激光制造技術是結合光學、機械、電子電機、計算機等科學與技術整合成的一項新技術，已在現今被廣泛的應用。全球激光材料加工領域中，近年以金屬加工的產值占多數，應用端又以激光標記與畫線等屬于表面處理占的最多為42%，激光切割與焊接分占第二大與第三大，合占整體材料加工應用的34%，應用于汽機車、航天、電子、機械、鋼鐵等金屬鈑金產業。

　　激光精密加工及切割已被應用在太陽能晶硅切割、手機面板切割、半導體晶圓切割、LaserCNC等精密加工。如何克服傳統切割上的精度與微米處理、輕易切割任何圖形并達到平滑、如何不受空間限制完成極微小的圖形等，都是未來運動控制產品面臨的新挑戰。本文將近年來精密激光加工遭遇的挑戰一一列出。

　　挑戰一：激光切割精準度不佳

　　激光功率調整大多都以頻率+占空比方式控制，在位移上控制需要實時與精準的變換，不同的速度要有不同的功率，但在圖形切割時都會產生不同的速度。在速度急劇下降，激光功率來不及變換會導致有過融現象發生。又因激光控制大多以PWM方式控制，在固定速度表現較好，但速度提高，激光的頻率會有來不及出光問題，則反應于切割時會產生燒融均勻度不佳的情況發生。

　　挑戰二：運動軌跡在高精度不易達到

　　切割系統在移動中都需要講究路徑的準確性，如要能達到高精度的要求唯有使用CloseLoop(speed,torque)控制才可以達到要求。但CloseLoop控制需要經過PID調整，才會有較佳的跟隨效果。然PID的調校往往需要花費很長時間，相當費時。

　　挑戰三：激光功率不易調整

　　目前切割的對象大多為多層材質(太陽能板、手機屏幕觸碰膜)，需要使用不同的功率進行切割；但因市場上的激光專用控制器的激光調整(VAOTable)都只有一組，在切割的功率上不易切換與調整，導致只能將切割路徑依材質層重復切割，因此將造成產能速度無法提升。

　　挑戰四：速度規劃曠日費時

　　由于激光加工圖形復雜，簡單的速度規劃已無法滿足加工切割結果，如手機觸控模切割，在大多狀況下是使用Spline曲線，或者是較長的幾何線與弧線，如果無法精準做速度控制會導致機構加減速震動或圖形嚴重變形(如過切與抖動)。綜合以上激光加工所遇到的瓶頸，新一代的運動控制卡應提升以下優勢因應各種挑戰：

　　更實時呈現PWM控制能力

　　傳統運動控制卡的PWM控制均采用Duty單一控制方式，會面臨無法實時且穩定控制PWM的時序。然為了因應不同速度與不同圖形，新一代運動控制卡應采用更多種控制方式，包含頻率調制(FrequencyModulation)、頻寬調制(dutyModulation)、混合調制(BlendModulation)，此控制方式乃由硬件控制來完成，此PWM能因各種切割速度下呈現出不同能量的表現，因此需建立一對應的能量表，以防止發生“過融現象”，此能量控制就稱VAO。

　　Multi-VAO方便動態切換

　　PWM采用Multi-VAO方式方便因切割材質的不同，到深淺切割效果，讓路徑切割可以一次完成，無須重復路徑再切割，可大幅縮短生產時間。

　　精確的運動軌跡跟隨與簡易PID調教

　　新一代高級運動控制卡采用全閉回路Fullcloseloop方式控制，并達到更小的Errorcount誤差，在整體上相較一般控制卡有較高效能，跟隨能力誤差都相當小。為了達到高精確的跟隨能力，需采用PID控制系統，但為了縮短PID調校時程，使用者可透過Easytuning的程序輔助，在短時間內調出最佳PID參數設定，可大幅提升效能并簡化操作性。

　　自動速度規劃與圖形路徑規劃

　　透過Softmotion的算法，可根據使用者所提供的圖形數據，自動規劃出最佳化圖形路徑規劃，以縮短不必要的路徑并提升切割速度與平滑度。如此可減少不必要的重工并大幅提升產能。

方圓激光www.www-469300.com

2015-0615