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超精密激光微加工提高大型工件的加工效能

文章来源:本站   发布时间:2021-05-10 18:06:00   点击数:720   【

当下,激光技术逐渐精透,应用领域也愈发广泛,在诸多微加工应用中,人们需要对大幅面进行高精度加工。以前的高精度扫描系统必须配置短焦距的光学组合才能实现。但是,短焦距意味着有限的扫描幅面。为了克服此难题,通过同步控制扫描头和XY平台来实现快速、精准的扫描.有了XLSCAN,加工区域仅受机械轴的行进路径限制, 因此加工幅面在理想状态下可以扩展到无穷大.众多应用案例已表明, 扫描头和XY工作台的联动加工可以大幅度提高产能。

  一、新型伺服控制方法助力更高精度

  在传统的同步控制扫描头和XY工作台的系统中, 相对高速运动的扫描头会对低速的运动平台带来的位置偏差进行实时补偿。质量惯性及各系统的伺服控制回路设计会引起跟踪误差(即响应延迟),这意味着实际位置会暂时偏离设定位置。只有在经过一定时间后,且在引发的系统瞬时振动之后,运动点才能到达所设定的位置. 由此可见,由于时间滞后而引起的偏差这一物理约束明显降低了系统精度. 在实际加工过程中,人们也尝试通过预估值来推算低速运动的XY平台可能产生的偏差. 但是这种方法只对低速且无中断的平台运动有效.当运动路径出现拐角, 该方法产生的定位偏差将尤其明显。

  XL SCAN采用全新的控制方法。它的syncAXIS控制软件应用了智能过滤器来控制扫描头和XY工作台,从而让每一个系统的物理约束在集成轨迹规划的最开始就被考虑在内. 整个XLSCAN系统的跟踪误差为0。两个系统(运动平台和扫描头)的位置都可以在非常短的周期内(10µ)以微米级的精度相互协调。这使得XL SCAN的精度领先于市场上其他由同步扫描头和XY工作台组成的联动控制解决方案. 在高速工作的情况下, XL SCAN的优势更加明显. 正因为整个系统的振荡得以消除,XL SCAN的精度仅受单个系统(即扫描头或运动平台)的精度的限制。

  二、延伸出的激光控制技术

  syncAXIS控制软件的轨迹规划不仅仅增强同步控制精度,它还可以实现对先进的超短脉冲(USP)激光器的更多样的精确管理和调整。加工图案的准确执行完全由用户自行构造配置, 我们也提供诸多选项可供用户选择. 例如,操作员可以给加工图像设定各种轨迹参数,如脉冲间隔, 单个激光光斑强度和可容许的转角圆弧度等等。

  光斑距离控制(SDC)也是该系统的亮点之一。它使得作用在工件上的激光脉冲间隔稳定且可控.传统的脉冲控制系统依赖于估算和推断定位,使得系统分辨率受物理层面的约束.由于XLSCAN系统的跟踪误差为0,激光脉冲沿扫描路径的精确定位输出完全符合用户设定的脉冲间距。

  三、利落的边缘和连贯的加工

  特别是对于切割应用,稳定的脉冲间隔对于加工结果和切割边缘的质量至关重要。其他具有脉冲控制的系统仅允许通过两个脉冲的中间点来定义两个脉冲之间的距离. 而XLSCAN的脉冲控制方式以考虑精度为优先条件.它允许激光脉冲间隔不仅可以根据激光路径中心线来调整,而且可以根据光斑路径内部或外部轮廓来调整.这确保了均匀的能量分布和工件边缘的精确加工. 在图4中,工件边缘激光脉冲的等间隔分布(蓝线)描述了这一功能. 对于敏感的工件材料(例如薄膜), 这种方法可以避免烧焦和切割不均匀.

  四、产能最优化与并行化

  前瞻性轨迹规划不仅提供精确的、无跟踪差错的加工,而且还结合用户特定的公差限度充分发掘系统的最大能动性, 让系统待用时间得到最小化. 当传统的系统执行凌空书写时,激光器会在扫描头加速阶段完成之后才打开, 以保证激光加工速度恒定.XLSCAN的轨迹规划通过提前考虑物理约束和定义公差,避免了动用凌空书写。这样一来,因激光路径复杂而产生的频繁的加速以及其所耗时间得以避免和节省,有效提高了产能。



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