凌华科技：实现精密激光加工应用的运动控制新挑战(2)

实时呈现PWM控制能力

传统运动控制卡的PWM控制，均采用Duty单一控制方式，且通过软件控制，会面临无法实时且稳定控制PWM的时序。为了应对不同速度与不同图形，新一代运动控制卡采用更多种控制方式，包含频率调变(Frequency Modulation)、带宽调变(duty Modulation)、混合调变(Blend Modulation)，如图六所示，此控制方式会由硬件控制来完成，此PWM能在各种切割速度下呈现出不同能量的表现，因此需建立一对应的能量表，以防止发生『过融现象』，此能量控制就称(VAO)，如图七所示。

▲ 图六 Multi-PWM控制模式

▲图七 VAO

Multi-VAO方便动态切换

PWM采用Multi-VAO方式方便因切割材质的不同，达到深浅切割效果，让路径切割可以一次完成，无须重复路径再切割，如图八所示;大幅缩短生产时间，也提供生产效能。

▲图八 Multi-VAO

精确的运动轨迹跟随与简易PID调教

为了达到更好更精确的切割图形，新一代高端运动控制卡采用全闭回路(Full close loop)方式控制，并达到更小的Error count误差，在整体上相比一般控制卡有较高性能，跟随能力误差都相当小，如图九所示。为了达到高精确的跟随能力，需采用PID控制系统，但为了缩短PID调教时程，用户可通过Easy tuning的程序辅助，在短时间内调出最佳PID参数设定，如图十所示，可大幅提升性能，并简化操作性!

▲图九最佳的跟随能力，紫色为追随误差

▲图十 Easy tuning tools

自动速度规划与图形路径规划

通过Softmotion的算法，新一代运动控制卡可根据用户所提供的图形数据，自动规划出优化图形路径规划，以缩短不必要的路径并提升切割速度与平滑度。如此一来可减少不必要的重复，大大的提升产能。

利用Softmotion内的前瞻规划(LookAhead)功能，当运动轨迹有较大角度的转折时，Softmotion会自动计算并提早降速，让机构可以顺应平滑的速度，平顺的完成轨迹的移动。

如此复杂功能的实现，用户仅需要输入3个系统参数，分别是「最大速 (Max. Velocity)」、「最大加速度 (Max. Acceleration)」以及「容许误差量 (Tolerance)」(如图十二)。通过Softmotion的内部规划，即可达成复杂图形的轨迹运动。

▲图十一LookAhead function

▲图十二MotionCreatorPro 2 速度规划设定

实证绩效

通过以上几点新功能与新技术的研发，证明凌华科技新一代的运动控制卡在激光切割效果上有很好的表现，其速度规划都让机构有最佳的跟随性，使得整体加工误差被控制在极小范围内。

表一为实际测试设备规格如下，机构部分采用伺服马达(Servo Motor)及滚珠导螺杆(Ball Screw)，最大运动速度为800 (mm/s)。经过凌华科技Easy-Tuning软件调试后，取得优化闭回路PID参数，使得整体机台的控制表现在±2误差单位 (在此物理量为5um)。

因加工是由4,500个小线段所组成的图形(如图十三)，并特别取得四个弯角段及四段长直线段的误差数据(如表二)，而整体激光加工的弯角轨迹误差小于2.2um，长直线端的轨迹误差更小于0.5um。

通过以下区域放大图片中，可清楚的看到激光能量是均匀地控制在一定范围，并显示实际加工轨迹是平滑无抖动。也由此可左证凌华科技新一代的运动控制卡不仅能实现一般多轴插补运动，同时可实现在如激光切割等复杂的图形加工。而板上所实现的实时激光强度与回馈速度追随，更可有效节省系统CPU资源，并保证其加工效能。。

▼表一 Test Equipment Specification

▲ 图十三 Easy tuning tools

▼表二 Trajectory Tolerance

▲R1 65倍放大                              ▲R2 65倍放大

▲R3 65倍放大                    ▲R4 65倍放大

▲ L 65倍放大