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機器視覺

【行業案例】高速、高精度的激光打標振鏡應用 | 通過激光振鏡技術,實現打標精度和速度的成倍提升

  2021年10月27日  

  工藝介紹

  振鏡掃描式打標頭主要由XY掃描鏡、場鏡、振鏡及控制器等構成。其工作原理是將激光束入射到兩反射鏡(掃描鏡)上,用控制器控制控制反射片的角度,這兩個反射鏡可分別沿X、Y軸掃描,從而達到激光束的偏轉。

  使具有一定功率密度的激光聚焦點在打標材料上按所需的要求運動,從而在材料表面上留下永久的標記,聚焦的光斑可以是圓形或矩形。

  隨著智能手機、智能穿戴設備、OLED、以及5G的發展,未來相關行業的生產制造中,將越來越多的應用到振鏡控制技術。

  課題

  1、動作笨重

  平臺可動機構質量大,無法完成較大的加減速。

  2、視野有限

  振鏡自身的視野有限,無法完成大工件/較大范圍的加工。

  3、協調性差

  平臺控制和振鏡控制的控制器不同,無法進行同步控制,進而導致精度等不足。

  4、連貫性差(節拍)/ 銜接效果差(良品率)

  加工較大工件時,振鏡先動作→到位后停止振鏡→平臺平移后→振鏡再動作。如此循環,完成一次大行程的加工。兩次振鏡動作的銜接處會存在痕跡或者誤差。

  解決方案

  01 振鏡補償

  由于光學和掃描儀之間固有的非線性特性,導致振鏡在掃描過程中存在著圖形的失真,UMAC內置的二維補償表可以對此非線性特性進行補償;簡言之,就是消除光學畸變。

  通過對圖形進行物理標記和測量(主要是均勻間隔的矩陣圖形),計算出振鏡的命令位置所需要的補償表。補償數據越多,精度越高,通常采用400~1600個數據進行補償效果較好。但每個數據都需要實際測量,費時費力。我們設計了全新補償算法,只需要5x5個點的測量,就可以達到同樣的補償精度。

  02 振鏡平臺聯動

  振鏡平臺聯動,又稱鏡臺聯動/無限視野(Infinite Field of View),振鏡視野有限,需要用平臺的移動來變相的增加振鏡視野。同時減少或消除同一位置的二次加工造成的疤痕或誤差。

  根據振鏡構造、平臺構造,將所有的伺服/音圈等電機,構成同一坐標系下的函數關系,即正反解機制。使加工效率提升,節拍縮短。同時因為無拼接,所以良品率提升。

  03 聯動算法優化

  振鏡移動速度快,謂之輕盈;平臺移動范圍廣,謂之無限。鏡臺聯動時,動作被分解到振鏡+平臺的運動,需要節拍最快,即精度+速度二者兼顧。

  分頻控制算法,又稱運動矢量分解,使振鏡發揮最大的作用,分擔平臺的工作,使平臺工作量減到最小;同時優化算法使振鏡能夠在恰當的地方發揮作用。

  04 PWM控制

  傳統控制方式無法把光柵尺信號反饋到控制器,不能構成閉環控制。同時因為驅動器的存在,會造成運動控制的環節增加,控制周期變長,不利于精度的提升。

  通過控制器產生PWM脈沖,經過伺服放大器后,直接用于Motor的電流環控制。同時,光柵尺信號直接反饋到控制器,進而構成全閉環的控制。獲取到更高的控制權和實時性,縮短控制周期。

  控制系統

  原本的系統,至少需要配置兩個控制器,分別對振鏡和平臺進行控制,而現在,我們通過One Controller【Power UMAC】,可同時作用于平臺移動和振鏡控制。

  實現價值

  1、振鏡補償精度 ±5μm

  2、運動節拍CT 0.7s/pcs

  3、加工件精度 ±10μm

  【經營層】

  ■ 應對當今智能手機、智能穿戴、OLED以及5G等熱門技術和產品的發展,通過激光振鏡技術,實現打標精度和速度的成倍提升,生產力處于行業領先地位。

  【管理層】

  ■ 由原本控制振鏡和平臺的兩臺控制器,升級為Power UMAC的統一控制,大幅節約開發成本。

  ■ 振鏡補償精度、加工件精度都得到成倍提升,減少不良率,品質上升。

  【工程師層】

  ■ 減少激光打標時的NG,減少維護工作,提升效率。

  ■ 歐姆龍全程參與設計及開發,后期服務也有保障。

標簽:歐姆龍  我要反饋
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