Enamikul suuremahulise tööstusliku lasertöötlusega tuttavatel inimestel on olnud suure läbilaskevõimega laser-CNC-masin, mis lõikab peadpööritavatel kiirustel suuri terasplaate ja torusid. Need meist, kes on laser-mikromahises, kus osa kvaliteet sõltub mikronitaseme töötlemise täpsusest, mõtlesid, kas suudame saavutada nii kõrge masina läbilaskevõime ja toota endiselt väga täpseid osi. Vastus on jah - ja siis saab küsimus "kuidas?" Selles artiklis uuritakse masina kujundamise ja juhtimise põhilisi kaalutlusi, millega tuleb olla tuttav, et saavutada maksimaalne läbilaskevõime täppislaseri mikroprotsessorist.
Tootmisprotsessis on vastuvõetavate osade määramise kriteeriumid sageli vaieldamatu. Osa tolerantsid on määratletud osa normaalse või ohutu toimimise nõuetega. Nad määratlevad tootmisprotsessi lubatud veaeelarve. Seejärel on veaeelarve "ammendunud" erinevad veaallikad, mis tulenevad masina kujundamisest, kontrolleri funktsionaalsusest ja lasermaterjali interaktsioonidest töötlemise ajal. Läbilaskevõime maksimeerimise võti ülitäpsete osade tootmisel on dünaamiliste jälgimisvigade jaoks võimalikult palju veaeelarvet jätta. Helisüsteemi ja konstruktsioonide kujundamise põhimõtete järgimine ning võimsa liikumiskontrolleri valimine - see, mis võtab dünaamilise jälgimisvea eelarve maksimaalse eelise - maksimeerib läbilaskevõime ja seetõttu on laser mikromasingusüsteemide majanduslik põhjendus.
Tootmissüsteemi konstruktsiooniehitus on tootmissüsteemi võime parandamiseks suure läbilaskevõimega. Juhtimissüsteemi vigade tagasilükkamiseks ja minimeerimiseks peavad süsteemis liikumise "nägemiseks" kasutatud andurid suutma jälgida tööriista ja osa vahelist suhtelist liikumist. Enamikus süsteemides ei jälgi need andurid otseselt tööriistaotsa, st laserpunkti liikumist; Selle asemel tuletavad nad oma teabe optilisest lugemistest, mis vaatavad liikumissüsteemi mehhanismi manustatud kooderi skaalat (tegelikult joonlauda). Seetõttu peab disainer, et salvestada kontrolleri dünaamilise jälgimise eelarve jaoks võimalikult palju veaeelarvet, minimeerida painde või vibratsiooni tõttu raami sees olevaid jälgitamatuid vigu. Jälgimatu vea minimeerimise võti on konstruktsiooni jäikuse maksimeerimine. Üks viis maksimaalse jäikuse saavutamiseks on masina konstruktsioonisilmuste pikkuse minimeerimine. Struktuuriline silmus on jõudude tee, mis on genereeritud masina liikumisel, mis vastab vastavate struktuurielementide loodud jõududele või on võrdne või vastupidine. Kujutage ette, et masina konstruktsioonielemendid moodustavad materjalid moodustavad tuhanded pisikesed vedrud, mis on ühendatud järjestikku. Rohkem vedrude lisamine tandem -ahelale vähendab tegelikult keti jäikust. Seetõttu peaksid disainerid masina jäigastamiseks lühendama vedru elementide struktuurilise "ahela". Lisaks muudab vedruelementide lisamine paralleelselt ahela jäigemaks. Jäikuse maksimeerimiseks peaksid disainerid inertsiaalsete jõudude toetamiseks masina raami lisama koondatud konstruktsioonielemente. Mida jäigem masin, seda rohkem süstitakse energiat struktuuri, põhjustamata soovimatut liikumist. See võimaldab kasutajal kiiremat kiirendust ja energiat liikumistasu elemente kiiremini lükata, minimeerides samal ajal jälgimatuid töötlemisvigu. Joonis 1 allpool kujutab masina konstruktsioonielementide ja vedruelementide seeria ja paralleelne ühendus.
Joonis 1 näitab. Sarmide lisamine järjestikku muudab vedrukett vähem jäigaks, samas kui vedrude lisamine muudab vedru ahela jäigemaks. Seda põhimõtet saab kasutada masina konstruktsiooniahela jäikuse maksimeerimiseks.
Jängem masin, mis võimaldab rohkem energiat süstida ilma paindeta, säästes rohkem mujal veaeelarvet, on kohene paranemine. See sillutab teed järgmisele fookusvaldkonnale läbilaskevõime parandamisel: masina dünaamika põhimõtted. Liikumisplatvormide ja nagide jäikuse suurenemisel ka nende sisemine sagedus. Kui nende sisemine sagedus suureneb, ka nende kontrollitavus ja tootmiskiirus.
Igal liikumistrajektooril - laserpunkti loomiseks vajalikul teel - on iga telje jaoks spektrisisaldus, mis on seotud liikumise genereerimisega. Igal telje käsul on teatav sinusoidaalne sagedusriba, mida selle esindamiseks tuleb esindada matemaatilises seerias või summeerimisel. Joonis 2 allpool toodud näide astmefunktsioonist ja selle sinusoidsest lähendusest, kasutades piiratud ribalaiust.
Joonis 2. Astmefunktsiooni lähendamine, kasutades siinuslainet tasemete ja summade osas. Mida rohkem ligikaudse laine sagedusi või ribalaiusi kasutatakse, seda lähemal on ligikaudne funktsioon astmefunktsioonile. Funktsioon astmefunktsioon nõuab selle suurepäraseks esindamiseks lõpmatut arvu sinusoidide etappe, kuid sujuvat funktsiooni saab tähistada piiratud arv samme või ribalaius.
Selles astmefunktsiooni näites on etapi täiuslikuks lähenemiseks vajalik lõpmatu ribalaius, mis muudab selle reaalses masinas rakendamise võimatuks. See on üks peamisi põhjuseid, miks liikumisprogrammeerijad üritavad vältida masinasse saadetud käskude katkematusi. Joonisel 2 näidatud põhimõte kehtib iga käsusignaali kohta. Kui liikumisprofiil on mitmemõõtmeline ja hõlmab mitut liikumisteelt telge, muudab profiili läbivate kiiruse kiirust igale vastavale teljele saadetud käskude ribalaiust. Selle suhte lihtne näide on ringi loomiseks kahe telje kasutamine. Põhilise trigonomeetria korral sõidavad kaks telge läbi ringi, kogedes sinusoidaalset lainet positsioonis, kiiruses ja kiirenduses. Siluslaine sagedus, mida igal teljel palutakse teostada, on võrdeline ring, millega ring möödub. Mida kiiremini on vaja masinat ringi liikuda, seda suurem peab iga telje siinuslaine sagedus olema võimeline toimima positsioonis, kiiruses ja kiirenduses. Käsuprofiili käivitamiseks vajaliku liikumise telje korral peab selle profiili ribalaius olema liikumissüsteemi ribalaiuses. Täpselt nii, igal liikumissüsteemil on ribalaius.
Juhtimissüsteem tugineb tagasisidesignaalidele, servo juhtimissilmustele ja võimsatele mootoritele, et reageerida käskudele ja vastata tegelikele tulemustele soovitud tulemustega. Juhtimissüsteemi reageerimisvõime sõltub sellest, kui kiiresti saab kontroller otsuseid teha ja mõjutada, kui tegelik liikumine ei vasta täpselt käsustatud liikumisele. See "juhtimissüsteemi reageerimisvõime" sõltub peaaegu täielikult kasutatud juhtimistoote spetsifikatsioonidest ja kujundamisest. Sellised spetsifikatsioonid nagu trajektoori genereerimise kiirus, voolu sulgemise kiirus (kiirust, millega antud mootori draiviga genereeritud voolu saab muuta), ja seadme mootori genereeritud tippjõud määravad juhtimissüsteemi reageerimiskiiruse. Seetõttu on see mõnevõrra ilmne järeldus, et disainerile on kasu võimsa juhtimistoote ja võimsa mootori valimine. Juhtimissüsteemi reageerimismäär on aga ainult üks osa kogu liikumissüsteemi võimest reageerida käskudele, st liikumissüsteemi ribalaiusele. Liikumisplatvormi füüsilise jäikuse ja juhtimissüsteemi ribalaiuse kombinatsioon määrab kogu süsteemi dünaamilise võime. Arvestades sama juhtimissüsteemi ja mootorit, seda suurem on mehaanilise süsteemi sisemine sagedus, st seda on jäigem, seda suurem on sagedusribalaius, kus süsteem suudab edukalt reageerida.
Üldiselt on liikumise juhtimise kõige olulisem signaal kiirenduskäsk. Kiirendus on masinaoperaatorile huvipakkuv peamine signaal, kuna see on kõige tihedamalt seotud sellega, mida masinakontroller tegelikult kontrollib, mootorite vool. Iga teljemootori külge toidetud vool on võrdeline iga mootori tekitatud jõuga. Iga mootori poolt genereeritud jõud on võrdeline masina liikudes selle vabadusastmega kiirendusega. Jälgimisviga või tootmisprotsessi süstitud tõrge, kuna liikumissüsteemi suutmatuse tõttu käsitatavat trajektoori täiuslikult järgida, on võrdeline käsuga kiirendusribalaiuse osaga, mis ületab liikumissüsteemi ribalaiuse. Vedrustusel, mootoril ja juhtpõhine auto saab võistlusraja ületada ainult teatud kiirusel; Kui see on sunnitud pöörduma kiirusega, mis ületab selle piire, jookseb see teelt välja. See on sama lasertöötlemise masinate puhul. Mõistes nii liikumisprofiilis masinale saadetud kiirenduskäskude ribalaiust kui ka masina reageerimise või dünaamika ribalaiust, on meil kindel alus kvaliteetsete osade tagamiseks maksimaalse läbilaskevõimega. Mõned täiustatud liikumiskontrollerid pakuvad tegelikult funktsioone, mis võimaldavad programmeerijal automaatselt arvesse võtta liikumissüsteemi ribalaiust ja piiravad ise masinakomponentidele saadetud kiirenduskäsud, et vältida liiga palju vigu.
Nende mõistete ühendamine loob masinakujundajale tähendusliku sõnumi. Mida jäigem on kaadri struktuur, seda vähem mõjutavad masina painutamine ja vibratsioon töötlemise tulemusi, jättes dünaamiliste jälgimisvigade jaoks rohkem veaeelarvet. Mida jäigem on liikumissüsteemi mehaaniline disain, seda suurem on liikumissüsteemi ribalaius. Mida suurem on kasutatud juhtimistoodete jõudlus, seda suurem on liikumissüsteemi ribalaius. Mida kõrgem on liikumissüsteemi ribalaius, seda suurem on kiirenduskäskluste ribalaius, millele see saab reageerida ilma osa vea sama taseme tekitamata. Mida kõrgem on kiirenduskäskude ribalaius lubatud ilma halba osa loomata, seda kiiremini saab masina käsu soovitud kontuurist läbi viia osade tootmise ajal. Seetõttu peaksid masinakujundajad kaaluma kõiki võimalikke viise masina jäikuse ja juhtimissüsteemi ribalaiuse maksimeerimiseks, et maksimeerida protsessi läbilaskevõimet, kahjustamata osade kvaliteeti.
