Aerotech 全新雷射触发控制技术– Part Speed PSO_切割_工艺咨询

作者：Aerotech INC.

译者：叶惟仁 (Aerotech Taiwan)

Part-Speed Position Synchronized Output (Part-Speed PSO) 是一种全新的雷射触发控制技术，相对于已经于雷射产业应用多年的位置同步输出技术，Part-Speed PSO 可以基于向量速度进行超低延迟时间, 高实时性, 高速度的位置同步输出．

延伸PSO 的控制技术

Aerotech的PSO运动控制技术已经在工业界与研究领域被大量应用到各种科技上，例如雷射切割，雷射钻孔，雷射微细加工，或者传感器数据撷取，甚至视觉影像撷取等．PSO主要被用于高重复频率的应用，并且需要有极低 (ns) 等级的延迟时间．事实上，PSO能够将制程与运动控制进行无缝整合，是Aerotech运动控制器在市场上极受欢迎的原因．

PSO通常需要直接取得最多至三轴的位置回馈信息 (编码器，或光学尺等)，以计算移动的向量距离．事实上，直接取得位置回馈确实有技术上的优点，但是有些应用难以做到这一点．由于计算PSO触发间距的方法使用的是向量和，传统的直角坐标系统X/Y/Z可以顺利使用PSO．但是传统而言，五轴系统或者并联式多轴系统，难以做到PSO的向量触发．

图一. 五轴系统范例

Part-Speed PSO让用户在位置回馈并非线性回馈，或者无法取得位置回馈的情况下，可以仍然使用PSO．使用Aerotech A3200 运动控制器的Part-Speed PSO，PSO输出可以基于＂功能机械＂相对于工件的速度命令．这个功能可以让PSO可以用于一些新的领域，例如：

1. 工件的空间坐标系与机台的移动轴坐标系不在相同的坐标系，通常原因在于：

· X/Y/Z位置命令使用动态坐标转换，例如(四轴系统, 五轴系统, 三轴雷射扫描头, 甚至史都华平台 (并联式六轴平台, Hexapods) 等等)

· 刀具垂直于工件加工使用旋转轴进行调整

· 使用非线性轴达成线性移动 (图三显示系统在Y方向运动是使用移动Y轴与旋转A轴达成)

图二. 并联式六轴平台范例(Hexapods)

图三本范例为一套五轴系统，使用这个架构，使用者在”工件坐标系＂进行X/Y/Z程序编辑，但运动控制命令最后下达的会多达五个真实轴（X/Y/Z/A/B），通常A/B轴被用于维持功能机械（刀具）与工件表面维持垂直．

2. 用于PSO硬件的编码器回馈无法取得，可能的原因包含：

· 与PSO硬件装置不兼容的讯号格式　（例如绝对式编码器或光学尺）

· 希望降低配线复杂度

如何进行Part-Speed PSO的程序开发？

以下范例使用三轴作为本范例架构：

· X与 Y轴为工件坐标系的虚拟轴

· ｘ为真实轴 (换而言之，实际上有硬件连接的移动平台

需要了解到的，是x可能并非唯一的真实轴有进行运动命令下达，然而，x轴是唯一一轴有实际上的PSO硬件输出与配线．要达到Part-Speed PSO，主要靠的是延伸目前已经存在的A3200 指令使用：

1. PULSE SET OUTPUT 在新的软件已经可以产生一组＂内部＂讯号，可以被设定为PSO的＂输入＂

2. The PSOTRACK INPUT 指令与PSOWINDOW INPUT 指令可被设定为PULSE输出

PULSE SET OUTPUT指令是为了建立哪一个轴用来产生＂被追踪＂的速度命令，其被用于计算向量和．在这个范例程序中，A3200追踪了虚拟轴X与 Y轴，而PULSE SET OUTPUT指令，被用来判断哪一个驱动器会收到这个速度命令，在这个范例中，该驱动器为真实轴”x”轴．真实轴”x”轴将会收到所有的PSO指令，包含PSOTRACK INPUT指令．

设定Part-Speed PSO的范例程序

PULSESET X Y OUTPUT x

PSOCONTROL x RESET

PSOTRACK x INPUT 14

PSODISTANCE x FIXEDABS(UNITSTOCOUNTS (X, .5))

PSOPULSE x TIME 15, 14

PSOOUTPUT x PULSE

PSOOUTPUT x CONTROL 0 1

PSOCONTROL x ARM

In another recent Aerotech white paper, Customized Relationships and Coordinated Motion with AXISSTATUSFAST,

在另一篇最近的Aerotech 技术文章（Customized Relationships and Coordinated Motion with AXISSTATUSFAST），其讨论到用户如何设定进阶的动态坐标转换．虽然在本文章并非完整讨论此议题，但通常该功能＂动态坐标转换＂会在另外一个程序Task下运行，而Part-Speed PSO结合动态坐标转换，可以将这个最新的运动控制技术发挥出来．

由于程序内使用虚拟轴做撰写，并且使用虚拟轴的速度命令，作为PSOTRACK INPUT的速度命令，一组独立的动态坐标转换程序指令，就可以基于工作位置，有效的移动＂真实轴＂，并且以空间中该位置进行PSO输出．

总结

Aerotech 在工业雷射加工大量被运用的PSO功能，在过去必须要取得编码器信息，或者必须要受限于轴系架构为直角坐标系，搭配新的Part-Speed PSO功能后，用户可以将PSO使用于许多更进阶的轴系架构，如四轴，五轴系统，或者并联式史都华平台，或者用于绝对式编码器回馈等特殊场合．Part-Speed PSO可以有效地降低程序复杂度，提升多轴平台场合的加工质量，达到高速度，高质量的雷射加工．

本文来源：

使用Part-Speed PSO 需要考虑的技术问题

以下为导入使用Part-Speed PSO需要考虑的技术问题

1. PULSE command pulse generator 输出的上限为24 MHz输出频率，而CountsPerUnit参数与虚拟轴的程序速度（进给速度）将会决定PULSE command pulse generator的输出频率．最高的虚拟轴程序编辑速度（FeedRate），可以由下面公式计算出来．

FeedRate = EncoderCountFreq/CountsPerUnit

其中，EncoderCountFreq = 24 MHz.

2. CountsPerUnit为虚拟轴的移动分辨率，需要选择小于PSODISTANCE指令的数字．（参考上面范例程序）

3. 于Aerotech 驱动器上的PSO outputs 最高输出频率有其上限，参考Aerotech应体使用手册．使用相关的频率上限，最小的脉波间隔的计算公式如下：

MinSpacing = FeedRate/LaserOutputFreq

其中，LaserOutputFreq 也就是上述Aerotech 驱动器的最高PSO输出频率

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