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。

　　如何通过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，以及通过实例证明的解决方案。

　　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。

　　▲图五速度方案过高，导致激光轨迹抖动综合以上激光加工所遇到的瓶颈，新一代的运动把持卡是如何应对寻衅？实时浮现PWM把持能力传统运动把持卡的PWM把持，均采用Duty单一把持方法，且通过软件把持，会见临无法实时且稳固把持PWM的时序。

　　为了应对不同速度与不同图形，新一代运动把持卡采用更多种把持方法，包含频率调变(FrequencyModulation)、带宽调变(dutyModulation)、混杂调变(BlendModulation)，如图六所示，此把持方法会由硬件把持来完成，此PWM能在各种切割速度下浮现出不同能量的表现，因此需建立一对应的能量表，以防止产生『过融现象』，此能量把持就称(VAO)，如图七所示。

　　▲图六Multi-PWM把持模式▲图七VAOMulti-VAO方便动态切换PWM采用Multi-VAO方法方便因切割材质的不同，达到深浅切割效果，让路径切割可以一次完成，无须重复路径再切割，如图八所示；大幅缩短生产时间，也供给生产效能。

　　▲图八Multi-VAO准确的运动轨迹追随与简易PID调教为了达到更好更准确的切割图形，新一代高端运动把持卡采用全闭回路（Fullcloseloop）方法把持，并达到更小的Errorcount误差，在整体上相比一般把持卡有较高性能，追随能力误差都相当小，如图九所示。

　　为了达到高准确的追随能力，需采用PID把持系统，但为了缩短PID调教时程，用户可通过Easytuning的程序赞助，在短时间内调出最佳PID参数设定，如图十所示，可大幅提升性能，并简化操作性！▲图九最佳的追随能力，紫色为追随误差▲图十Easytuningtools主动速度方案与图形路径方案通过Softmotion的算法，新一代运动把持卡可根据用户所供给的图形数据，主动方案出优化图形路径方案，以缩短不必要的路径并提升切割速度与平滑度。

　　如此一来可减少不必要的重复，大大的提升产能

　　利用Softmotion内的前瞻方案(LookAhead)功效，当运动轨迹有较大角度的转折时，Softmotion会主动盘算并提早降速，让机构可以顺应平滑的速度，平顺的完成轨迹的移动。

　　如此复杂功效的实现，用户仅需要输入3个系统参数，分辨是「最大速(Max.Velocity)」、「最大加速度(Max.Acceleration)」以及「容许误差量(Tolerance)」(如图十二)。

　　通过Softmotion的内部方案，即可达成复杂图形的轨迹运动。

　　▲图十一LookAheadfunction▲图十二MotionCreatorPro2速度方案设定实证绩效通过以上几点新功效与新技巧的研发，证明凌华科技新一代的运动把持卡在激光切割效果上有很好的表现，其速度方案都让机构有最佳的追随性，使得整体加工误差被把持在极小领域内。

　　表一为实际测试设备规格如下，机构部分采用伺服马达(ServoMotor)及滚珠导螺杆(BallScrew)，最大运动速度为800(mm/s)。

　　经过凌华科技Easy-Tuning软件调试后，取得优化闭回路PID参数，使得整体机台的把持表现在±2误差单位(在此物理量为5um)。

　　因加工是由4，500个小线段所组成的图形(如图十三)，并特别取得四个弯角段及四段长直线段的误差数据（如表二），而整体激光加工的弯角轨迹误差小于2.2um，长直线端的轨迹误差更小于0.5um。

　　通过以下区域放大图片中，可明确的看到激光能量是均匀地把持在必定领域，并显示实际加工轨迹是平滑无抖动。

　　也由此可左证凌华科技新一代的运动把持卡不仅能实现一般多轴插补运动，同时可实现在如激光切割等复杂的图形加工。

　　而板上所实现的实时激光强度与回馈速度追随，更可有效节俭系统CPU资源，并保证其加工效能。

　　▼表一TestEquipmentSpecification▲图十三Easytuningtools▼表二TrajectoryTolerance▲R165倍放大▲R265倍放大▲R365倍放大▲R465倍放大▲L65倍放大凌华科技高端运动把持卡PCI-8254/8258，具备高性能的运动把持表现，采用最新的DSP与FPGA技巧，可以供给高速、高性能的混杂模仿与脉冲序列运动指令。

　　通过硬件实现闭回路PID含前馈增益把持，伺服更新率可高达20kHz。

　　通过程序下载，最高可同步实时履行八种任务

　　凌华科技免费供给易于应用的利用工具，包含丰富的运动把持利用函数，以及用户诊断及操作接口，可实现高速度、高精度的运动把持能力。

　　借助凌华科技Softmotion技巧，应用者大幅减少了开发的时间，并供给精彩的同步运动把持性能，可为机台设备商应用者节俭高达25%至50%的成本。

　　总结激光加工产业在未来将与人们的生活更为接近，如汽车钣金、手机及电视面板与外壳，甚至是医疗相干的假牙成型及人体有关的医疗激光等利用。

　　激光加工的高效率也更能符合节能减排的请求

　　各国均已投入大批资源，以求在相干技巧上有领先性的突破。

　　以大中华地区而言，超过200家不同的激光设备厂商也争相抢食市场大饼，但在面对欧美高端设备时，软件实力的整合，将左右这些厂商的市场地位，提升加工质量争取更高的设备毛利率。

　　凌华科技凭借超过10年运动把持技巧，以及与厂商多年的利用合作经验，成功开发出同步性运动与激光把持技巧，将复杂的速度方案及激光强度盘算都置于运动把持卡片上，使得用户可以自行方案CAM的路径，但不需要担心复杂的数学盘算，以达到同中求异的市场加值成效。

　　未来加工路径也将由2D升级为3D制作，将履行如目前CNC工具机所做的加工利用，并会有更佳的加工表面工艺。