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精密雷射掃描系統(tǒng)的特點(diǎn)在于其能夠在保持預(yù)期路徑位置的同時(shí)執(zhí)行具有挑戰(zhàn)性的輪廓運(yùn)動(dòng)。這可以稱為“最小追蹤誤差” 或 “最小追隨誤差”。實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)能、高精度雷射掃描系統(tǒng)涉及多種因素。為簡(jiǎn)化說(shuō)明，必須有兩個(gè)主要技術(shù)元件協(xié)同工作以提供這種性能：

1、機(jī)械解決方案 - 雷射掃描頭本身。

2、控制解決方案 - 雷射掃描頭的運(yùn)動(dòng)控制器和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

雷射掃描頭通常由鏡片兩片鏡片組成，每片鏡片都直接耦合到其自身的伺服控制馬達(dá)，并配有精密反饋裝置。這些馬達(dá)-鏡片-反饋元件的設(shè)計(jì)及其相關(guān)的機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)為整體系統(tǒng)的潛在性能設(shè)置了基準(zhǔn)。為了進(jìn)行此應(yīng)用說(shuō)明中描述的測(cè)試，使用相同的機(jī)械設(shè)置來(lái)比較兩個(gè)不同的控制平臺(tái)。

控制解決方案始于運(yùn)動(dòng)控制器，將期望的軌跡（通常使用G-Code編程語(yǔ)言描述的弧線和直線）轉(zhuǎn)換為一系列控制點(diǎn)（稱為“軌跡點(diǎn)”），然后這些控制點(diǎn)被發(fā)送到獨(dú)立的伺服控制器——每個(gè)馬達(dá)一個(gè)。這些點(diǎn)是伺服控制器的輸入，伺服控制器對(duì)這些點(diǎn)進(jìn)行內(nèi)插以匹配伺服控制回路的操作速率。為了實(shí)現(xiàn)高度精確的矢量運(yùn)動(dòng)，每個(gè)獨(dú)立的伺服控制器必須同步接收和使用這些命令位置。這種同步控制使功率放大器的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)成為可能，從而控制雷射掃描頭中每個(gè)馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)，最終為過(guò)程提供精確的矢量雷射點(diǎn)位置。

為了控制AGV20HP-2振鏡掃描儀，將新Automation1運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)的能力與業(yè)界標(biāo)竿A3200運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)的能力進(jìn)行了比較。請(qǐng)參見表1以比較這些系統(tǒng)。

表1. 本應(yīng)用說(shuō)明中測(cè)試的 Automation1 和 A3200 控制系統(tǒng)比較。

軌跡以機(jī)械角度（鏡面旋轉(zhuǎn)）指定，而不是雷射束的光學(xué)角度。 如表1所示，Automation1 運(yùn)動(dòng)控制器生成軌跡點(diǎn)的速率是 A3200 控制器的兩倍多。這使得 Automation1-GL4 能夠?qū)⑵渌欧刂祁l率提高4.2%（從192kHz到200kHz），并將所需的內(nèi)插速率從1:4降低到1:2。

圖1. Aerotech 的 Automation1-GL4 是一款高性能的雙軸雷射掃描頭驅(qū)動(dòng)器。從這些測(cè)試結(jié)果中可以看出，當(dāng)與 Automation1-iSMC 運(yùn)動(dòng)控制器配合使用時(shí)，其性能更是出色。

雷射掃描頭性能測(cè)試 雷射掃描頭通常利用特殊光學(xué)器件將鏡片的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為雷射點(diǎn)沿工件的線性運(yùn)動(dòng)。本說(shuō)明中進(jìn)行的測(cè)試僅僅是測(cè)量驅(qū)動(dòng)各個(gè)鏡片的每個(gè)馬達(dá)的位置，而不是測(cè)量物理雷射過(guò)程的實(shí)際性能。相反，這些測(cè)試假定根據(jù)編碼器反饋提高馬達(dá)定位性能，將轉(zhuǎn)化為整體系統(tǒng)級(jí)性能的改進(jìn)。

第一個(gè)測(cè)試顯示了在軌跡轉(zhuǎn)換過(guò)程中不應(yīng)用有限脈沖響應(yīng)（FIR）濾波器時(shí)，運(yùn)動(dòng)控制器運(yùn)行上述軌跡的性能比較。第二個(gè)測(cè)試包括每個(gè)運(yùn)動(dòng)控制器應(yīng)用的FIR濾波器。在每個(gè)控制器上，選擇的FIR濾波器抽頭數(shù)量使伺服回路頻率響應(yīng)的衰減類似于更高頻率內(nèi)容。

表2. 測(cè)試 #1 - 無(wú) FIR 濾波 - 如馬達(dá)編碼器讀取的所描述軌跡的位移誤差 描述 單位 Automation1 A3200 Automation1 改進(jìn)

Figure 2. Test #1 – No FIR filtering

表3. 測(cè)試 #2 - 應(yīng)用 FIR 濾波 - 如馬達(dá)編碼器讀取的所描述軌跡的位移誤差

Figure 3. Test #2 – FIR filtering applied.

總結(jié)

總而言之，Automation1 運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)在雷射掃描頭系統(tǒng)中的增加軌跡速率、提高伺服速率和降低所需的內(nèi)插速率顯著改善了通常稱為“追蹤”或“跟隨”輪廓運(yùn)動(dòng)的性能。