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用于激光材料加工的运动控制系统

时间:2021-07-12 10:13:48来源:普爱纳米位移技术(上海)有限公司

导语:​ 激光切割、激光焊接、激光打标或激光钻孔——激光技术被广泛应用于多种工业领域的各种流程中,以优化制造流程、确保部件的高质量。正是这样,电控制造、半导体行业、汽车行业或医药技术等都得益于激光材料加工的先进性能。流程、材料、工作循环、环境条件以及吞吐量、精度、几何公差、加工表面大小和轮廓等条件都对自动化平台提出了不同的要求。例如,对于吞吐量和精度而言,当机械部件、激光控制和激光束偏转等系统部件相辅相成并通过高性能标准工业网络进行通信时,就能满足不同的加工要求。

      采用单轴和多轴装置进行激光打标

  对复杂或高价值的结构进行打标是多轴定位系统的应用之一。例如,人眼无法识别的不可见标记可通过激光被雕刻在物品上。工件在X、Y向上的运动以及激光物镜在Z向上定位是通过使用高动态直接驱动线性平台来实现的。PI V-528线性平台采用传统的基于步进或旋转伺服的解决方案,实现尽可能更高的速度和扫描频率。平台具有交叉滚柱轴承,所以采用配备高重复精度及高精度的线性编码器的电机可实现亚微米精度。

  例如,PI V-417/V-817系列的平台也非常适用于激光加工应用。这些平台的定位精度只有几微米,速度高达2米/秒。它们可实现轻松组合,以用于多轴应用。

  硬盖和侧密封经过特殊设计,可防止灰尘或灼热颗粒进入驱动和编码器机械部件。高防护等级工业连接器和卡销实现更高稳健性。由于特殊成形边缘与轴承导向或运动方向的平行度(//)优于50微米,因此线性平台在安装过程中可轻松对准。

  

 改进后的 V-528 线性平台带重力补偿,用于垂直使用.png

  改进后的 V-528 线性平台带重力补偿,用于垂直使用

  

线性平台的 XY 配置.png

  高性能稳健型 V-417/V-817 线性平台的 XY 配置

  采用平面扫描器进行晶圆切片

  分离晶圆模具也取决于高精度。切割宽度必须保持不变,且垂直交叉不可避免。此外,为了在切割过程中不损坏单个模具,绝对精度也十分重要。行程范围内的允许公差仅为每米几微米。

  PI A-322空气轴承平台由线性电机直接驱动进行移动,是非常适用于此类应用的定位系统。此类系统可以实现较高的速度,加速度为20米/平方秒。 同时,正弦换向控制可以实现平滑运动和几纳米的定位。控制和机械部件相结合的方式可确保最大的吞吐量和最高的精度。

  

A-322 空气轴承平台.png

  A-322 空气轴承平台

     采用龙门系统制造模版和印刷电路板

  模版和印刷电路板的生产加工要求是相似的。工件大小和特征密度可能相对较高。这其中的挑战是要在提供长行程的同时保持微米精度。龙门系统可以针对这些要求提供很好的解决方案。电缆管理和操作均进行了优化,以适合于垂直运动轴、自动聚焦传感器和用于激光的光纤路由系统。这种设计可以实现当激光从上空移动时零件保持不动。由PI实现的绝对测量系统使得启动后无需再找参考位,从而简化了系统初始化。

  采用包含振镜扫描器的多轴装置进行激光

  V-731 系列定位平台.png


  V-731 系列定位平台

  打标

  在激光成型中,配备振镜扫描器的多轴定位系统通常会被用于偏转激光束。这就能实现很好的动态和精度,例如对于在功能部件上刻写刻度等。这么一来,XY向运动就由 V-731系列定位平台接管,该平台被设置为XY向滚动平台。它的线性电机无需其他附加机械部件,可直接驱动平台,使得高速度成为可能。

  高性能运动控制系统

  在上述激光加工流程中,激光可通过特殊的激光模块直接从运动平台上进行便捷控制。该模块可实现对激光源的直接控制,以提高流程的精度和吞吐量。

  ACS的LCM(激光控制模块)系列的EtherCAT®从站 模块提供多种功能,包括用于动态功率控制、输出脉冲或选通信号(开关信号)的数字脉冲调制,其中后两者与沿二维至六维运动路径的位置或可编程操作区保持同步。控制模块可以通过通用接口控制几乎任何激光。

  EtherCAT®是一种基于以太网的开放式现场总线系统,最初是由倍福自动化公司开发的。现如今,作为一款用于机器控制解决方案的稳健型高速实时网络,EtherCAT 越来越受到控制和系统工程师的欢迎,现场总线系统的灵活性是一大原因。

  无拼接的大区域打标

  通常,采用振镜扫描器的运动系统的操作是在扫描器下移动待加工的零件、将控制交给扫描器控制器来执行其单独操作。如果待加工区域大于扫描器的视场,则以被称为“耕耘”的方式执行上述方法。如果大面积内有很多小细节,则这种方式无法实现有效打标。小细节可能需要较高的加速度,而大细节则需要更长的行程。采用快速灵活的振镜用于分离轨迹的小特征,而相对较慢的大型运动系统平台用于处理大特征,这样可能更有利。这么一来,两种系统需为同步的控制器架构,以将合适的输出供给正确的运动平台。

  XLSCAN 由ACS运动控制和SCANLAB提供技术支持,XLSCAN运动和龙门控制系统可实现大面积打标和加工。通过同步控制和移动二维扫描头以及配备高动态磁性线性驱动的二维扫描平台,XL扫描解决方案扩展了激光扫描系统的工作区域,组合系统可实现大面积有效打标,且吞吐量和精度都很高。


标签: 激光运动控制

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