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激光加工运动控制原理——振镜工作原理

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运动控制小正
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发表于:2022/10/14 9:58:03
#0楼
1.振镜工作原理

激光振镜是一种专门用于激光加工领域的特殊的运动器件,它靠两个振镜反射激光,形成 XY 平面的运动。激光振镜不同于一般的电机,激光振镜具有非常小的惯量,且在运动的过程中负载非常小,只有两个小的反射镜片X 和 Y,分别用不同的电机控制偏转,系统的响应非常快。
附件 1.jpg

激光振镜运动两种基本的运动:一种为跳转运动,一种为打标运动。

跳转运动的过程中,轴移动到要加工的位置,激光呈关闭状态,不影响轨迹的加工,因此可以以很大的速度运动。打标运动过程中,激光呈开启状态,进行轨迹的加工,因此用户需要根据实际加工要求设置合适的运动的速度。

振镜是一种优良的矢量扫描器件。它是一种特殊的摆动电机(激光振镜),基本原理是通电线圈在磁场中产生力矩,但与旋转电机不同,其转子上通过机械纽簧或电子的方法加有复位力矩,大小与转子偏离平衡位置的角度成正比,当线圈通以一定的电流而转子发生偏转到一定的角度时,电磁力矩与回复力矩大小相等,故不能象普通电机一样旋转,只能偏转,偏转角与电流成正比。

2.振镜控制系统基本结构

附件 2.jpg
振镜系统的由以上几个部分组成一个基础系统,其中振镜头主要元件为 X/Y 两个反射镜片、分别控制X/Y 镜片旋转的两个电机,根据实际需求还可加入人机操作系统、编码器等。

3.对控制器的基本要求
因为激光打标机是靠 X/Y 振镜偏转的配合,将激光反射到工作台面上,进行精确的雕刻。而振镜的控制是由控制器开环控制的,所以要求必须为线性,即输入信号同偏转角度之间为线性关系。因振镜是快速精密机械,所以要求从一个工作状态到另一个工作状态要求加速度越大越好,这样打标空等时间就无限小。

振镜运动采用缓冲区运动方式,即用户需要向轴运动缓冲区传递运动及工艺数据,然后启动缓冲区运动,运动控制器则会依次连续执行用户所传递的运动数据,直到所有的运动数据全部运动完成。 在激光振镜运动控制系统中不但有运动的控制,还有激光的控制。如何有效地处理振镜运动和激光开关的配合是一个很重要的问题,只有有效的协调了激光和运动的关系,才能运动出精确的轨迹。

运动控制:打标运动时,激光会按照设定的打标速度沿着给定的打标轨迹运动,在执行打标相关指令 时,激光振镜运动控制器会自动开启激光。如果下一条仍是打标指令,激光一直呈开启状态,直到最后一 条打标指令结束,或缓存区指令执行完毕,中途在缓冲区若遇到跳转指令,则激光自动关闭,直到遇到打 标指令,激光才重新开启。开始运动前为保证打标轨迹正确需调整振镜坐标,同时清空缓冲区。

激光控制:主要包括控制激光的开关控制与发出激光的时长,控制激光的开断使用 OP 指令,激光能量 的控制可根据激光器的不同,对应通过模拟量,数字量输出口,以及输出口 PWM 的占空比对应控制能量的 大小。

4.主要应用
主要用于激光打标,包括激光切割、舞台灯光控制、激光打孔等。是一种非接触式、无污染、无磨损 的新标记工艺,采用自动化控制,可靠性大大提高。激光打标是利用高能量密度的激光束,随着激光束在 材料表面有规律的移动,同时控制激光束的开断,使目标材料表面发生物理或化学变化,激光束就可以在 材料表面加工出一个指定的图案。

相比传统标记工艺,激光打标有如下优点: 标记速度快,字迹清晰。 非接触式加工,污染小,无磨损。 工作方便,防伪能力强。 高速自动运行,生产成本低,运行可靠。

5.ZMC408SCAN 控制器激光振镜接口
ZMC408SCAN是正运动技术新推出的一款支持EtherCAT总线的开放式激光振镜运动控制器,专为工业激光+振镜+运动控制方面的应用而设计。通过EtherCAT总线和脉冲轴接口能实现多轴运动控制。

控制器包含多种类型的激光接口,可通过8路高速输出口(支持PWM功能和PSO功能),实现高精度多轴联合运动与激光的同步控制。

内部集成了激光控制、振镜控制、总线轴/脉冲轴控制的独立式运动控制器。控制器本身支持4路脉冲轴控制和两组XY振镜轴接口(带振镜反馈),支持最多16路运动轴的复杂的连续轨迹控制需求,可实现振镜轴+脉冲轴+总线轴的混合插补。
附件 3.jpg

控制器的接口说明如下表:
附件 4.jpg

PC可通过串口和网口连接到控制器,下发指令给控制器处理。通过RS232、RS485和网口可与外部设备通讯。连接扩展的IO模块可使用EtherCAT或CAN总线接口。

具备标准的激光振镜接口SCAN和激光电源控制接口LASER,同时提供一个EXIO扩展接口灵活扩展外设。

运动与激光控制的参考架构如下图:

附件 5.jpg

EXIO扩展IO接口:

激光电源控制接口除了定义好的LASER之外,还有个EXIO接口可灵活配置,做数字IO接口或其他激光器的转接口,转接板可灵活定制。

附件 6.jpg



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fan52Q
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发表于:2022/10/17 18:07:28
#1楼
表情
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发表于:2022/10/19 7:43:58
#2楼
楼主好像对打标机很了解,SPI的光纤激光器有用过吗?
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