Aerotech 全新雷射觸發控製技術

作者：Aerotech INC.

譯者：葉惟仁 (Aerotech Taiwan)

Part-Speed Position Synchronized Output (Part-Speed PSO) 是一種全新的雷射觸發控製技術，相對於已經於雷射產業應用多年的位置同步輸出技術，Part-Speed PSO 可以基於向量速度進行超低延遲時間, 高實時性, 高速度的位置同步輸出．

延伸PSO 的控製技術

Aerotech的PSO運動控製技術已經在工業界與研究領域被大量應用到各種科技上，例如雷射切割，雷射鑽孔，雷射微細加工，或者傳感器數據擷取，甚至視覺影像擷取等．PSO主要被用於高重複頻率的應用，並且需要有極低 (ns) 等級的延遲時間．事實上，PSO能夠將製程與運動控製進行無縫整合，是Aerotech運動控製器在市場上極受歡迎的原因．

PSO通常需要直接取得最多至三軸的位置回饋信息 (編碼器，或光學尺等)，以計算移動的向量距離．事實上，直接取得位置回饋確實有技術上的優點，但是有些應用難以做到這一點．由於計算PSO觸發間距的方法使用的是向量和，傳統的直角坐標係統X/Y/Z可以順利使用PSO．但是傳統而言，五軸係統或者並聯式多軸係統，難以做到PSO的向量觸發．

圖一. 五軸係統範例

Part-Speed PSO讓用戶在位置回饋並非線性回饋，或者無法取得位置回饋的情況下，可以仍然使用PSO．使用Aerotech A3200 運動控製器的Part-Speed PSO，PSO輸出可以基於＂功能機械＂相對於工件的速度命令．這個功能可以讓PSO可以用於一些新的領域，例如：

1. 工件的空間坐標係與機台的移動軸坐標係不在相同的坐標係，通常原因在於：

· X/Y/Z位置命令使用動態坐標轉換，例如(四軸係統, 五軸係統, 三軸雷射掃描頭, 甚至史都華平台 (並聯式六軸平台, Hexapods) 等等)

· 刀具垂直於工件加工使用旋轉軸進行調整

· 使用非線性軸達成線性移動 (圖三顯示係統在Y方向運動是使用移動Y軸與旋轉A軸達成)

圖二. 並聯式六軸平台範例(Hexapods)

圖三本範例為一套五軸係統，使用這個架構，使用者在”工件坐標係＂進行X/Y/Z程序編輯，但運動控製命令最後下達的會多達五個真實軸（X/Y/Z/A/B），通常A/B軸被用於維持功能機械（刀具）與工件表麵維持垂直．

2. 用於PSO硬件的編碼器回饋無法取得，可能的原因包含：

· 與PSO硬件裝置不兼容的訊號格式　（例如絕對式編碼器或光學尺）

· 希望降低配線複雜度

如何進行Part-Speed PSO的程序開發？

以下範例使用三軸作為本範例架構：

· X與 Y軸為工件坐標係的虛擬軸

· ｘ為真實軸 (換而言之，實際上有硬件連接的移動平台

需要了解到的，是x可能並非唯一的真實軸有進行運動命令下達，然而，x軸是唯一一軸有實際上的PSO硬件輸出與配線．要達到Part-Speed PSO，主要靠的是延伸目前已經存在的A3200 指令使用：

1. PULSE SET OUTPUT 在新的軟件已經可以產生一組＂內部＂訊號，可以被設定為PSO的＂輸入＂

2. The PSOTRACK INPUT 指令與PSOWINDOW INPUT 指令可被設定為PULSE輸出

PULSE SET OUTPUT指令是為了建立哪一個軸用來產生＂被追蹤＂的速度命令，其被用於計算向量和．在這個範例程序中，A3200追蹤了虛擬軸X與 Y軸，而PULSE SET OUTPUT指令，被用來判斷哪一個驅動器會收到這個速度命令，在這個範例中，該驅動器為真實軸”x”軸．真實軸”x”軸將會收到所有的PSO指令，包含PSOTRACK INPUT指令．

設定Part-Speed PSO的範例程序

PULSESET X Y OUTPUT x

PSOCONTROL x RESET

PSOTRACK x INPUT 14

PSODISTANCE x FIXEDABS(UNITSTOCOUNTS (X, .5))

PSOPULSE x TIME 15, 14

PSOOUTPUT x PULSE

PSOOUTPUT x CONTROL 0 1

PSOCONTROL x ARM

In another recent Aerotech white paper, Customized Relationships and Coordinated Motion with AXISSTATUSFAST,

在另一篇最近的Aerotech 技術文章（Customized Relationships and Coordinated Motion with AXISSTATUSFAST），其討論到用戶如何設定進階的動態坐標轉換．雖然在本文章並非完整討論此議題，但通常該功能＂動態坐標轉換＂會在另外一個程序Task下運行，而Part-Speed PSO結合動態坐標轉換，可以將這個最新的運動控製技術發揮出來．

由於程序內使用虛擬軸做撰寫，並且使用虛擬軸的速度命令，作為PSOTRACK INPUT的速度命令，一組獨立的動態坐標轉換程序指令，就可以基於工作位置，有效的移動＂真實軸＂，並且以空間中該位置進行PSO輸出．

總結

Aerotech 在工業雷射加工大量被運用的PSO功能，在過去必須要取得編碼器信息，或者必須要受限於軸係架構為直角坐標係，搭配新的Part-Speed PSO功能後，用戶可以將PSO使用於許多更進階的軸係架構，如四軸，五軸係統，或者並聯式史都華平台，或者用於絕對式編碼器回饋等特殊場合．Part-Speed PSO可以有效地降低程序複雜度，提升多軸平台場合的加工質量，達到高速度，高質量的雷射加工．

本文來源：

使用Part-Speed PSO 需要考慮的技術問題

以下為導入使用Part-Speed PSO需要考慮的技術問題

1. PULSE command pulse generator 輸出的上限為24 MHz輸出頻率，而CountsPerUnit參數與虛擬軸的程序速度（進給速度）將會決定PULSE command pulse generator的輸出頻率．最高的虛擬軸程序編輯速度（FeedRate），可以由下麵公式計算出來．

FeedRate = EncoderCountFreq/CountsPerUnit

其中，EncoderCountFreq = 24 MHz.

2. CountsPerUnit為虛擬軸的移動分辨率，需要選擇小於PSODISTANCE指令的數字．（參考上麵範例程序）

3. 於Aerotech 驅動器上的PSO outputs 最高輸出頻率有其上限，參考Aerotech應體使用手冊．使用相關的頻率上限，最小的脈波間隔的計算公式如下：

MinSpacing = FeedRate/LaserOutputFreq

其中，LaserOutputFreq 也就是上述Aerotech 驅動器的最高PSO輸出頻率

轉載請注明出處。

Aerotech 全新雷射觸發控製技術– Part Speed PSO