השימוש בלייזרים ובסורקי גלוו נפוץ מאוד בעיבוד בלייזר של חומרים תעשייתיים. בעוד הסימון והשימוש בבר-קוד המהירים הם שניים מהשימושים הנפוצים ביותר של מערכות גלוו/לייזר, יישומים אחרים כוללים חריטה בלייזר, עיבוד חומרים ברשת ועיבוד מכני מיקרו בלייזר. כל אחד מתהליכי גלוו אלה סורק בד”כ חלק מהמערך או חלקים התופסים שטח גדול יותר ממה שהסורק יכול “לראות”, הידוע בשם שדה-ראייה (Field of View – FoV). כמובן, רק עיבוד של פריטים הקטנים משדה הראייה של הסורק מגביל בהרבה את שטח העיבוד. לכן, מיקום מערכות בעלות תחומי תנועה גדולים יותר חייב להיות משולב עם הגלוו והלייזר.
פיתרון שני-הבקרים
השגת הן סימון מהיר והן תנועה ארוכה דורשת לרוב שימוש בשני בקרים נפרדים – אחד עבור הסורק ואחד עבור תנועת הסרוו. שיטה זו מסבכת את המערכת בכללותה מאחר שהמתכנן חייב להיות מומחה, או לפחות בקי, בשתי פלטפורמות אוטומציה במקום באחת בלבד. דבר זה לא רק צורך זמן ארוך מנקודת הראות של תכנון המערכת, אלא גם מעורר סוגיות אחרות הכוללות הן שגיאות חיבור (stitching) אפשריות והן זמן עיבוד מוגבר. שגיאות חיבור נובעות מהיערכות כושלת של גושי FoV סמוכים, מאחר שכל אי-הדיוקים של הסורק והסרוו יכולים להופיע בגבול או בתפר של גושים סמוכים. בשל האופי הפרטני של שגיאות אלו, הן נראות לעתים קרובות בעין חופשית והן די גדולות כדי לגרום לביטול הפריט לאחר העיבוד (ראה איור 1)
גורם חשוב באותה המידה, זמן העיבוד, נפגע במהלך תנועת הסרוו “צעד וקבע” הדרושה כדי למקם את ראש הסורק מעל ה-FoV של הגוש הבא (ראה איור 2). מבחינת הגלוו – ובאמת – מבחינת המערכת הכוללת – זמן זה מבוזבז מאחר שלא מתבצע כל סימון עד שמערכת הסרוו מיוצבת בתוך חלון שגיאות סביר. מגבלות עיבוד אלו הן משמעותיות ודורשות גישה חדשה ליישומי הסורק.
סנכרון הגלוו והסרוו
פיתוח אוטומציה חדשני, סדרת ה-™ Nmark של Aerotech, מסנכרן הן את סורק הגלוו והן את תנועת הסרוו (ראה איור 3). Nmark משלבת את שתי הפלטפורמות ביחד ומאפשרת למשתמש לבקר ללא מאמץ את שני צירי הסרוו והסורק בסביבה יחידה. Nmark וממשק הנגזר Automation 3200 מאפשרים למשתמש לתכנן בקוד CNC-G סטנדרטי, ולכן לפעול בסביבת תוכנה מוכרת. הם אינם דורשים שימוש בשפות תכנות או ספריות מרובות. כמו כן, איחוד זה של צירי הסרוו והגלוו מאפשר לשניהם לנוע בו-זמנית ובצורה מתואמת. מאחר שבקר התנועה A3200 “יודע” את המיקום הן של הגלוו והן של הסרוו בכל נקודת זמן, הוא יכול לחלק בנקל את פרופיל התנועה המוזמנת כדי ליצור תנועות ארוכות בזמן אל הסרוו ותנועות קצרות, מהירות יותר אל הגלוו. דבר זה מאפשר ל-FoV היעיל של הגלוו לשמש תחום מלא של תנועת השלבים של הסרוו, וליצור בכך FoV אינסופי (IFoV).
Nmark SSaM
IFoV נתמך על-ידי המשפחה השלמה של מוצרי בקרה של Nmark הכוללת הן את ה-SSaM של Nmark והן את ה-CLS של Nmark. ה- (Synchronized Scanner and Motion) של Nmark הוא יחיד מסוגו משום שהוא יבקר כל סורק התומך בפרוטוקול התקשורת XY2-100 התקני בתעשייה. לוחות התיקון של Galvo FoV המסופקים על-ידי יצרני עדשות
ה-F-Theta מומרים בקלות ומשמשים על-ידי בקר התוכנה A3200 של SSaM, המאפשר הקטנה או ביטול של עיוותי “כרית הסיכות” של הגלוו וה”חבית” של F-Theta.
בתור מודול בקרה בעל מאפיינים מלאים, ה-SSaM של Nmark מציע ערכת I/O הניתנת להרחבה הן ברמת הכרטיס/הזנה והרמה החיצונית – לדוגמה, באמצעות ה-. SSaM מאפשר למשתמשים גם לעצב את ההזנה עבור בקרת לייזר מיטבית. ההשהיות של הלייזר והסורק ניתנות לקביעה באמצעות תוכנה או פרמטרים, מודי לייזר native CO2 ו-Fiber/YAG ניתנים להפעלה, ואופציות עיצוב לייזר מסייעות (ביטול הפולס הראשון, תדרי גירוי, מודי תיחול רך וכד’) קיימות כדי להקל על שילוב כל סוגי הלייזר בתוך מערכת הסרוו/סורק.
ה-CLS של Nmark
אולי היתרון הבולט ביותר של ה-Nmark מונח בגרסת ה-CLS. בנוסף לכך שהוא מציע את סט המאפיינים המלא של ה-SSaM, ה- (Closed Loop Scanner) של Nmark מאפשר גישה ישירה של בקר התנועה A3200 לא רק אל אותות המשוב של מקודד הסרוו אלא גם אל אלה של סורק הגלוו.
מאמרים טכניים קודמים 1,2 פירטו את היתרונות הבולטים של תיחול אירועים חיצוניים (חיישני דגימה, לייזרי הצתה וכו’) המבוססים על מידע מיקום בזמן אמיתי המתקבל מהתקני המשוב של מערכת הסרוו. תיחול במיקום האמיתי מבטל השפעות שהפרעות חיצוניות עלולות לגרום בתהליך. לדוגמה, ערכי סידור וקביעת המהירות הופכים לבלתי-חשובים מאחר שהתהליך איננו מושפע מאי-הוודאות שלהם. כמו כן, הכמיסות בין המצב כאשר הציר נמצא במצב המטרה והתיחול האמיתי של המוצא היא נמוכה ביותר, בתחום הננו-שניות. דבר זה מאפשר מהירויות הרבה יותר גבוהות מאשר שיטות עקיבת כמיסות-גבוהה מסורתיות מאחר שהסיכוי של אירועים חסרים או חופפים נמנע.
כמובן, אם משתמשים הן בהתקני תנועה של הסרוו ושל הגלוו, נוצרות מספר הסתבכויות. ראשית, רוב מערכות הגלוו אינן חושפות את משוב מיקום המקודד הגלמי למתכנת. במקום זאת, ההתקן נראה לעולם החיצון כפועל בצורת לולאה-פתוחה, אף כאשר הגלוו אכן פועל תוך שימוש בלולאת בקרה בעלת משוב סגור. יתרה מזו, כאשר הסרוו והגלוו נוטים שניהם לנצל את יתרון תכונות ה-IFoV של Nmark, איזה משוב מקודד צריך לשמש בסיס של אירוע ההצתה של ה-PSO? ה-CLS של Nmark פותר בעיה זו עם פונקציה חדשה המכונה “Infinisync” (הוגש פטנט) המשלבת את שני המשובים של מיקום הסרוו והגלוו ומשתמשת בשניהם כדי לקבוע את המיקום הנכון עבור הצתת פולס ה-PSO. זהו יתרון משמעותי בהשוואה למערכות סריקה מסורתיות בהן מיקום הלייזר תלוי כמעט לחלוטין ביציבות מהירות המערכת. לכן, אם ניתן לשלוט במהירות הווקטורית של מראות הסורק רק עד 0.01%, אזי האפיצויות של תכונות הפריט ייפגעו. כתיבה ב-1m/s צנוע עם שגיאת מהירות של 0.01% עשויה לגרום לכך שמיקום הצתת הלייזר יסטה ב-100 מיקרונים, דבר העולה בהרבה על התכונות המיקרו-מכניות עצמן!
יתרון הכיול
ניתן לבצע כיול נמדד אמיתי על מערכת הסרוו/גלוו המשולבת. בעוד רוב מערכות הגלוו משתמשות בעיקר בלוח תיקונים מחושב כדי, לדוגמה, לבטל את עיוות החבית הבלתי-נמנע עם עדשות F-Theta, CLS של Nmark יכול לעשות שימוש בלוח חיפוש שגיאות המשווה מסלולים מסומנים או נמדדים כנגד משוב המיקום האמיתי ממנועי הגלוו בנוסף לכל לוחות התיקון הממוקמים עבור צירי הסרוו התחתונים. בעזרת כיול המערכת המלא ויכולת הבקר להוסיף לוחות כיול עליונים נוספים, לעיצובים המשתמשים ב-Nmark CLS יש יתרון מוחלט בדיוק לעומת פתרונות מתחרים.
מאת: Scott Schmidt, Aerotech, Inc.
