Kebanyakan orang yang biasa dengan pemprosesan laser perindustrian berskala besar telah melihat mesin laser CNC yang tinggi memotong plat dan tiub keluli besar pada kelajuan yang mengasyikkan. Mereka yang berada di laser micromachining, di mana kualiti bahagian bergantung kepada ketepatan pemesinan peringkat mikron, tertanya-tanya jika kita dapat mencapai pencapaian mesin yang tinggi dan masih menghasilkan bahagian yang sangat tepat. Jawapannya ya - dan kemudian soalannya menjadi "Bagaimana?" Artikel ini meneroka pertimbangan asas dalam reka bentuk dan kawalan mesin yang mesti diketahui oleh seseorang untuk mencapai maksimum maksimum dari mikropemproses laser ketepatan.
Dalam proses pembuatan, kriteria untuk menentukan bahagian yang boleh diterima sering tidak boleh dirunding. Toleransi bahagian ditakrifkan oleh keperluan untuk operasi normal atau selamat bahagian. Mereka menentukan anggaran ralat yang dibenarkan untuk proses pembuatan. Anggaran ralat kemudiannya "habis" oleh sumber -sumber kesilapan yang berlainan yang timbul daripada reka bentuk mesin, fungsi pengawal, dan interaksi bahan laser semasa pemesinan. Kunci untuk memaksimumkan throughput apabila pembuatan bahagian ketepatan yang tinggi adalah untuk meninggalkan sebanyak mungkin anggaran ralat untuk kesilapan pengesanan dinamik. Mengikuti sistem bunyi dan prinsip reka bentuk struktur dan memilih pengawal gerakan yang kuat - satu yang mengambil kelebihan maksimum anggaran ralat pengesanan dinamik - akan memaksimumkan throughput dan oleh itu rasional ekonomi untuk sistem micromachining laser.
Reka bentuk struktur sistem pembuatan adalah asas untuk meningkatkan keupayaan sistem pembuatan untuk beroperasi pada tahap tinggi. Agar sistem kawalan menolak dan meminimumkan kesilapan, sensor yang digunakan untuk "melihat" gerakan dalam sistem mesti dapat melihat gerakan relatif antara alat dan bahagian. Dalam kebanyakan sistem, sensor ini tidak secara langsung memerhatikan gerakan ujung alat, iaitu, tempat laser; Sebaliknya, mereka memperoleh maklumat mereka dari readhead optik yang melihat skala encoder (berkesan seorang penguasa) yang tertanam dalam mekanisme sistem gerakan. Oleh itu, untuk menjimatkan belanjawan ralat sebanyak mungkin untuk belanjawan pengesanan dinamik dalam pengawal, pereka mesti meminimumkan kesilapan yang tidak dapat diobservasi disebabkan oleh lenturan atau getaran dalam bingkai. Kunci untuk meminimumkan kesilapan yang tidak dapat diobservasi adalah untuk memaksimumkan kekakuan struktur. Salah satu cara untuk mencapai kekakuan maksimum adalah untuk meminimumkan panjang gelung struktur mesin. Gelung struktur adalah jalan daya yang dihasilkan oleh gerakan mesin yang sepadan atau sama atau bertentangan dengan daya yang dihasilkan oleh unsur -unsur struktur yang sepadan. Bayangkan bahawa bahan -bahan yang membentuk unsur -unsur struktur mesin dibentuk oleh beribu -ribu mata air kecil yang dihubungkan dalam siri. Menambah lebih banyak mata air ke rantai tandem sebenarnya mengurangkan kekakuan rantai. Oleh itu, pereka harus memendekkan "rantai" struktur unsur -unsur musim bunga untuk mengeras mesin. Di samping itu, menambah elemen musim bunga selari menjadikan rantai lebih tegar. Untuk memaksimumkan kekakuan, pereka harus menambah unsur -unsur struktural yang berlebihan ke bingkai mesin untuk menyokong daya inersia. Segar mesin, lebih banyak tenaga disuntik ke dalam struktur tanpa menyebabkan gerakan yang tidak diingini. Ini membolehkan pengguna untuk menolak elemen kawalan gerakan lebih cepat, dengan lebih banyak pecutan dan tenaga, sambil meminimumkan kesilapan pemprosesan yang tidak dapat diobservasi. Rajah 1 di bawah menggambarkan siri dan sambungan selari gelung struktur mesin dan elemen musim bunga.
Rajah 1 menunjukkan. Menambah mata air dalam siri menjadikan rantaian musim bunga kurang sengit, sambil menambah mata air selari menjadikan rantaian musim bunga lebih berat. Prinsip ini boleh digunakan untuk memaksimumkan kekakuan litar struktur mesin.
Mesin yang lebih berat yang membolehkan lebih banyak tenaga disuntik tanpa membongkok, menjimatkan lebih banyak belanjawan ralat untuk di tempat lain, adalah peningkatan segera. Ini membuka jalan bagi bidang tumpuan seterusnya dalam meningkatkan throughput: prinsip dinamik mesin. Oleh kerana kekukuhan platform dan rak gerakan meningkat, begitu pula frekuensi intrinsik mereka. Apabila kekerapan intrinsik mereka meningkat, begitu pula kawalan dan kelajuan pengeluaran mereka.
Setiap trajektori gerakan - jalan yang diperlukan untuk tempat laser untuk membuat bahagian - mempunyai kandungan spektrum untuk setiap paksi yang terlibat dalam menjana gerakan. Setiap perintah paksi mempunyai jalur frekuensi sinusoid tertentu yang perlu diwakili dalam siri matematik atau penjumlahan untuk mewakilinya. Rajah 2 di bawah menunjukkan contoh fungsi langkah dan penghampiran sinusoidal menggunakan jalur lebar terhingga.
Rajah 2. Penghampiran fungsi langkah menggunakan gelombang sinus dari segi tahap dan jumlah. Lebih banyak frekuensi gelombang sinus atau jalur lebar yang digunakan dalam penghampiran, semakin dekat penghampiran adalah fungsi langkah. Fungsi langkah memerlukan bilangan langkah sinusoid yang tidak terhingga untuk mewakilinya dengan sempurna, tetapi fungsi yang lancar dapat diwakili oleh beberapa langkah atau jalur lebar yang terhingga.
Dalam contoh fungsi langkah ini, jalur lebar tak terhingga diperlukan untuk menghampiri langkah dengan sempurna, yang menjadikannya mustahil untuk dilaksanakan dalam mesin sebenar. Ini adalah salah satu sebab utama mengapa pengaturcara gerakan cuba mengelakkan ketidakpastian dalam arahan yang dihantar ke mesin. Prinsip yang ditunjukkan dalam Rajah 2 terpakai kepada setiap isyarat arahan. Apabila profil gerakan adalah multidimensional dan melibatkan pelbagai paksi gerakan, kadar di mana mesin melintasi profil itu mengubah jalur lebar perintah yang dihantar ke setiap paksi yang berkaitan. Contoh mudah hubungan ini menggunakan dua paksi untuk membuat bulatan. Dalam trigonometri asas, dua paksi bergerak melalui bulatan, mengalami gelombang sinusoidal dalam kedudukan, halaju, dan percepatan. Kekerapan gelombang sinus yang setiap paksi diminta untuk melaksanakan adalah berkadar dengan kelajuan di mana bulatan berlalu. Semakin cepat mesin diperlukan untuk mengembara bulatan, semakin tinggi kekerapan gelombang sinus untuk setiap paksi yang terlibat mesti dapat melaksanakan kedudukan, halaju dan percepatan. Bagi mana -mana paksi gerakan untuk melaksanakan profil arahan yang disediakan, jalur lebar profil itu mestilah dalam jalur lebar sistem gerakan. Betul, setiap sistem gerakan mempunyai jalur lebar.
Sistem kawalan bergantung kepada isyarat maklum balas, gelung kawalan servo, dan motor yang kuat untuk bertindak balas terhadap arahan dan sepadan dengan hasil sebenar kepada hasil yang diinginkan. Tanggapan sistem kawalan bergantung pada seberapa cepat pengawal dapat membuat keputusan dan perubahan kesan apabila gerakan sebenar tidak sesuai dengan gerakan yang diperintahkan. "Responsif sistem kawalan" ini hampir sepenuhnya bergantung kepada spesifikasi dan reka bentuk produk kawalan yang digunakan. Spesifikasi seperti kadar penjanaan trajektori, kadar penutupan semasa (kadar di mana semasa yang dihasilkan oleh pemacu motor yang diberikan dapat diubah), dan daya puncak yang dihasilkan oleh motor peranti akan menentukan kadar tindak balas sistem kawalan. Oleh itu, ia adalah kesimpulan yang agak jelas bahawa memilih produk kawalan yang kuat dan motor yang kuat akan memberi manfaat kepada pereka. Walau bagaimanapun, kadar tindak balas sistem kawalan hanya satu bahagian dari keupayaan sistem gerakan keseluruhan untuk bertindak balas terhadap arahan, iaitu lebar jalur sistem gerakan. Gabungan kekukuhan fizikal platform gerakan dan jalur lebar sistem kawalan menentukan keupayaan dinamik keseluruhan sistem. Memandangkan sistem kawalan dan motor yang sama, semakin tinggi frekuensi intrinsik sistem mekanikal, iaitu, yang lebih berat adalah, semakin besar jalur lebar frekuensi di mana sistem itu berjaya bertindak balas.
Secara umum, isyarat yang paling penting dalam kawalan gerakan adalah perintah pecutan. Percepatan adalah isyarat utama kepentingan kepada pengendali mesin kerana ia paling berkaitan dengan apa yang pengawal mesin sebenarnya mengawal, arus ke motor. Semasa yang diberi makan kepada setiap motor paksi adalah berkadar dengan daya yang dihasilkan oleh setiap motor. Daya yang dihasilkan oleh setiap motor adalah berkadar dengan pecutan yang dialami oleh tahap kebebasan ketika mesin bergerak. Kesalahan penjejakan, atau kesilapan yang disuntik ke dalam proses pengeluaran kerana ketidakupayaan sistem gerakan untuk mengikuti dengan sempurna trajektori yang diperintahkan, adalah berkadar dengan bahagian lebar jalur pecutan yang diperintahkan yang melebihi jalur lebar sistem gerakan. Sebuah kereta berdasarkan penggantungan, enjin, dan pemandu hanya boleh menyeberangi trek perlumbaan pada kelajuan tertentu; Jika ia dipaksa untuk menghidupkan kelajuan yang melebihi hadnya, ia akan lari jalan. Ini adalah sama untuk mesin pemprosesan laser. Dengan memahami jalur lebar perintah pecutan yang dihantar ke mesin dalam profil gerakan, serta jalur lebar respons atau dinamik mesin, kami mempunyai asas yang kukuh untuk memastikan bahagian -bahagian berkualiti tinggi dihasilkan pada maksimum maksimum. Sesetengah pengawal gerakan lanjutan sebenarnya menawarkan ciri-ciri yang membolehkan pengaturcara secara automatik mengambil kira jalur lebar sistem gerakan dan had diri arahan percepatan yang dihantar ke komponen mesin untuk mengelakkan terlalu banyak kesilapan daripada berlaku.
Menggabungkan konsep -konsep ini mewujudkan mesej yang bermakna untuk pereka mesin. Lebih banyak struktur bingkai, lenturan mesin dan getaran yang kurang akan menjejaskan hasil pemesinan, meninggalkan lebih banyak belanjawan ralat untuk kesilapan pengesanan dinamik. Semakin tegar reka bentuk mekanikal sistem gerakan, semakin tinggi jalur lebar sistem gerakan. Semakin tinggi prestasi produk kawalan yang digunakan, semakin tinggi jalur lebar sistem gerakan. Semakin tinggi jalur lebar sistem gerakan, semakin besar jalur lebar perintah pecutan yang dapat bertindak balas tanpa membuat tahap kesilapan bahagian yang sama. Semakin tinggi jalur lebar perintah percepatan yang dibenarkan tanpa membuat bahagian yang buruk, semakin cepat mesin dapat diperintahkan untuk melintasi kontur yang dikehendaki semasa pengeluaran bahagian. Oleh itu, pereka mesin harus mempertimbangkan setiap cara yang mungkin untuk memaksimumkan jalur lebar sistem kekakuan dan kawalan mesin untuk memaksimumkan proses proses tanpa menjejaskan kualiti bahagian.
