng)軌跡在高精度不易達(dá)到
切割系統(tǒng)在移動(dòng)中都需要講究路徑的準(zhǔn)確性，如要能達(dá)到高精度的要求唯有使用CloseLoop(speed,torque)控制才可以達(dá)到要求。但CloseLoop控制需要經(jīng)過(guò)PID調(diào)整，才會(huì)有較佳的跟隨效果。然PID的調(diào)校往往需要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間，相當(dāng)費(fèi)時(shí)。
挑戰(zhàn)三：激光功率不易調(diào)整
目前切割的對(duì)象大多為多層材質(zhì)(太陽(yáng)能板、手機(jī)屏幕觸碰膜)，需要使用不同的功率進(jìn)行切割；但因市場(chǎng)上的激光專(zhuān)用控制器的激光調(diào)整(VAOTable)都只有一組，在切割的功率上不易切換與調(diào)整，導(dǎo)致只能將切割路徑依材質(zhì)層重復(fù)切割，因此將造成產(chǎn)能速度無(wú)法提升。
挑戰(zhàn)四：速度規(guī)劃曠日費(fèi)時(shí)
由于激光加工圖形復(fù)雜，簡(jiǎn)單的速度規(guī)劃已無(wú)法滿足加工切割結(jié)果，如手機(jī)觸控模切割，在大多狀況下是使用Spline曲線，或者是較長(zhǎng)的幾何線與弧線，如果無(wú)法精準(zhǔn)做速度控制會(huì)導(dǎo)致機(jī)構(gòu)加減速震動(dòng)或圖形嚴(yán)重變形(如過(guò)切與抖動(dòng))。綜合以上激光加工所遇到的瓶頸，新一代的運(yùn)動(dòng)控制卡應(yīng)提升以下優(yōu)勢(shì)因應(yīng)各種挑戰(zhàn)：
更實(shí)時(shí)呈現(xiàn)PWM控制能力
傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制卡的PWM控制均采用Duty單一控制方式，會(huì)面臨無(wú)法實(shí)時(shí)且穩(wěn)定控制PWM的時(shí)序。然為了因應(yīng)不同速度與不同圖形，新一代運(yùn)動(dòng)控制卡應(yīng)采用更多種控制方式，包含頻率調(diào)制(FrequencyModulation)、頻寬調(diào)制(dutyModulation)、混合調(diào)制(BlendModulation)，此控制方式乃由硬件控制來(lái)完成，此PWM能因各種切割速度下呈現(xiàn)出不同能量的表現(xiàn)，因此需建立一對(duì)應(yīng)的能量表，以防止發(fā)生“過(guò)融現(xiàn)象”，此能量控制就稱(chēng)VAO。
Multi-VAO方便動(dòng)態(tài)切換
PWM采用Multi-VAO方式方便因切割材質(zhì)的不同，到深淺切割效果，讓路徑切割可以一次完成，無(wú)須重復(fù)路徑再切割，可大幅縮短生產(chǎn)時(shí)間。
精確的運(yùn)動(dòng)軌跡跟隨與簡(jiǎn)易PID調(diào)教
新一代高級(jí)運(yùn)動(dòng)控制卡采用全閉回路Fullcloseloop方式控制，并達(dá)到更小的Errorcount誤差，在整體上相較一般控制卡有較高效能，跟隨能力誤差都相當(dāng)小。為了達(dá)到高精確的跟隨能力，需采用PID控制系統(tǒng)，但為了縮短PID調(diào)校時(shí)程，使用者可透過(guò)Easytuning的程序輔助，在短時(shí)間內(nèi)調(diào)出最佳PID參數(shù)設(shè)定，可大幅提升效能并簡(jiǎn)化操作性。
自動(dòng)速度規(guī)劃與圖形路徑規(guī)劃
透過(guò)Softmotion的算法，可根據(jù)使用者所提供的圖形數(shù)據(jù)，自動(dòng)規(guī)劃出最佳化圖形路徑規(guī)劃，以縮短不必要的路徑并提升切割速度與平滑度。如此可減少不必要的重工并大幅提升產(chǎn)能。
凌華科技針對(duì)以上幾點(diǎn)新功能與技術(shù)的研發(fā)，讓其新一代運(yùn)動(dòng)控制卡在激光切割效果上有較佳的表現(xiàn)，其速度規(guī)劃都讓機(jī)構(gòu)有最佳的跟隨性，使得整體加工誤差被控制在極小范圍。凌華的PCI-8254/8258控制卡具備高效能的運(yùn)動(dòng)控制表現(xiàn)，采用最新的DSP與FPGA技術(shù)，可提供高速、高性能的混合模擬與脈沖序列運(yùn)動(dòng)指令。而高效能運(yùn)動(dòng)控制表現(xiàn)，透過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)的閉回路PID含前饋增益控制，伺服更新率可高達(dá)20kHz。程序下載后則最高可同步實(shí)時(shí)執(zhí)行8種獨(dú)立任務(wù)。
凌華并免費(fèi)提供易于使用的應(yīng)用工具，包含豐富的運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用函數(shù)，及使用者診斷及操作接口，可實(shí)現(xiàn)更高速、高精度的運(yùn)動(dòng)控制能力。借助凌華Softmotion技術(shù)，使用者大幅減少了開(kāi)發(fā)的時(shí)間，可為機(jī)臺(tái)設(shè)備商使用者節(jié)省高達(dá)25%至50%的成本。
激光加工產(chǎn)業(yè)在未來(lái)舉凡于汽車(chē)鈑金、手機(jī)及電視面板及外殼，甚至是醫(yī)療相關(guān)的假牙成形及醫(yī)療激光等，都與未來(lái)生活密切相關(guān)，而其高效率也更能符合節(jié)能減碳的訴求。各國(guó)均已投入大量資源，以求在相關(guān)技術(shù)上有領(lǐng)先性的突破。在面對(duì)歐美高階設(shè)備時(shí)，其技術(shù)與軟硬整合將左右各廠商的市場(chǎng)地位。
凌華憑借超過(guò)10年運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)成功開(kāi)發(fā)高同步性運(yùn)動(dòng)與激光控制技術(shù)，將復(fù)雜的速度規(guī)劃及激光強(qiáng)度計(jì)算都置于運(yùn)動(dòng)控制卡片上，使用者可以自行規(guī)劃CAM的路徑，但不需要煩心復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，以達(dá)到同中求異的市場(chǎng)加值成效。未來(lái)加工路徑也將由2D升級(jí)為3D制造，將執(zhí)行如目前CNC工具機(jī)所做的加工應(yīng)用，但有更佳的加工表面工藝。
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