激光制作技巧是联合光学、机械、电子电机、盘算机等科学与技巧整合成的一项新技巧,其已在现今社会中被广泛的利用。 根据国际激光产业权威《LASERFOCUSWORLD》与《IndustrialLaserSolution》于2013年初统计数据显示,全球激光产品销售已经回到2008年的程度并浮现增长的趋势。 在全球激光材料加工领域中,近几年以金属加工的产值占多数,利用端又以激光打标与画线等属于表面处理的,占的最多为42%,激光切割与焊接分占为第二与第三,合占整体材料加工利用的34%,其利用在汽车、航天航空、电子、机械、钢铁等金属钣金产业。 而在GI(GlobalInformation)于2012年底所发表的「GlobalandChinaLaserEquipmentandProcessingIndustryReport,2012-2014」报告书中指出,全球激光设备市场一般预计2011年将由2010年约74亿美金以14%的速度成长,2012则成长约2%。 图1全球激光材料加工利用散布,2009(数据源:Indus.LaserSolution,Y09)图2中国激光设备市场散布,2011(数据源:GlobalInformation,Y11)以中国市场而言,激光设备的市场在2011年略微超过全球市场的成长率。 从宏观经济的影响来看,虽然中国针对机械产业、重工业的激光加工市场缩小了,但小型、中型激光加工市场则在成长。 由于中国在全球制作业上扮演中心的角色,其对激光机械的需求也相当宏大,尤其是汽车、半导体、电子产业具有很大的潜在性需求。 中国的加工产业,精密金属零件加工及激光开孔加工占了加工服务整体的60%。 就利用层面而言,激光精密加工及切割已被利用在如太阳能晶硅切割、手机面板切割、半导体晶圆切割,LaserCNC等精密加工上面。 对于运动把持产品来说,如何克服传统切割上的精度与微米处理;如何可以很容易切割任何图形,并达到其精度的平滑效果;如何对于极渺小的图形也能不受空间而完成;如何可以调剂能量强度来-满足不同材质上切割,而浮现出有层次感的效果,这些都是高端运动把持产品所面临的新寻衅。 在本文中将讨论如何克服精密激光加工时所遭遇的新寻衅,以及经实例证明的解决方案。 寻衅一:激光切割精准度不佳激光功率的调剂大多都以频率+占空比喻法把持,所以在位移上把持需要实时与精准的变换,不同的速度要有不同的功率,但在图形切割时都会产生不同的速度。 在速度急剧降落,激光功率来不及变换时候,会导致有过融现象产生,如图一所示。 ▲图一功率切换不佳,导致过融现象又因为激光把持大多以PWM的方法把持,PWM把持是以转变占空比的方法进行,所以对于固定速度会有较好的表现,但是如果速度进步,激光的频率会有来不及出光问题,则反响于切割时会产生烧融均匀度不佳的情况产生,如图二所示。 ▲图二切割均匀度不佳寻衅二:运动轨迹在高精度下不易达到切割系统在移动中都需要讲究路径的正确性,所以马达的把持需要很好,这样切割的图形才不会变形,如图三、图四所示;因此把持如用开环(脉冲,步进)方法,会导致追随度无法实时补正;如要达到高精度的请求唯有应用闭环(速度,扭矩)把持才可以达到请求。 但是闭环把持需要经过PID调剂,才会有较佳的追随效果。 然PID的调教往往需要消费很长时间,相当费时 ▲图三转弯图形因无追随补偿导致图形扭曲▲图四左图为把持过冲现象,右图为精准把持寻衅三:激光功率不易调剂目前切割的对象大多为多层材质(太阳能板、手机屏幕触碰膜),需要应用不同的功率进行切割;但因市场上的激光专用把持器的激光调剂(VAOTable)都只有一组,在切割的功率上不易切换与调剂,导致目前只能将切割路径依材质层重复切割,以达到所需的请求。 然而如此将造成产能速度无法提升 寻衅四:速度方案旷日费时由于激光加工图形复杂,简略的速度方案已无法满足加工切割成果,如手机触控模切割,在大多状态下是应用Spline曲线,或者是较长的几何线与弧线,如果无法精准做速度把持会导致机构加减速震动或图形严重变形(如过切与抖动),如图五所示。 因机台设计人员大多仅供给图形点表(position),并无速度方案的数据,所以需要以人工操作方法方案速度,一方面设计流程旷日费时,且如遇方案毛病时则需重新修正,也将造成产能无法提升。 |