开放式激光振镜运动控制器的激光清洗应用
文:深圳市正运动技术有限公司2024年第五期
2021年全球激光清洗市场产值约6.67亿美元,2023年这一数值达到7.24亿美元,需求呈持续上升趋势。在市场需求的推动下,激光清洗应用领域不断拓展,从工业制造到汽车、航空航天、核电、半导体,甚至医疗和美容行业,激光清洗技术都发挥其独特优势,为各领域带来清洁、高效的解决方案。本文主要介绍了ZMC408SCAN-V22激光振镜运动控制器在激光清洗行业的应用,帮助读者更深入地了解ZMC408SCAN-V22这一款产品的性能特点。
文/深圳市正运动技术有限公司
1 市场应用背景
激光清洗通过高能量的连续或脉冲激光束瞬间聚焦于基体表面的污染物,实现高效的“消融”清洗过程,极大地减少了对基体材料的损伤和环境污染的影响,展现了其在提高生产效率、保证产品质量方面的非凡潜力。
2021年全球激光清洗市场产值约6.67亿美元,2023年这一数值达到7.24亿美元,需求呈持续上升趋势。在市场需求的推动下,激光清洗应用领域不断拓展,从工业制造到汽车、航空航天、核电、半导体,甚至医疗和美容行业,激光清洗技术都发挥其独特优势,为各领域带来清洁、高效的解决方案。
图1 常见激光清洗材料
2 ZMC408SCAN-V22激光振镜运动控制器在激光清洗的应用与传统方案的对比
(1)传统方案存在的问题
传统工业清洗过程主要依赖机械清洗和化学清洗,常面临效率低、成本高和环境污染等问题,而传统激光清洗方案也存在一些难题:
l 化学清洗:利用化学反应去除表面污染物,虽效率较高,但化学剂可能对环境和操作人员造成危害,且常需额外处理以减少化学残留;
l 机械清洗:通过物理方法如打磨或刷洗等来清除表面污垢。直接性强,但可能损伤基体表面,尤其是在处理较为薄弱材料时,限制了其应用范围,并且效率极低;
l 传统激光清洗:激光振镜控制系统+PLC/机器人+触摸屏的方式,激光振镜清洗系统与运动控制系统是分开的、相互独立的,两者之间要相互通讯,增加了硬软件成本和通讯不稳定风险。
(2)正运动技术解决方案
针对市场应用“痛点”,正运动开发了一种基于开放式激光振镜运动控制器的激光清洗解决方案,同一套硬件,既能控制激光清洗工艺,也能做运动控制和机器人控制,与运动模组、输送带、机械臂等设备配合使用,可实现大规模且高精度的清洗作业。
该方案无需化学清洗液、研磨、应力、耗材,即可实现基体表面污染物的非接触式高速激光振镜清洗;同时支持多种清洗轨迹控制,主要以激光打标方式的扫描填充模式进行扫描,其中螺旋扫描路径模式可减少出现未烧蚀与重复烧蚀现象,提高清洗过程的整体均匀清洗和效率,为用户提供了一种可持续且环保的激光清洗解决方案。
图2 正运动基于开放式激光振镜运动控制器的激光清洗解决方案
3 ZMC408SCAN-V22激光振镜运动控制器的产品介绍
图3 ZMC408SCAN-V22产品图
PCIE464产品硬件性能特点如下:
(1)4‑16轴运动控制,支持点到点到多轴同步控制;
(2)板载4路差分脉冲轴接口+1路专用手轮接口;
(3)2路带反馈激光振镜接口、1路LASER和1路FIBER激光电源专用接口;
(4)激光振镜控制与运动控制相互融合,可灵活构建多轴联动等方式的激光加工系统;
(5)支持一维/二维/三维PSO功能,可做视觉飞拍、精密点胶和激光能量控制;
(6)板载24路通用输入和20路通用输出,其中4路高速色标锁存,4路PSO和8路PWM输出;
(7)激光振镜控制与运动控制相互融合,可灵活构建多轴联动等方式的激光加工系统。
图4 ZMC408SCAN-V22方案架构图
4 ZMC408SCAN-V22激光振镜运动控制器在激光清洗应用中的方案
(1)ZMC408SCAN-V22激光清洗解决方案
图5 ZMC408SCAN-V22激光清洗解决方案
l 运动轴:EtherCAT总线或者脉冲轴连接伺服/步进驱动器;
l 激光接口:连接YLR光纤激光器;
l 振镜接口:通过XY2-100协议连接激光振镜头;
l EtherNET口:Modbus_TCP连接触摸屏;
l EtherCAT接口:连接EtherCAT驱动器和EtherCAT IO扩展模块。
(2)控制流程
采用第3方组态软件+正运动RTSys编程平台开发;支持总线或者脉冲伺服控制、激光功率控制、以及多种清洗轨迹控制。
图6 激光清洗控制系统界面图
①配置激光参数:根据激光器类型和接线配置相应参数;
②振镜校正:使用校正软件调整振镜,保存校正参数;
③编辑清洗工艺和轴控制:根据产品设定激光路径、焦点位置和轴动作;
④执行清洗:触发激光和机械运动,进行清洗作业;
⑤检测清洗效果:清洗结果是否符合预期,激光清洗效果如图7所示。
图7 激光清洗效果图
在图7中,左侧:经过激光清洗后,表面更为平滑且色泽均匀,基体无损耗;右侧:未处理的原始生锈的金属片,表面覆盖着大量的铁锈斑迹。
(4)硬件选型配置如表1所示。
5 ZMC408SCAN-V22激光振镜运动控制器在激光清洗中的应用优势
l 嵌入式激光振镜运动控制器集成了运动控制、振镜控制和激光控制等功能;
l 支持标准MODBUS协议与第三方HMI组态交互,助力设备系统商快速开发交付;
l 灵活的激光器功率调整,可根据激光器类型及接线配置自由调整相应激光器参数;
l 支持双振镜双激光器控制、提高清洗加工效率;
l 支持同步控制功能,实时调整激光功率与移动速度,保证最佳清洗效果,避免烧蚀过度或不足,提高整体清洗质量;
l 无需化学清洗液,无需耗材且不产生二次污染物,安全环保。
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