實(shí)現(xiàn)精密激光加工應(yīng)用的運(yùn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)方案

▲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(guī)劃與圖形路徑規(guī)劃
通過Softmotion的算法，新一代運(yùn)動(dòng)控制卡可根據(jù)用戶所提供的圖形數(shù)據(jù)，自動(dòng)規(guī)劃出優(yōu)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。如此一來可減少不必要的重復(fù)，大大的提升產(chǎn)能。
利用Softmotion內(nèi)的前瞻規(guī)劃(LookAhead)功能，當(dāng)運(yùn)動(dòng)軌跡有較大角度的轉(zhuǎn)折時(shí)，Softmotion會(huì)自動(dòng)計(jì)算并提早降速，讓機(jī)構(gòu)可以順應(yīng)平滑的速度，平順的完成軌跡的移動(dòng)。
如此復(fù)雜功能的實(shí)現(xiàn)， 用戶僅需要輸入3個(gè)系統(tǒng)參數(shù)，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Softmotion的內(nèi)部規(guī)劃，即可達(dá)成復(fù)雜圖形的軌跡運(yùn)動(dòng)。

▲圖十一 LookAhead function

▲圖十二 MotionCreatorPro 2 速度規(guī)劃設(shè)定

實(shí)證績(jī)效
通過以上幾點(diǎn)新功能與新技術(shù)的研發(fā)，證明凌華科技新一代的運(yùn)動(dòng)控制卡在激光切割效果上有很好的表現(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內(nèi)。

表一為實(shí)際測(cè)試設(shè)備規(guī)格如下，機(jī)構(gòu)部分采用伺服馬達(dá)(Servo Motor)及滾珠導(dǎo)螺桿(Ball Screw)，最大運(yùn)動(dòng)速度為800 (mm/s)。經(jīng)過凌華科技Easy-Tuning軟件調(diào)試后，取得優(yōu)化閉回路PID參數(shù)，使得整體機(jī)臺(tái)的控制表現(xiàn)在±2誤差單位 (在此物理量為5um)。

因加工是由4,500個(gè)小線段所組成的圖形(如圖十三)，并特別取得四個(gè)彎角段及四段長(zhǎng)直線段的誤差數(shù)據(jù)（如表二），而整體激光加工的彎角軌跡誤差小于2.2um，長(zhǎng)直線端的軌跡誤差更小于0.5um。

通過以下區(qū)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抖動(dòng)。 也由此可左證凌華科技新一代的運(yùn)動(dòng)控制卡不僅能實(shí)現(xiàn)一般多軸插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)在如激光切割等復(fù)雜的圖形加工。而板上所實(shí)現(xiàn)的實(shí)時(shí)激光強(qiáng)度與回饋速度追隨，更可有效節(jié)省系統(tǒng)CPU資源，并保證其加工效能。。

▼表一 Test Equipment Specification

▲ 圖十三 Easy tuning tools

▼表二 Trajectory Tolerance

凌華科技高端運(yùn)動(dòng)控制卡PCI-8254/8258，具備高性能的運(yùn)動(dòng)控制表現(xiàn)，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(yùn)動(dòng)指令。通過硬件實(shí)現(xiàn)閉回路PID含前饋增益控制，伺服更新率可高達(dá)20kHz。通過程序下載，最高可同步實(shí)時(shí)執(zhí)行八種獨(dú)立任務(wù)。 凌華科技免費(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)，以及用戶診斷及操作接口，可實(shí)現(xiàn)高速度、高精度的運(yùn)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發(fā)的時(shí)間，并提供卓越的同步運(yùn)動(dòng)控制性能，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。

總結(jié)
激光加工產(chǎn)業(yè)在未來將與人們的生活更為接近，如汽車鈑金、手機(jī)及電視面板與外殼，甚至是醫(yī)療相關(guān)的假牙成型及人體有關(guān)的醫(yī)療激光等應(yīng)用。激光加工的高效率也更能符合節(jié)能減排的要求。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。以大中華地區(qū)而言，超過200家不同的激光設(shè)備廠商也爭(zhēng)相搶食市場(chǎng)大餅，但在面對(duì)歐美高端設(shè)備時(shí)，軟件實(shí)力的整合，將左右這些廠商的市場(chǎng)地位，提升加工質(zhì)量爭(zhēng)取更高的設(shè)備毛利率。凌華科技憑借超過10年運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，以及與廠商多年的應(yīng)用合作經(jīng)驗(yàn)，成功開發(fā)出同步性運(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，使得用戶可以自行規(guī)劃CAM的路徑，但不需要擔(dān)心復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算，以達(dá)到同中求異的市場(chǎng)加值成效。未來加工路徑也將由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，并會(huì)有更佳的加工表面工藝。