實(shí)現精密激光加工應用的運動(dòng)控制設計方案
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▲圖九 最佳的跟隨能力，紫色為追隨誤差
▲圖十 Easy tuning tools
自動(dòng)速度規劃與圖形路徑規劃
通過(guò)Softmotion的算法，新一代運動(dòng)控制卡可根據用戶(hù)所提供的圖形數據，自動(dòng)規劃出優(yōu)化圖形路徑規劃，以縮短不必要的路徑并提升切割速度與平滑度。如此一來(lái)可減少不必要的重復，大大的提升產(chǎn)能。
利用Softmotion內的前瞻規劃(LookAhead)功能，當運動(dòng)軌跡有較大角度的轉折時(shí)，Softmotion會(huì )自動(dòng)計算并提早降速，讓機構可以順應平滑的速度，平順的完成軌跡的移動(dòng)。
如此復雜功能的實(shí)現， 用戶(hù)僅需要輸入3個(gè)系統參數，分別是「最大速 (Max. Velocity)」、「最大加速度 (Max. Acceleration)」以及「容許誤差量 (Tolerance)」(如圖十二)。通過(guò)Softmotion的內部規劃，即可達成復雜圖形的軌跡運動(dòng)。
▲圖十一 LookAhead function
▲圖十二 MotionCreatorPro 2 速度規劃設定
實(shí)證績(jì)效
通過(guò)以上幾點(diǎn)新功能與新技術(shù)的研發(fā)，證明凌華科技新一代的運動(dòng)控制卡在激光切割效果上有很好的表現，其速度規劃都讓機構有最佳的跟隨性，使得整體加工誤差被控制在極小范圍內。
表一為實(shí)際測試設備規格如下，機構部分采用伺服馬達(Servo Motor)及滾珠導螺桿(Ball Screw)，最大運動(dòng)速度為800 (mm/s)。經(jīng)過(guò)凌華科技Easy-Tuning軟件調試后，取得優(yōu)化閉回路PID參數，使得整體機臺的控制表現在±2誤差單位 (在此物理量為5um)。
因加工是由4,500個(gè)小線(xiàn)段所組成的圖形(如圖十三)，并特別取得四個(gè)彎角段及四段長(cháng)直線(xiàn)段的誤差數據（如表二），而整體激光加工的彎角軌跡誤差小于2.2um，長(cháng)直線(xiàn)端的軌跡誤差更小于0.5um。
通過(guò)以下區域放大圖片中，可清楚的看到激光能量是均勻地控制在一定范圍，并顯示實(shí)際加工軌跡是平滑無(wú)抖動(dòng)。 也由此可左證凌華科技新一代的運動(dòng)控制卡不僅能實(shí)現一般多軸插補運動(dòng)，同時(shí)可實(shí)現在如激光切割等復雜的圖形加工。而板上所實(shí)現的實(shí)時(shí)激光強度與回饋速度追隨，更可有效節省系統CPU資源，并保證其加工效能。。
▼表一 Test Equipment Specification
項目 | 規格 (單位) | 備注 |
加工尺寸 (Workspace) | 1 (m) x 0.8 (m) | Z方向可調焦距距離: 50 (mm) |
Laser Type | CO2 | PWM驅動(dòng)接口 |
驅動(dòng)機構類(lèi)型 | Servo motor + Ball Screw | |
Pitch | 20 (mm) | |
Encoder Resolution | 200K (Count / Rev) | |
最大速度 (Max. Velocity) | 800 (mm/s) |
▲ 圖十三 Easy tuning tools
▼表二 Trajectory Tolerance
Location | R1 | R2 | R3 | R4 | L |
Max Tolerance (um) | 1.8um | 2.1um | 2um | 2.2um | 0.5um |
凌華科技高端運動(dòng)控制卡PCI-8254/8258，具備高性能的運動(dòng)控制表現，采用最新的DSP與FPGA技術(shù)，可以提供高速、高性能的混合模擬與脈沖序列運動(dòng)指令。通過(guò)硬件實(shí)現閉回路PID含前饋增益控制，伺服更新率可高達20kHz。通過(guò)程序下載，最高可同步實(shí)時(shí)執行八種獨立任務(wù)。 凌華科技免費提供易于使用的應用工具，包含豐富的運動(dòng)控制應用函數，以及用戶(hù)診斷及操作接口，可實(shí)現高速度、高精度的運動(dòng)控制能力。借助凌華科技Softmotion技術(shù)，使用者大幅減少了開(kāi)發(fā)的時(shí)間，并提供卓越的同步運動(dòng)控制性能，可為機臺設備商使用者節省高達25%至50%的成本。
總結
激光加工產(chǎn)業(yè)在未來(lái)將與人們的生活更為接近，如汽車(chē)鈑金、手機及電視面板與外殼，甚至是醫療相關(guān)的假牙成型及人體有關(guān)的醫療激光等應用。激光加工的高效率也更能符合節能減排的要求。各國均已投入大量資源，以求在相關(guān)技術(shù)上有領(lǐng)先性的突破。以大中華地區而言，超過(guò)200家不同的激光設備廠(chǎng)商也爭相搶食市場(chǎng)大餅，但在面對歐美高端設備時(shí)，軟件實(shí)力的整合，將左右這些廠(chǎng)商的市場(chǎng)地位，提升加工質(zhì)量爭取更高的設備毛利率。凌華科技憑借超過(guò)10年運動(dòng)控制技術(shù)，以及與廠(chǎng)商多年的應用合作經(jīng)驗，成功開(kāi)發(fā)出同步性運動(dòng)與激光控制技術(shù)，將復雜的速度規劃及激光強度計算都置于運動(dòng)控制卡片上，使得用戶(hù)可以自行規劃CAM的路徑，但不需要擔心復雜的數學(xué)計算，以達到同中求異的市場(chǎng)加值成效。未來(lái)加工路徑也將由2D升級為3D制造，將執行如目前CNC工具機所做的加工應用，并會(huì )有更佳的加工表面工藝。
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