Aerotech 全新雷射觸發控制技術– Part Speed PSO

2021-02-16 雷射製造網LaserfairCom

Part-Speed Position Synchronized Output (Part-Speed PSO) 是一種全新的雷射觸發控制技術,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。

Aerotech的PSO運動控制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制進行無縫整合,是Aerotech運動控制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,傳統的直角坐標系統X/Y/Z可以順利使用PSO.但是傳統而言,五軸系統或者並聯式多軸系統,難以做到PSO的向量觸發。


圖一. 五軸系統範例

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 運動控制器的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:

工件的空間坐標系與機臺的移動軸坐標系不在相同的坐標系,通常原因在於:

· X/Y/Z位置命令使用動態坐標轉換,例如(四軸系統, 五軸系統, 三軸雷射掃描頭, 甚至史都華平臺 (並聯式六軸平臺, 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 (圖三顯示系統在Y方向運動是使用移動Y軸與旋轉A軸達成)


圖二. 並聯式六軸平臺範例(Hexapods)


圖三 本範例為一套五軸系統,使用這個架構,使用者在」工件坐標系"進行X/Y/Z程序編輯,但運動控制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)與工件表面維持垂直.

用於PSO硬體的編碼器回饋無法取得,可能的原因包含:

· 與PSO硬體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

以下範例使用三軸作為本範例架構:

· X與 Y軸為工件坐標系的虛擬軸

· x為真實軸 (換而言之,實際上有硬體連接的移動平臺

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硬體輸出與配線.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:

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

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.

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制技術發揮出來.

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.

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系架構為直角坐標系,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系架構,如四軸,五軸系統,或者並聯式史都華平臺,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,提升多軸平臺場合的加工質量,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

 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),可以由下面公式計算出來.

FeedRate = EncoderCountFreq/CountsPerUnit

其中,EncoderCountFreq = 24 MHz.

 CountsPerUnit為虛擬軸的移動解析度,需要選擇小於PSODISTANCE指令的數字.(參考上面範例程序)

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

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