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设备简介

图1.1  激光打孔机整机

图2.2  辅助设备

      激光打孔机是最早达到实用化的激光加工技术，也是激光加工的主要应用领域之一。激光束在空间和时间上的高度集中，可以将光斑直径缩小到微米级从而获得很高的功率密度，几乎可以对任何材料进行激光打孔。例如，在高熔点金属钼板上加工微米量级孔径，在硬质碳化钨上加工几十微米的小孔；在红、蓝宝石上加工几十微米的深孔以及金刚石拉丝模具、化学纤维的喷丝头等。这一类的加工任务用常规的机械方法很难，有时甚至是不可能的，而用激光打孔则不难实现。

图2.4  加工成品图

工艺简介	激光打孔机主要是利用激光的高能量特点，通过调节激光的电流与焦距，在不同的材料上按照工艺要求进行加工。
原先方案	XY平台丝杠传动，采用松下伺服200W电机控制
新方案	XY平台改为直线电机传动
方案比较	对比旧方案，新的方案可以快速完成点到点的定位，具有高加速度，高精度的优势，大大提升了加工效率

调试过程
1.设计性能
      客户目标 1 秒内打孔 100 个，一共提出两种解决方案。
      1)XY 直线电机每运行到一个位置停止之后，激光进行打孔，打完孔之后，电机运行到下一个位置，然后再进行第二次打孔。
      2)XY 直线电机一直处于运行状态，激光头成周期性的在目标位置打孔。受激光头性能影响（不能快速高响应的触发），暂时不能测试，所以此次主要是测试第一种方案。

2.工艺详解

     

      图3.1  打孔流程示意图

      该工艺的难点主要在于上位，驱动以及激光发射器之间时间上的配合，即如何配合才能让激光发射出 去的时候，XY 轴刚好移动到位。目前是采用工艺流程如上流程图所示，即上位给出指令位置信号到伺服 驱动器，而电机完全到位时间根据示波器可以得出在延迟 25ms 的时间节点上，则上位可以在指令位置到 预到位时间 完全到位 激光发出 激光发射延迟时间 完成打孔 脉冲控制 P+D 华科大运动板卡 洛源 1.5kW 驱动 XY 直线电机 激光触发信号 到位时间位后，延迟 23ms 左右给激光触发信号，激光从触发到发出约 1ms。这样就可以保证在激光发出到加工件 的时候，XY 轴的直线电机的实际位置刚好移动到位，最大程度上的保证了加工精度。通过该工艺操作方 式，目前最高可以做到 1S 内加工 25 个孔，加工精度可达 1μm，精度满足客户需求，而传统丝杆类的加 工模式效率普遍在 1S5 到 8 孔之间，效率已经远低于目前的方案。

3.参数设置     
      脉冲电子齿轮比设置为 48000 个脉冲为 1 个磁极距。主要是因为该电机磁矩为 24mm，最小分辨率为 0.5um。所以选用 48000 刚好可以 1 个脉冲对应到 0.5um，不至于造成精度上的浪费。
4.波形图
     4.1电流环响应特性：

图4.1  上轴电流环响应特性

图4.2  下轴电流环响应特性

图4.3  上轴电流环波形

图4.4  下轴电流环波形

图4.5  上轴在工艺位的时候位置跟随误差

图4.6  下轴在工艺位的时候位置跟随误差

5.测试结果

性能上对比传统丝杆已经有了较大的提升，但是对于客户预期的1秒内100个孔还是有着比较大的距离。

应用总结
      洛源科技高阶版伺服驱动器，配套直线电机 XY 平台应用于高速激光打孔机，与传统丝杠结构相比，效率大 幅度提升 300%，由之前的 8 孔/秒提高到 25 孔/秒，精度更是达到了 1μm，提高了 10 倍。直线电机 XY 平台还有异乎寻常的精度保持性，这是传统丝杠结构完全无法提供的潜在价值。

客户建议&进一步需求

1.继续测试寻找各个间隔时间之间的最佳配合关系，找到最优解。

2.更换最新激光头，激光响应时间级别在皮秒级，几乎可以忽略不计，在此基础上继续提高打孔效率。
3.固件以及参数再次进行优化，尽可能的再次缩短到位时间，提升打孔效率。
4.加强对 XY 大理石平台的固定力度，这样可以将加减速度再次提升，而不至于导致平台晃动，从而达到提速的效果。
5.更换加工工艺，不采用一停一打的控制方式，而改为电机在高匀速运行中，激光头以固定频率连续打孔的加工方式，测试该加工工艺是否会提升效率。