这些年：精密激光加工应用运动控制接受的挑战_导轨系统_电子系统

激光制造技术是结合光学、机械、电子电机、计算机等科学与技术整合成的一项新技术，已在现今被广泛的应用。全球激光材料加工领域中，近年以金属加工的产值占多数，应用端又以激光标记与画线等属于表面处理占的最多为42%，激光切割与焊接分占第二大与第三大，合占整体材料加工应用的34%，应用于汽机车、航天、电子、机械、钢铁等金属钣金产业。

　　激光精密加工及切割已被应用在太阳能晶硅切割、手机面板切割、半导体晶圆切割、LaserCNC等精密加工。如何克服传统切割上的精度与微米处理、轻易切割任何图形并达到平滑、如何不受空间限制完成极微小的图形等，都是未来运动控制产品面临的新挑战。本文将近年来精密激光加工遭遇的挑战一一列出。

　　挑战一：激光切割精准度不佳

　　激光功率调整大多都以频率+占空比方式控制，在位移上控制需要实时与精准的变换，不同的速度要有不同的功率，但在图形切割时都会产生不同的速度。在速度急剧下降，激光功率来不及变换会导致有过融现象发生。又因激光控制大多以PWM方式控制，在固定速度表现较好，但速度提高，激光的频率会有来不及出光问题，则反应于切割时会产生烧融均匀度不佳的情况发生。

　　挑战二：运动轨迹在高精度不易达到

　　切割系统在移动中都需要讲究路径的准确性，如要能达到高精度的要求唯有使用CloseLoop(speed,torque)控制才可以达到要求。但CloseLoop控制需要经过PID调整，才会有较佳的跟随效果。然PID的调校往往需要花费很长时间，相当费时。

　　挑战三：激光功率不易调整

　　目前切割的对象大多为多层材质(太阳能板、手机屏幕触碰膜)，需要使用不同的功率进行切割；但因市场上的激光专用控制器的激光调整(VAOTable)都只有一组，在切割的功率上不易切换与调整，导致只能将切割路径依材质层重复切割，因此将造成产能速度无法提升。

　　挑战四：速度规划旷日费时

　　由于激光加工图形复杂，简单的速度规划已无法满足加工切割结果，如手机触控模切割，在大多状况下是使用Spline曲线，或者是较长的几何线与弧线，如果无法精准做速度控制会导致机构加减速震动或图形严重变形(如过切与抖动)。综合以上激光加工所遇到的瓶颈，新一代的运动控制卡应提升以下优势因应各种挑战：

　　
更实时呈现PWM控制能力

　　传统运动控制卡的PWM控制均采用Duty单一控制方式，会面临无法实时且稳定控制PWM的时序。然为了因应不同速度与不同图形，新一代运动控制卡应采用更多种控制方式，包含频率调制(FrequencyModulation)、频宽调制(dutyModulation)、混合调制(BlendModulation)，此控制方式乃由硬件控制来完成，此PWM能因各种切割速度下呈现出不同能量的表现，因此需建立一对应的能量表，以防止发生“过融现象”，此能量控制就称VAO。

　　Multi-VAO方便动态切换

　　PWM采用Multi-VAO方式方便因切割材质的不同，到深浅切割效果，让路径切割可以一次完成，无须重复路径再切割，可大幅缩短生产时间。

　　精确的运动轨迹跟随与简易PID调教

　　新一代高级运动控制卡采用全闭回路Fullcloseloop方式控制，并达到更小的Errorcount误差，在整体上相较一般控制卡有较高效能，跟随能力误差都相当小。为了达到高精确的跟随能力，需采用PID控制系统，但为了缩短PID调校时程，使用者可透过Easytuning的程序辅助，在短时间内调出最佳PID参数设定，可大幅提升效能并简化操作性。

　　自动速度规划与图形路径规划

　　透过Softmotion的算法，可根据使用者所提供的图形数据，自动规划出最佳化图形路径规划，以缩短不必要的路径并提升切割速度与平滑度。如此可减少不必要的重工并大幅提升产能。

　　凌华科技针对以上几点新功能与技术的研发，让其新一代运动控制卡在激光切割效果上有较佳的表现，其速度规划都让机构有最佳的跟随性，使得整体加工误差被控制在极小范围。凌华的PCI-8254/8258控制卡具备高效能的运动控制表现，采用最新的DSP与FPGA技术，可提供高速、高性能的混合模拟与脉冲序列运动指令。而高效能运动控制表现，透过硬件实现的闭回路PID含前馈增益控制，伺服更新率可高达20kHz。程序下载后则最高可同步实时执行8种独立任务。

　　凌华并免费提供易于使用的应用工具，包含丰富的运动控制应用函数，及使用者诊断及操作接口，可实现更高速、高精度的运动控制能力。借助凌华Softmotion技术，使用者大幅减少了开发的时间，可为机台设备商使用者节省高达25%至50%的成本。

　　激光加工产业在未来举凡于汽车钣金、手机及电视面板及外壳，甚至是医疗相关的假牙成形及医疗激光等，都与未来生活密切相关，而其高效率也更能符合节能减碳的诉求。各国均已投入大量资源，以求在相关技术上有领先性的突破。在面对欧美高阶设备时，其技术与软硬整合将左右各厂商的市场地位。

　　凌华凭借超过10年运动控制技术成功开发高同步性运动与激光控制技术，将复杂的速度规划及激光强度计算都置于运动控制卡片上，使用者可以自行规划CAM的路径，但不需要烦心复杂的数学运算，以达到同中求异的市场加值成效。未来加工路径也将由2D升级为3D制造，将执行如目前CNC工具机所做的加工应用，但有更佳的加工表面工艺。

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