用于激光材料加工的 運動控制系統(tǒng)

文:PI普愛納米位移技術(上海)有限公司2021年第三期

  高吞吐量精密定位

  制造上的技術廣度和深度使得PI能夠靈活響應激光技術中的市場發(fā)展,并為高精度和高吞吐量激光加工提供自動化平臺,以滿足OEM、集成商和終端用戶的需求:從不帶光束線偏轉的單軸和多軸系統(tǒng),到振鏡掃描器的運動和定位系統(tǒng)必須同步化,并同時運行的高度定制解決方案。

  采用單軸和多軸裝置進行激光打標

  對復雜或高價值的結構進行打標是多軸定位系統(tǒng)的應用之一。例如,人眼無法識別的不可見標記可通過激光被 雕刻在物品上。工件在X、Y向上的運動以及激光物鏡在Z向上定位是通過使用高動態(tài)直接驅動線性平臺來實現(xiàn)的。

  PI V-528線性平臺采用傳統(tǒng)的基于步進或旋轉伺服的解決方案,實現(xiàn)盡可能更高的速度和掃描頻率。平臺具有交叉滾柱軸承,所以采用配備高重復精度及高精度的線性編碼器的電機可實現(xiàn)亞微米精度。例如,PI V-417/V-817系列的平臺也非常適用于激光加工應用。這些平臺的定位精度只有幾微米,速度高達2米/秒。它們可實現(xiàn)輕松組合,以用于多軸應用。

  硬蓋和側密封經過特殊設計,可防止灰塵或灼熱顆粒進入驅動和編碼器機械部件。高防護等級工業(yè)連接器和卡銷實現(xiàn)更高穩(wěn)健性。由于特殊成形邊緣與軸承導向或運動方向的平行度(//)優(yōu)于50微米,因此線性平臺在安裝過程中 可輕松對準。

激光加工

改進后的 V-528 線性平臺帶重力補償,用于垂直使用

激光加工

高性能穩(wěn)健型 V-417/V-817 線性平臺的 XY 配置

  采用平面掃描器進行晶圓切片

  分離晶圓模具也取決于高精度。切割寬度必須保持不變,且垂直交叉不可避免。此外,為了在切割過程中不損壞單個模具,絕對精度也十分重要。行程范圍內的允許公差僅為每米幾微米。

  PI A-322空氣軸承平臺由線性電機直接驅動進行移動,是非常適用于此類應用的定位系統(tǒng)。此類系統(tǒng)可以實現(xiàn)較高的速度,加速度為20米/平方秒。 同時,正弦換向控制可以實現(xiàn)平滑運動和幾納米的定位。控制和機械部件相結合的方式可確保最大的吞吐量和最高的精度。

激光加工

A-322 空氣軸承平臺

  采用龍門系統(tǒng)制造模版和印刷電路板

  模版和印刷電路板的生產加工要求是相似的。工件大小和特征密度可能相對較高。這其中的挑戰(zhàn)是要在提供長行程的同時保持微米精度。龍門系統(tǒng)可以針對這些要求提供很好的解決方案。電纜管理和操作均進行了優(yōu)化,以適合于垂直運動軸、自動聚焦傳感器和用于激光的光纖路由系統(tǒng)。這種設計可以實現(xiàn)當激光從上空移動時零件保持不動。由PI實現(xiàn)的絕對測量系統(tǒng)使得啟動后無需再找參考位,從而簡化了系統(tǒng)初始化。

  采用包含振鏡掃描器的多軸裝置進行激光

激光加工

V-731 系列定位平臺

  打標

  在激光成型中,配備振鏡掃描器的多軸定位系統(tǒng)通常會被用于偏轉激光束。這就能實現(xiàn)很好的動態(tài)和精度,例如對于在功能部件上刻寫刻度等。這么一來,XY向運動就由 V-731系列定位平臺接管,該平臺被設置為XY向滾動平臺。它的線性電機無需其他附加機械部件,可直接驅動平臺,使得高速度成為可能。

  高性能運動控制系統(tǒng)

  在上述激光加工流程中,激光可通過特殊的激光模塊直接從運動平臺上進行便捷控制。該模塊可實現(xiàn)對激光源的直接控制,以提高流程的精度和吞吐量。

  ACS的LCM(激光控制模塊)系列的EtherCAT?從站 模塊提供多種功能,包括用于動態(tài)功率控制、輸出脈沖或選通信號(開關信號)的數(shù)字脈沖調制,其中后兩者與沿二維至六維運動路徑的位置或可編程操作區(qū)保持同步??刂颇K可以通過通用接口控制幾乎任何激光。

  EtherCAT?是一種基于以太網的開放式現(xiàn)場總線系統(tǒng),最初是由倍福自動化公司開發(fā)的?,F(xiàn)如今,作為一款用于機器控制解決方案的穩(wěn)健型高速實時網絡,EtherCAT越來越受到控制和系統(tǒng)工程師的歡迎,現(xiàn)場總線系統(tǒng)的靈活性是一大原因。

  無拼接的大區(qū)域打標

  通常,采用振鏡掃描器的運動系統(tǒng)的操作是在掃描器下移動待加工的零件、將控制交給掃描器控制器來執(zhí)行其單獨操作。如果待加工區(qū)域大于掃描器的視場,則以被稱為“耕耘”的方式執(zhí)行上述方法。如果大面積內有很多小細節(jié),則這種方式無法實現(xiàn)有效打標。小細節(jié)可能需要較高的加速度,而大細節(jié)則需要更長的行程。采用快速靈活的振鏡用于分離軌跡的小特征,而相對較慢的大型運動系統(tǒng)平臺用于處理大特征,這樣可能更有利。這么一來,兩種系統(tǒng)需為同步的控制器架構,以將合適的輸出供給正確的運動平臺。

  XLSCAN 由ACS運動控制和SCANLAB提供技術支持,XLSCAN運動和龍門控制系統(tǒng)可實現(xiàn)大面積打標和加工。通過同步控制和移動二維掃描頭以及配備高動態(tài)磁性線性驅動的二維掃描平臺,XL掃描解決方案擴展了激光掃描系統(tǒng)的工作區(qū)域,組合系統(tǒng)可實現(xiàn)大面積有效打標,且吞吐量和精度都很高。

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