這些年：精密激光加工應用運動控製接受的挑戰_導軌係統_電子係統

激光製造技術是結合光學、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於表麵處理占的最多為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%，應用於汽機車、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矽切割、手機麵板切割、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、輕易切割任何圖形並達到平滑、如何不受空間限製完成極微小的圖形等，都是未來運動控製產品麵臨的新挑戰。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+占空比方式控製，在位移上控製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。又因激光控製大多以PWM方式控製，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，則反應於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

　　切割係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)控製才可以達到要求。但CloseLoop控製需要經過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製器的激光調整(VAOTable)都隻有一組，在切割的功率上不易切換與調整，導致隻能將切割路徑依材質層重複切割，因此將造成產能速度無法提升。

　　挑戰四：速度規劃曠日費時

　　由於激光加工圖形複雜，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製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，新一代的運動控製卡應提升以下優勢因應各種挑戰：

　　
更實時呈現PWM控製能力

　　傳統運動控製卡的PWM控製均采用Duty單一控製方式，會麵臨無法實時且穩定控製PWM的時序。然為了因應不同速度與不同圖形，新一代運動控製卡應采用更多種控製方式，包含頻率調製(FrequencyModulation)、頻寬調製(dutyModulation)、混合調製(BlendModulation)，此控製方式乃由硬件控製來完成，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”，此能量控製就稱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，無須重複路徑再切割，可大幅縮短生產時間。

　　精確的運動軌跡跟隨與簡易PID調教

　　新一代高級運動控製卡采用全閉回路Fullcloseloop方式控製，並達到更小的Errorcount誤差，在整體上相較一般控製卡有較高效能，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控製係統，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，可大幅提升效能並簡化操作性。

　　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並提升切割速度與平滑度。如此可減少不必要的重工並大幅提升產能。

　　淩華科技針對以上幾點新功能與技術的研發，讓其新一代運動控製卡在激光切割效果上有較佳的表現，其速度規劃都讓機構有最佳的跟隨性，使得整體加工誤差被控製在極小範圍。淩華的PCI-8254/8258控製卡具備高效能的運動控製表現，采用最新的DSP與FPGA技術，可提供高速、高性能的混合模擬與脈衝序列運動指令。而高效能運動控製表現，透過硬件實現的閉回路PID含前饋增益控製，伺服更新率可高達20kHz。程序下載後則最高可同步實時執行8種獨立任務。

　　淩華並免費提供易於使用的應用工具，包含豐富的運動控製應用函數，及使用者診斷及操作接口，可實現更高速、高精度的運動控製能力。借助淩華Softmotion技術，使用者大幅減少了開發的時間，可為機台設備商使用者節省高達25%至50%的成本。

　　激光加工產業在未來舉凡於汽車鈑金、手機及電視麵板及外殼，甚至是醫療相關的假牙成形及醫療激光等，都與未來生活密切相關，而其高效率也更能符合節能減碳的訴求。各國均已投入大量資源，以求在相關技術上有領先性的突破。在麵對歐美高階設備時，其技術與軟硬整合將左右各廠商的市場地位。

　　淩華憑借超過10年運動控製技術成功開發高同步性運動與激光控製技術，將複雜的速度規劃及激光強度計算都置於運動控製卡片上，使用者可以自行規劃CAM的路徑，但不需要煩心複雜的數學運算，以達到同中求異的市場加值成效。未來加工路徑也將由2D升級為3D製造，將執行如目前CNC工具機所做的加工應用，但有更佳的加工表麵工藝。

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