激光制作技巧是聯合光學、機械、電子電機、盤算機等科學與技巧整合成的一項新技巧，其已在現今社會中被廣泛的利用。 根據國際激光產業權威《LASERFOCUSWORLD》與《IndustrialLaserSolution》于2013年初統計數據顯示，全球激光產品銷售已經回到2008年的程度并浮現增長的趨勢。 在全球激光材料加工領域中，近幾年以金屬加工的產值占多數，利用端又以激光打標與畫線等屬于表面處理的，占的最多為42%，激光切割與焊接分占為第二與第三，合占整體材料加工利用的34%，其利用在汽車、航天航空、電子、機械、鋼鐵等金屬鈑金產業。 而在GI(GlobalInformation)于2012年底所發表的「GlobalandChinaLaserEquipmentandProcessingIndustryReport，2012-2014」報告書中指出，全球激光設備市場一般預計2011年將由2010年約74億美金以14%的速度成長，2012則成長約2%。 圖1全球激光材料加工利用散布，2009(數據源:Indus.LaserSolution，Y09)圖2中國激光設備市場散布，2011(數據源:GlobalInformation，Y11)以中國市場而言，激光設備的市場在2011年略微超過全球市場的成長率。 從宏觀經濟的影響來看，雖然中國針對機械產業、重工業的激光加工市場縮小了，但小型、中型激光加工市場則在成長。 由于中國在全球制作業上扮演中心的角色，其對激光機械的需求也相當宏大，尤其是汽車、半導體、電子產業具有很大的潛在性需求。 中國的加工產業，精密金屬零件加工及激光開孔加工占了加工服務整體的60%。 就利用層面而言，激光精密加工及切割已被利用在如太陽能晶硅切割、手機面板切割、半導體晶圓切割，LaserCNC等精密加工上面。 對于運動把持產品來說，如何克服傳統切割上的精度與微米處理；如何可以很容易切割任何圖形，并達到其精度的平滑效果；如何對于極渺小的圖形也能不受空間而完成；如何可以調劑能量強度來-滿足不同材質上切割，而浮現出有層次感的效果，這些都是高端運動把持產品所面臨的新尋釁。 在本文中將討論如何克服精密激光加工時所遭遇的新尋釁，以及經實例證明的解決方案。 尋釁一：激光切割精準度不佳激光功率的調劑大多都以頻率+占空比喻法把持，所以在位移上把持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。 在速度急劇降落，激光功率來不及變換時候，會導致有過融現象產生，如圖一所示。 ▲圖一功率切換不佳，導致過融現象又因為激光把持大多以PWM的方法把持，PWM把持是以轉變占空比的方法進行，所以對于固定速度會有較好的表現，但是如果速度進步，激光的頻率會有來不及出光問題，則反響于切割時會產生燒融均勻度不佳的情況產生，如圖二所示。 ▲圖二切割均勻度不佳尋釁二：運動軌跡在高精度下不易達到切割系統在移動中都需要講究路徑的正確性，所以馬達的把持需要很好，這樣切割的圖形才不會變形，如圖三、圖四所示；因此把持如用開環(脈沖，步進)方法，會導致追隨度無法實時補正；如要達到高精度的請求唯有應用閉環(速度，扭矩)把持才可以達到請求。 但是閉環把持需要經過PID調劑，才會有較佳的追隨效果。 然PID的調教往往需要消費很長時間，相當費時 ▲圖三轉彎圖形因無追隨補償導致圖形扭曲▲圖四左圖為把持過沖現象，右圖為精準把持尋釁三：激光功率不易調劑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），需要應用不同的功率進行切割；但因市場上的激光專用把持器的激光調劑（VAOTable）都只有一組，在切割的功率上不易切換與調劑，導致目前只能將切割路徑依材質層重復切割，以達到所需的請求。 然而如此將造成產能速度無法提升 尋釁四：速度方案曠日費時由于激光加工圖形復雜，簡略的速度方案已無法滿足加工切割成果，如手機觸控模切割，在大多狀態下是應用Spline曲線，或者是較長的幾何線與弧線，如果無法精準做速度把持會導致機構加減速震動或圖形嚴重變形（如過切與抖動），如圖五所示。 因機臺設計人員大多僅供給圖形點表(position)，并無速度方案的數據，所以需要以人工操作方法方案速度，一方面設計流程曠日費時，且如遇方案毛病時則需重新修正，也將造成產能無法提升。 ▲圖五速度方案過高，導致激光軌跡抖動綜合以上激光加工所遇到的瓶頸，新一代的運動把持卡是如何應對尋釁？實時浮現PWM把持能力傳統運動把持卡的PWM把持，均采用Duty單一把持方法，且通過軟件把持，會見臨無法實時且穩固把持PWM的時序。 為了應對不同速度與不同圖形，新一代運動把持卡采用更多種把持方法，包含頻率調變(FrequencyModulation)、帶寬調變(dutyModulation)、混雜調變(BlendModulation)，如圖六所示，此把持方法會由硬件把持來完成，此PWM能在各種切割速度下浮現出不同能量的表現，因此需建立一對應的能量表，以防止產生『過融現象』，此能量把持就稱(VAO)，如圖七所示。 ▲圖六Multi-PWM把持模式▲圖七VAOMulti-VAO方便動態切換PWM采用Multi-VAO方法方便因切割材質的不同，達到深淺切割效果，讓路徑切割可以一次完成，無須重復路徑再切割，如圖八所示；大幅縮短生產時間，也供給生產效能。 ▲圖八Multi-VAO準確的運動軌跡追隨與簡易PID調教為了達到更好更準確的切割圖形，新一代高端運動把持卡采用全閉回路（Fullcloseloop）方法把持，并達到更小的Errorcount誤差，在整體上相比一般把持卡有較高性能，追隨能力誤差都相當小，如圖九所示。 為了達到高準確的追隨能力，需采用PID把持系統，但為了縮短PID調教時程，用戶可通過Easytuning的程序贊助，在短時間內調出最佳PID參數設定，如圖十所示，可大幅提升性能，并簡化操作性！。 |
