Ħafna nies familjari mal-ipproċessar tal-lejżer industrijali fuq skala kbira raw magna CNC tal-lejżer b'rendiment għoli li taqta 'pjanċi u tubi kbar ta' l-azzar b'veloċità sturdut. Dawk minna fil-mikromachining bil-lejżer, fejn il-kwalità tal-parti tiddependi fuq eżattezza tal-magni fil-livell tal-mikron, staqsiet jekk nistgħux niksbu fluss ta 'magna daqshekk għolja u xorta nipproduċu partijiet preċiżi ħafna. It-tweġiba hija iva - u allura l-mistoqsija ssir "Kif?" Dan l-artikolu jesplora l-kunsiderazzjonijiet bażiċi fid-disinn u l-kontroll tal-magna li wieħed għandu jkun familjari biex jinkiseb fluss massimu minn mikroproċessur tal-lejżer ta 'preċiżjoni.
Fil-proċess tal-manifattura, il-kriterji għad-determinazzjoni ta 'partijiet aċċettabbli ħafna drabi mhumiex negozjabbli. It-tolleranzi tal-parti huma definiti mir-rekwiżiti għal tħaddim normali jew sigur tal-parti. Huma jiddefinixxu l-baġit ta 'żball permess għall-proċess tal-manifattura. Il-baġit tal-iżball huwa mbagħad "imnaqqas" minn sorsi differenti ta 'żball li jirriżultaw mid-disinn tal-magna, il-funzjonalità tal-kontrollur, u l-interazzjonijiet tal-materjal tal-lejżer waqt il-magni. Iċ-ċavetta għall-massimizzazzjoni tal-fluss meta timmanifattura partijiet ta 'preċiżjoni għolja hija li tħalli kemm jista' jkun baġit ta 'żball għal żbalji ta' traċċar dinamiku. Wara sistema soda u prinċipji tad-disinn strutturali u l-għażla ta 'kontrollur ta' moviment qawwi - wieħed li jieħu vantaġġ massimu mill-baġit ta 'żball ta' traċċar dinamiku - se jimmassimizza l-fluss u għalhekk ir-raġunament ekonomiku għal sistemi ta 'mikromachining bil-lejżer.
Id-disinn strutturali tas-sistema tal-manifattura huwa fundamentali biex ittejjeb il-kapaċità tas-sistema tal-manifattura li topera b'livell għoli. Sabiex is-sistema ta 'kontroll tirrifjuta u timminimizza l-iżbalji, is-sensuri użati biex "jaraw" il-mozzjoni fis-sistema għandhom ikunu jistgħu josservaw il-moviment relattiv bejn l-għodda u l-parti. Fil-biċċa l-kbira tas-sistemi, dawn is-sensuri ma josservawx direttament il-moviment tal-ponta tal-għodda, jiġifieri, il-post tal-lejżer; Minflok, huma joħorġu l-informazzjoni tagħhom minn readhead ottiku li jara skala ta 'encoder (effettivament ħakkiem) inkorporat fil-mekkaniżmu tas-sistema tal-moviment. Għalhekk, sabiex tiffranka kemm jista 'jkun baġit ta' żball għall-baġit ta 'traċċar dinamiku fil-kontrollur, id-disinjatur għandu jimminimizza żbalji mhux osservabbli minħabba liwi jew vibrazzjoni fil-qafas. Iċ-ċavetta għall-minimizzazzjoni ta 'żball mhux osservabbli hija li timmassimizza l-ebusija ta' l-istruttura. Mod wieħed biex tinkiseb ebusija massima huwa li jitnaqqas it-tul tal-linji strutturali tal-magna. Loop strutturali huwa triq ta 'forzi ġġenerati mill-moviment ta' magna li taqbel jew hija ugwali jew opposta għall-forzi ġġenerati mill-elementi strutturali korrispondenti. Immaġina li l-materjali li jiffurmaw l-elementi strutturali ta 'magna huma ffurmati minn eluf ta' molol ċkejkna konnessi f'serje. Iż-żieda ta 'aktar molol ma' katina tandem fil-fatt tnaqqas l-ebusija tal-katina. Għalhekk, id-disinjaturi għandhom iqassru l- "katina" strutturali ta 'elementi tar-rebbiegħa biex iwebbsu l-magna. Barra minn hekk, iż-żieda ta 'elementi tar-rebbiegħa b'mod parallel tagħmel il-katina aktar riġida. Biex timmassimizza l-ebusija, id-disinjaturi għandhom iżidu elementi strutturali żejda mal-qafas tal-magna biex jappoġġjaw forzi inerzjali. Iktar ma tkun iebsa l-magna, iktar tkun injettata l-enerġija fl-istruttura mingħajr ma tikkawża moviment mhux mixtieq. Dan jippermetti lill-utent jimbotta l-elementi tal-kontroll tal-moviment aktar malajr, b'aktar aċċellerazzjoni u enerġija, filwaqt li jimminimizza żbalji ta 'proċessar mhux osservabbli. Il-Figura 1 hawn taħt turi s-serje u l-konnessjoni parallela tal-linji strutturali tal-magna u l-elementi tar-rebbiegħa.
Figura 1 turi. Iż-żieda ta 'molol fis-serje tagħmel il-katina tar-rebbiegħa inqas iebsa, filwaqt li żżid molol b'mod parallel tagħmel il-katina tar-rebbiegħa aktar iebsa. Dan il-prinċipju jista 'jintuża biex timmassimizza l-ebusija taċ-ċirkwit strutturali ta' magna.
Magna iktar iebsa li tippermetti li tiġi injettata aktar enerġija mingħajr liwi, li tiffranka aktar mill-baġit ta 'żball għal bnadi oħra, hija titjib immedjat. Dan iwitti t-triq għall-qasam li jmiss ta 'fokus fit-titjib tal-fluss: prinċipji tad-dinamika tal-magni. Hekk kif l-ebusija tal-pjattaformi tal-moviment u x-xtillieri tiżdied, hekk ukoll il-frekwenza intrinsika tagħhom. Hekk kif il-frekwenza intrinsika tagħhom tiżdied, hekk ukoll il-kontrollabbiltà u l-veloċità tal-produzzjoni tagħhom.
Kull trajettorja tal-moviment - it-triq meħtieġa għal post tal-lejżer biex toħloq parti - għandha kontenut spettrali għal kull assi involut fil-ġenerazzjoni tal-moviment. Kull kmand tal-Assi għandu ċertu faxxa ta 'frekwenza sinusojdali li teħtieġ li tkun irrappreżentata f'serje matematika jew somma biex tirrappreżentaha. Il-Figura 2 hawn taħt turi eżempju ta 'funzjoni ta' pass u l-approssimazzjoni sinusojdali tagħha bl-użu ta 'bandwidth finit.
Figura 2. Approssimazzjoni ta 'funzjoni ta' pass bl-użu ta 'mewġa sine f'termini ta' livelli u somom. L-aktar frekwenzi tal-mewġ sine jew wisa 'tal-frekwenza użati fl-approssimazzjoni, iktar tkun viċin l-approssimazzjoni għall-funzjoni pass. Il-funzjoni tal-pass teħtieġ numru infinit ta 'passi ta' sinusojdi biex jirrappreżentawha perfettament, iżda l-funzjoni bla xkiel tista 'tkun irrappreżentata minn numru finit ta' passi jew wisa 'tal-banda.
F'dan l-eżempju ta 'funzjoni ta' pass, huwa meħtieġ wisa 'tal-frekwenza infinita biex tkun approssimattiva perfettament il-pass, u dan jagħmilha impossibbli li tiġi implimentata f'magna reali. Din hija waħda mir-raġunijiet ewlenin għaliex il-programmaturi tal-moviment jippruvaw jevitaw diskontinwitajiet fil-kmandi mibgħuta lill-magna. Il-prinċipju muri fil-Figura 2 japplika għal kull sinjal tal-kmand. Meta l-profil tal-moviment huwa multidimensjonali u jinvolvi assi multipli ta 'moviment, ir-rata li biha l-magna taqsam dik il-profil tbiddel il-wisa' tal-frekwenza tal-kmandi mibgħuta lil kull assi rilevanti. Eżempju sempliċi ta 'din ir-relazzjoni huwa li tuża żewġ assi biex toħloq ċirku. Fit-trigonometrija bażika, żewġ assi jivvjaġġaw minn ċirku, jesperjenzaw mewġa sinusojdali f'pożizzjoni, veloċità u aċċelerazzjoni. Il-frekwenza tal-mewġa sine li kull assi hija mitluba twettaq hija proporzjonali għall-veloċità li biha jgħaddi ċ-ċirku. Aktar ma tkun mgħaġġla l-magna hija meħtieġa biex tivvjaġġa ċirku, iktar tkun għolja l-frekwenza tal-mewġa sine għal kull assi involuta trid tkun tista 'twettaq f'pożizzjoni, veloċità u aċċellerazzjoni. Għal kwalunkwe assi tal-moviment biex tesegwixxi l-profil tal-kmand ipprovdut, il-wisa 'tal-banda ta' dak il-profil għandu jkun fil-wisa 'tal-banda tas-sistema tal-moviment. Hekk hu, kull sistema ta 'moviment għandha wisa' tal-banda.
Is-sistema ta 'kontroll tiddependi fuq sinjali ta' feedback, loops ta 'kontroll servo, u muturi qawwija biex jirreaġixxu għall-kmandi u jaqblu r-riżultati attwali mar-riżultati mixtieqa. Ir-rispons tas-sistema ta 'kontroll jiddependi fuq kemm malajr il-kontrollur jista' jieħu d-deċiżjonijiet u l-effett jinbidel meta l-moviment attwali ma jaqbilx eżattament mal-mozzjoni kmandata. Din ir- "rispons tas-sistema ta 'kontroll" tiddependi kważi kompletament fuq l-ispeċifikazzjonijiet u d-disinn tal-prodott ta' kontroll użat. Speċifikazzjonijiet bħar-rata ta 'ġenerazzjoni ta' trajettorja, ir-rata ta 'għeluq kurrenti (ir-rata li biha l-kurrent iġġenerat minn sewqan tal-mutur partikolari jista' jinbidel), u l-ogħla forza ġġenerata mill-mutur tal-apparat tiddetermina r-rata ta 'rispons tas-sistema ta' kontroll. Għalhekk, hija konklużjoni kemmxejn ovvja li l-għażla ta 'prodott ta' kontroll qawwi u mutur qawwi jibbenefika lid-disinjatur. Madankollu, ir-rata ta 'rispons tas-sistema ta' kontroll hija parti waħda biss mill-abilità ġenerali tas-sistema tal-moviment li tirrispondi għall-kmandi, jiġifieri, il-wisa 'tal-banda tas-sistema tal-moviment. Il-kombinazzjoni tal-ebusija fiżika tal-pjattaforma tal-moviment u l-wisa 'tal-frekwenza tas-sistema ta' kontroll tiddetermina l-kapaċità dinamika tas-sistema kollha. Minħabba l-istess sistema ta 'kontroll u mutur, iktar tkun għolja l-frekwenza intrinsika tas-sistema mekkanika, jiġifieri, iktar ma tkun iebsa, iktar tkun il-wisa' tal-frekwenza ta 'frekwenza li fiha s-sistema tista' tirrispondi b'suċċess.
B'mod ġenerali, l-iktar sinjal importanti fil-kontroll tal-moviment huwa l-kmand tal-aċċellerazzjoni. L-aċċellerazzjoni hija s-sinjal primarju ta 'interess għall-operatur tal-magna għaliex huwa l-iktar relatat mill-qrib ma' dak li l-kontrollur tal-magna fil-fatt jikkontrolla, il-kurrent għall-muturi. Il-kurrent mitmugħ għal kull mutur tal-assi huwa proporzjonali mal-forza ġġenerata minn kull mutur. Il-forza ġġenerata minn kull mutur hija proporzjonali għall-aċċellerazzjoni li jgħaddu minn dak il-grad ta 'libertà hekk kif il-magna tiċċaqlaq. Żball ta 'traċċar, jew żball injettat fil-proċess ta' produzzjoni minħabba l-inkapaċità tas-sistema tal-moviment li ssegwi perfettament it-trajettorja kmandata, hija proporzjonali għall-porzjon tal-wisa 'tal-frekwenza ta' aċċellerazzjoni kmandata li taqbeż il-wisa 'tal-frekwenza tas-sistema tal-moviment. Karozza bbażata fuq sospensjoni, magna u sewwieq tista 'taqsam biss track razza b'ċerta veloċità; Jekk tkun imġiegħla ddur b'veloċità li taqbeż il-limiti tagħha, din titlaq mit-triq. Dan huwa l-istess għall-magni tal-ipproċessar tal-lejżer. Billi nifhmu l-wisa 'tal-frekwenza tal-kmandi ta' aċċellerazzjoni mibgħuta lill-magna fil-profil tal-moviment, kif ukoll il-wisa 'tal-banda tar-rispons jew dinamika tal-magna, għandna bażi soda biex niżguraw li partijiet ta' kwalità għolja jiġu prodotti fil-massimu ta 'fluss. Uħud mill-kontrolluri tal-moviment avvanzati fil-fatt joffru karatteristiċi li jippermettu lill-programmatur awtomatikament iqis il-wisa 'tal-banda tas-sistema tal-moviment u jillimita ruħu l-kmandi ta' aċċellerazzjoni mibgħuta lill-komponenti tal-magna biex jipprevjenu wisq żbalji milli jseħħu.
Il-kombinazzjoni ta 'dawn il-kunċetti toħloq messaġġ sinifikanti għad-disinjatur tal-magna. Iktar ma tkun riġida l-istruttura tal-qafas, inqas il-liwi tal-magna u l-vibrazzjoni jaffettwaw ir-riżultati tal-magni, u jħalli aktar baġit ta 'żball għal żbalji ta' traċċar dinamiku. Iktar ma jkun riġidu d-disinn mekkaniku tas-sistema tal-moviment, iktar ikun għoli l-wisa 'tal-frekwenza tas-sistema tal-moviment. Aktar ma tkun għolja l-prestazzjoni tal-prodotti ta 'kontroll użati, iktar tkun għolja l-wisa' tal-frekwenza tas-sistema tal-moviment. Aktar ma jkun għoli l-wisa 'tal-frekwenza tas-sistema tal-moviment, iktar ikun kbir il-wisa' tal-frekwenza ta 'l-aċċelerazzjoni li tista' tirrispondi għaliha mingħajr ma toħloq l-istess livell ta 'żball. Aktar ma jkun għoli l-wisa 'tal-frekwenza ta' kmandi ta 'aċċellerazzjoni permessa mingħajr ma tinħoloq parti ħażina, iktar malajr il-magna tista' tkun ikkmandata biex taqsam il-kontorn mixtieq waqt il-produzzjoni tal-parti. Għalhekk, id-disinjaturi tal-magni għandhom jikkunsidraw kull mod possibbli biex timmassimizza l-ebusija tal-magni u l-wisa 'tas-sistema ta' kontroll biex timmassimizza l-fluss tal-proċess mingħajr ma tikkomprometti l-kwalità tal-parti.
