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激光在軍事和工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用以來(lái)，各種控制手段伴隨著這種全新的加工工具在各行各業(yè)不斷的進(jìn)步，如今，高頻高精度控制成為激光應(yīng)用的一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)，隨著各種新型激光模式的出現(xiàn)，自動(dòng)控制也正在
激光加工的舞臺(tái)上以日益精密的技術(shù)展現(xiàn)著自己的風(fēng)采。
"s']@Qv }2sc|K^ 80年代中期，激光在中國(guó)工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域開(kāi)始嶄露頭角，90年代初，由于工具行業(yè)出口量的增加，激光標(biāo)刻開(kāi)始成為必不可少的加工手段。激光標(biāo)刻屬于一個(gè)比較特殊的行業(yè)，其原理是利用聚焦后的光束對(duì)作用物表面進(jìn)行短時(shí)間淺層刻蝕或燒蝕，使其作用區(qū)異于未處理區(qū)以達(dá)到標(biāo)記的目的。由于對(duì)加工效率和效果有著非常高的要求，因此，從一開(kāi)始高速度和高精度的自動(dòng)控制在這一領(lǐng)域就得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，從1995年到2002年短短的7年時(shí)間，控制在激光標(biāo)刻領(lǐng)域就經(jīng)歷了大幅面時(shí)代、轉(zhuǎn)鏡時(shí)代和振鏡時(shí)代，控制方式也完成了從軟件直接控制到上下位機(jī)控制到實(shí)時(shí)處理、分時(shí)復(fù)用的一系列演變，如今，
半導(dǎo)體激光器、
光纖激光器、乃至紫外激光的出現(xiàn)和發(fā)展又對(duì)
光學(xué)過(guò)程控制提出了新的挑戰(zhàn)。
>$gWeF u cJ 5":^O 以控制對(duì)象分類，標(biāo)刻控制可以分為三種：光束控制、對(duì)象控制和飛行控制。其中，光束控制是應(yīng)用最廣泛的，對(duì)象控制主要是針對(duì)特殊行業(yè)，而飛行控制將是激光標(biāo)刻控制在未來(lái)的主要發(fā)展方向。顧名思義，光束控制指固定作用對(duì)象，直接控制光束在作用物表面的移動(dòng)和停留，由于作用對(duì)象的尺寸和質(zhì)量不盡相同，直接控制對(duì)象的方式難以提高加工速度，因此這種控制手段從一開(kāi)始就成為主要的控制方式；對(duì)象控制指固定光束，控制作用對(duì)象的移動(dòng)和停留，這種控制手段主要應(yīng)用在對(duì)象體積比較小、質(zhì)量比較輕，同時(shí)對(duì)控制精度要求比較高而控制過(guò)程不太復(fù)雜的行業(yè)，例如硅片、晶元和工業(yè)用陶瓷等材料的劃片行業(yè)；飛行控制指同時(shí)控制光束和對(duì)象的移動(dòng)和停留，這種控制將成為激光在流水線應(yīng)用的主要控制手段，優(yōu)點(diǎn)是速度快，自動(dòng)化程度高，是后工業(yè)時(shí)代激光加工的主流控制模式。最主流的光束控制方式在中國(guó)共經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)代的演變。
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E$h ~jd:3ip +! 大幅面時(shí)代 所謂大幅面，剛開(kāi)始是直接將
繪圖儀的控制部分直接用于激光設(shè)備上，將繪圖筆取下，在（0，0）點(diǎn)X軸基點(diǎn)、Y軸基點(diǎn)和原繪圖筆的位置上分別安裝45°折返鏡，在原繪圖筆位置下端安裝小型聚焦鏡，用以導(dǎo)通光路及使光束聚焦。直接用繪圖軟件輸出打印命令即可驅(qū)動(dòng)光路的運(yùn)行，這種方式最明顯的優(yōu)勢(shì)是幅面大，而且基本上能滿足精度比較低的標(biāo)刻要求，不需要專用的標(biāo)刻軟件，因此在早期還是有很不錯(cuò)的市場(chǎng)。
@Q"%a`mKH PVAs# ~ 但是這種方式有著幾個(gè)致命的缺陷：1.速度慢，不到100m/s的速度很難滿足客戶要求日益增加的產(chǎn)量；2.精度低，重復(fù)定位精度基本上局限于繪圖儀本身的精度，誤差有時(shí)非常大；3.無(wú)法按照激光輸出的特性定制自己所需要的控制參數(shù)，激光輸出和控制信號(hào)輸出之間是有時(shí)間差的，用通用型掃描儀驅(qū)動(dòng)工具（如Autocad等）是無(wú)法按照激光器的特性定制控制參數(shù)的，因此容易產(chǎn)生一系列可笑的問(wèn)題，如一個(gè)圖形前1cm左右的距離無(wú)激光輸出，因此出來(lái)的圖形總是少一截；4.由于光學(xué)器件和繪圖筆的質(zhì)量不同造成控制慣量的改變，由于總是過(guò)載驅(qū)動(dòng)，使繪圖儀各元器件壽命縮短。
MB<oWH[e) urT!?*g, 總之，在經(jīng)歷最初的嘗試后，繪圖儀式的大幅面激光標(biāo)刻系統(tǒng)逐步退出標(biāo)刻市場(chǎng)的，現(xiàn)在所應(yīng)用的同類型的大幅面設(shè)備基本上都是模仿以前這種控制過(guò)程，用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的高速大幅面系統(tǒng)，而隨著變焦振鏡式掃描系統(tǒng)的逐步完善，大幅面系統(tǒng)將逐步從激光標(biāo)刻領(lǐng)域銷聲匿跡。
MKd{ y~' a#X[V5|6Q 轉(zhuǎn)鏡時(shí)代 由于看到大幅面系統(tǒng)的一系列缺點(diǎn)，在高速振鏡技術(shù)還沒(méi)有在中國(guó)廣泛普及的情況下，一些控制工程師自行開(kāi)發(fā)了由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)鏡式掃描系統(tǒng)，從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)鏡式掃描系統(tǒng)同現(xiàn)在的振鏡式掃描系統(tǒng)是沒(méi)有區(qū)別的，工作原理是將從諧振腔中導(dǎo)出的激光通過(guò)擴(kuò)束，經(jīng)過(guò)成90°安裝的兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的金鏡的反射，由F-theta場(chǎng)鏡聚焦后輸出作用于處理對(duì)象上，金鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)使工作平面上的激光作用點(diǎn)分別在X、Y軸上移動(dòng)，兩個(gè)鏡面協(xié)同動(dòng)作使激光可以在工作平面上完成直線和各種曲線的移動(dòng)。這種控制過(guò)程無(wú)論從速度還是定位精度來(lái)說(shuō)都遠(yuǎn)超過(guò)大幅面，因此在很大程度上能滿足工具行業(yè)對(duì)激光控制的要求，雖然同當(dāng)時(shí)國(guó)際上流行的振鏡式掃描系統(tǒng)還有比較明顯的差距，但嚴(yán)格來(lái)說(shuō)這種設(shè)計(jì)思路的出現(xiàn)和逐步完善代表著中國(guó)激光應(yīng)用的一個(gè)里程碑，是中國(guó)完全能自行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)激光應(yīng)用設(shè)備的典型標(biāo)志。直到振鏡在中國(guó)大規(guī)模應(yīng)用的興起，這種控制方式才逐步退出中國(guó)激光應(yīng)用的舞臺(tái)。
P |c6V axOdGv5 振鏡時(shí)代 1998年，振鏡式掃描系統(tǒng)在中國(guó)的大規(guī)模應(yīng)用開(kāi)始到來(lái)，所謂振鏡，又可以稱之為電流表計(jì)，它的設(shè)計(jì)思路完全沿襲電流表的設(shè)計(jì)方法，鏡片取代了表針，而探頭的信號(hào)由計(jì)算機(jī)控制的0—5V（或10V）的直流信號(hào)取代，以完成預(yù)定的動(dòng)作。同轉(zhuǎn)鏡式掃描系統(tǒng)相同，這種典型的控制系統(tǒng)采用了一對(duì)折返鏡，不同的是，驅(qū)動(dòng)這套鏡片的步進(jìn)電機(jī)被伺服電機(jī)所取代，在這套控制系統(tǒng)中，位置
傳感器的使用和負(fù)反饋回路的設(shè)計(jì)思路進(jìn)一步保證了系統(tǒng)的精度，整個(gè)系統(tǒng)的掃描速度和重復(fù)定位精度達(dá)到一個(gè)新的水平。對(duì)中國(guó)自產(chǎn)振鏡影響最大的是美國(guó)Cambridge公司生產(chǎn)的6870和6230，前者采用電容傳感器，后者采用光電傳感器，在中國(guó)的應(yīng)用表明，電容傳感器對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)光電傳感器，無(wú)論在溫度變化大還是環(huán)境清潔度不高的情況下，電容傳感器都能比較穩(wěn)定的工作，因此，現(xiàn)有中國(guó)的幾家自行生產(chǎn)振鏡的公司，都把6870作為設(shè)計(jì)藍(lán)本，其中以上海通用（6000系列振鏡）和后來(lái)成立的北京世紀(jì)桑尼的振鏡最具代表性。與此同時(shí)，進(jìn)口振鏡也開(kāi)始大規(guī)模進(jìn)入中國(guó)的市場(chǎng)，除香港科藝代理的Cambridge的振鏡外，美國(guó)General Scanner、德國(guó)Scanlab等也在中國(guó)占據(jù)了相當(dāng)份額的市場(chǎng)。
(r cH\ w.qpV]9> 振鏡時(shí)代的到來(lái)使中國(guó)激光標(biāo)刻再一次迎來(lái)飛躍式的發(fā)展，由于速度和精度的大幅度提升，不僅再一次刺激了原有的工具行業(yè)市場(chǎng)，同時(shí)以前由于對(duì)精度要求較高而不能用激光處理的行業(yè)也被打開(kāi)了，如今，隨著新型激光的出現(xiàn)，配合控制系統(tǒng)的再一次更新，中國(guó)激光應(yīng)用即將邁入一個(gè)新的時(shí)代。
cdL$T6y ;0V{^ 1.大幅面確切的說(shuō)應(yīng)該稱為“十字掃描”，并不一定只用到大幅面上，小幅面同樣可以用�！皠傞_(kāi)始是直接將繪圖儀的控制部分直接用于激光設(shè)備上”，這是國(guó)內(nèi)圖方便的做法，國(guó)外早就有專門的驅(qū)動(dòng)和執(zhí)行系統(tǒng)了。對(duì)于你說(shuō)的這種方式的缺點(diǎn)，我們可以來(lái)詳細(xì)看一下：
*iB_$7n` ~ifo7, （1）速度慢。國(guó)外現(xiàn)在的十字掃描系統(tǒng)多半用滾珠絲桿或同步帶作為運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)，在改進(jìn)了驅(qū)動(dòng)能力的掃描系統(tǒng)中，速度已經(jīng)得到了大大的提高。我見(jiàn)過(guò)的十字掃描系統(tǒng)中做到1m/s的速度已經(jīng)不是問(wèn)題了。
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