實現精密激光加工應用的運動控制設計方案
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▲圖九 最佳的跟隨能力，紫色為追隨誤差
▲圖十 Easy tuning tools
自動速度規劃與圖形路徑規劃
通過Softmotion的算法，新一代運動控制卡可根據用戶所提供的圖形數據，自動規劃出優化圖形路徑規劃，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，大大的提升產能。
利用Softmotion內的前瞻規劃(LookAhead)功能，當運動軌跡有較大角度的轉折時，Softmotion會自動計算并提早降速，讓機構可以順應平滑的速度，平順的完成軌跡的移動。
如此復雜功能的實現， 用戶僅需要輸入3個系統參數，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的內部規劃，即可達成復雜圖形的軌跡運動。
▲圖十一 LookAhead function
▲圖十二 MotionCreatorPro 2 速度規劃設定
實證績效
通過以上幾點新功能與新技術的研發，證明凌華科技新一代的運動控制卡在激光切割效果上有很好的表現，其速度規劃都讓機構有最佳的跟隨性，使得整體加工誤差被控制在極小范圍內。
表一為實際測試設備規格如下，機構部分采用伺服馬達(Servo Motor)及滾珠導螺桿(Ball Screw)，最大運動速度為800 (mm/s)。經過凌華科技Easy-Tuning軟件調試后，取得優化閉回路PID參數，使得整體機臺的控制表現在±2誤差單位 (在此物理量為5um)。
因加工是由4,500個小線段所組成的圖形(如圖十三)，并特別取得四個彎角段及四段長直線段的誤差數據（如表二），而整體激光加工的彎角軌跡誤差小于2.2um，長直線端的軌跡誤差更小于0.5um。
通過以下區域放大圖片中，可清楚的看到激光能量是均勻地控制在一定范圍，并顯示實際加工軌跡是平滑無抖動。 也由此可左證凌華科技新一代的運動控制卡不僅能實現一般多軸插補運動，同時可實現在如激光切割等復雜的圖形加工。而板上所實現的實時激光強度與回饋速度追隨，更可有效節省系統CPU資源，并保證其加工效能。。
▼表一 Test Equipment Specification
項目 | 規格 (單位) | 備注 |
加工尺寸 (Workspace) | 1 (m) x 0.8 (m) | Z方向可調焦距距離: 50 (mm) |
Laser Type | CO2 | PWM驅動接口 |
驅動機構類型 | Servo motor + Ball Screw | |
Pitch | 20 (mm) | |
Encoder Resolution | 200K (Count / Rev) | |
最大速度 (Max. Velocity) | 800 (mm/s) |
▲ 圖十三 Easy tuning tools
▼表二 Trajectory Tolerance
Location | R1 | R2 | R3 | R4 | L |
Max Tolerance (um) | 1.8um | 2.1um | 2um | 2.2um | 0.5um |
凌華科技高端運動控制卡PCI-8254/8258，具備高性能的運動控制表現，采用最新的DSP與FPGA技術，可以提供高速、高性能的混合模擬與脈沖序列運動指令。通過硬件實現閉回路PID含前饋增益控制，伺服更新率可高達20kHz。通過程序下載，最高可同步實時執行八種獨立任務。 凌華科技免費提供易于使用的應用工具，包含豐富的運動控制應用函數，以及用戶診斷及操作接口，可實現高速度、高精度的運動控制能力。借助凌華科技Softmotion技術，使用者大幅減少了開發的時間，并提供卓越的同步運動控制性能，可為機臺設備商使用者節省高達25%至50%的成本。
總結
激光加工產業在未來將與人們的生活更為接近，如汽車鈑金、手機及電視面板與外殼，甚至是醫療相關的假牙成型及人體有關的醫療激光等應用。激光加工的高效率也更能符合節能減排的要求。各國均已投入大量資源，以求在相關技術上有領先性的突破。以大中華地區而言，超過200家不同的激光設備廠商也爭相搶食市場大餅，但在面對歐美高端設備時，軟件實力的整合，將左右這些廠商的市場地位，提升加工質量爭取更高的設備毛利率。凌華科技憑借超過10年運動控制技術，以及與廠商多年的應用合作經驗，成功開發出同步性運動與激光控制技術，將復雜的速度規劃及激光強度計算都置于運動控制卡片上，使得用戶可以自行規劃CAM的路徑，但不需要擔心復雜的數學計算，以達到同中求異的市場加值成效。未來加工路徑也將由2D升級為3D制造，將執行如目前CNC工具機所做的加工應用，并會有更佳的加工表面工藝。
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