Aerotech 全新雷射觸發控制技術 – Part Speed PSO

Part-Speed Position Synchronized Output (Part-Speed PSO) 是一種全新的雷射觸發控制技術,相對於已經於雷射產業應用多年的位置同步輸出技術,Part-Speed PSO 可以基於向量速度進行超低延遲時間, 高即時性, 高速度的位置同步輸出.

延伸PSO 的控制技術

Aerotech的PSO運動控制技術已經在工業界與研究領域被大量應用到各種科技上,例如雷射切割,雷射鑽孔,雷射微細加工,或者感測器資料擷取,甚至視覺影像擷取等.PSO主要被用於高重複頻率的應用,並且需要有極低 (ns) 等級的延遲時間.事實上,PSO能夠將製程與運動控制進行無縫整合,是Aerotech運動控制器在市場上極受歡迎的原因.

PSO通常需要直接取得最多至三軸的位置回饋資訊 (編碼器,或光學尺等),以計算移動的向量距離.事實上,直接取得位置回饋確實有技術上的優點,但是有些應用難以做到這一點.由於計算PSO觸發間距的方法使用的是向量和,傳統的直角座標系統X/Y/Z可以順利使用PSO.但是傳統而言,五軸系統或者並聯式多軸系統,難以做到PSO的向量觸發.

Part-Speed PSO讓使用者在位置回饋並非線性回饋,或者無法取得位置回饋的情況下,可以仍然使用PSO.使用Aerotech A3200 運動控制器的Part-Speed PSO,PSO輸出可以基於"功能機械"相對於工件的速度命令.這個功能可以讓PSO可以用於一些新的領域,例如:

1. 工件的空間座標系與機台的移動軸座標系不在相同的座標系,通常原因在於:

  • X/Y/Z位置命令使用動態座標轉換,例如(四軸系統, 五軸系統, 三軸雷射掃描頭, 甚至史都華平台 (並聯式六軸平台, Hexapods) 等等)
  • 刀具垂直於工件加工使用旋轉軸進行調整
  • 使用非線性軸達成線性移動 (圖三顯示系統在Y方向運動是使用移動Y軸與旋轉A軸達成)
2. 用於PSO硬體的編碼器回饋無法取得,可能的原因包含:
  • 與PSO硬體裝置不相容的訊號格式 (例如絕對式編碼器或光學尺)
  • 希望降低配線複雜度

Part -speed -psd -figure 1_new

圖三 本範例為一套五軸系統,使用這個架構,使用者在”工件座標系"進行X/Y/Z程式編輯,但運動控制命令最後下達的會多達五個真實軸(X/Y/Z/A/B),通常A/B軸被用於維持功能機械(刀具)與工件表面維持垂直.

如何進行Part-Speed PSO的程式開發?

以下範例使用三軸作為本範例架構:
  • X與 Y軸為工件座標系的虛擬軸
  • x為真實軸 (換而言之,實際上有硬體連接的移動平台

需要了解到的,是x可能並非唯一的真實軸有進行運動命令下達,然而,x軸是唯一一軸有實際上的PSO硬體輸出與配線.要達到Part-Speed PSO,主要靠的是延伸目前已經存在的A3200 指令使用:

  1. PULSE SET OUTPUT 在新的軟體已經可以產生一組"內部"訊號,可以被設定為PSO的"輸入"
  2. The PSOTRACK INPUT 指令與PSOWINDOW INPUT 指令可被設定為PULSE輸出
PULSE SET OUTPUT指令是為了建立哪一個軸用來產生"被追蹤"的速度命令,其被用於計算向量和.在這個範例程式中,A3200追蹤了虛擬軸X與 Y軸,而PULSE SET OUTPUT指令,被用來判斷哪一個驅動器會收到這個速度命令,在這個範例中,該驅動器為真實軸”x”軸.真實軸”x”軸將會收到所有的PSO指令,包含PSOTRACK INPUT指令. 

設定Part-Speed PSO的範例程式
(Download Text File of Complete Program)

Part -Speed -Program -Screenshot


在另一篇最近的Aerotech 技術文章, Customized Relationships and Coordinated Motion with AXISSTATUSFAST, 其討論到使用者如何設定進階的動態座標轉換.雖然在本文章並非完整討論此議題,但通常該功能"動態座標轉換"會在另外一個程式Task下運行,而Part-Speed PSO結合動態座標轉換,可以將這個最新的運動控制技術發揮出來.

由於程式內使用虛擬軸做撰寫,並且使用虛擬軸的速度命令,作為PSOTRACK INPUT的速度命令,一組獨立的動態座標轉換程式指令,就可以基於工作位置,有效的移動"真實軸",並且以空間中該位置進行PSO輸出.

使用Part-Speed PSO 需要考量的技術問題

以下為導入使用Part-Speed PSO需要考慮的技術問題

1. PULSE command pulse generator 輸出的上限為24 MHz輸出頻率,而CountsPerUnit參數與虛擬軸的程式速度(進給速度)將會決定PULSE command pulse generator的輸出頻率.最高的虛擬軸程式編輯速度(FeedRate),可以由下面公式計算出來.

FeedRate = EncoderCountFreq/CountsPerUnit

where EncoderCountFreq = 24 MHz.

2. CountsPerUnit為虛擬軸的移動解析度,需要選擇小於PSODISTANCE指令的數字.(參考上面範例程式)

3. 於Aerotech 驅動器上的PSO outputs 最高輸出頻率有其上限,參考Aerotech應體使用手冊.使用相關的頻率上限,最小的脈波間隔的計算公式如下:

MinSpacing = FeedRate/LaserOutputFreq

其中,LaserOutputFreq 也就是上述Aerotech 驅動器的最高PSO輸出頻率

總結

Aerotech 在工業雷射加工大量被運用的PSO功能,在過去必須要取得編碼器資訊,或者必須要受限於軸系架構為直角座標系,搭配新的Part-Speed PSO功能後,使用者可以將PSO使用於許多更進階的軸系架構,如四軸,五軸系統,或者並聯式史都華平台,或者用於絕對式編碼器回饋等特殊場合.Part-Speed PSO可以有效地降低程式複雜度,提升多軸平台場合的加工品質,達到高速度,高品質的雷射加工.