流程、材料、工作循環(huán)、環(huán)境條件以及吞吐量、精度、幾何公差、加工表面大小和輪廓等條件都對自動化平臺提出了不同的要求。例如，對于吞吐量和精度而言，當機械部件、激光控制和激光束偏轉(zhuǎn)等系統(tǒng)部件相輔相成，并通過高性能標準工業(yè)網(wǎng)絡(luò)進行通信時，就能滿足不同要求。

高吞吐量、精密定位的激光打標

對復(fù)雜或高價值的結(jié)構(gòu)進行打標是多軸定位系統(tǒng)的應(yīng)用之一。例如，人眼無法識別的不可見標記可通過激光被雕刻在物品上。工件在X、Y向上的運動以及激光物鏡在Z向上定位是通過使用高動態(tài)直接驅(qū)動線性平臺來實現(xiàn)的。

V-528線性平臺采用傳統(tǒng)的基于步進或旋轉(zhuǎn)伺服的解決方案，實現(xiàn)盡可能更高的速度和掃描頻率。平臺具有交叉滾柱軸承，所以采用配備高重復(fù)精度及高精度的線性編碼器的電機可實現(xiàn)亞微米精度。

例如，V-417系列的平臺也非常適用于激光加工應(yīng)用。這些平臺的定位精度只有幾微米，速度高達2米/秒。它們可實現(xiàn)輕松組合，以用于多軸應(yīng)用。

硬蓋和側(cè)密封經(jīng)過特殊設(shè)計，可防止灰塵或灼熱顆粒進入驅(qū)動和編碼器機械部件。高防護等級工業(yè)連接器和卡銷實現(xiàn)更高穩(wěn)健性。由于特殊成形邊緣與軸承導(dǎo)向或運動方向的平行度(//)優(yōu)于50微米，線性平臺在安裝過程中可輕松對準。

圖1 采用包含振鏡掃描器的多軸裝置進行激光打標

圖2 標準XLSCAN裝置的示意圖

大面積激光加工

在大面積上加工高密度結(jié)構(gòu)，如PCB的激光鉆孔或激光打標，需要提供高精度和高吞吐量的解決方案。多軸定位系統(tǒng)與高動態(tài)振鏡掃描儀的組合可以滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求。syncAXIS同步控制PI XY位移平臺和excelliSCAN振鏡掃描系統(tǒng)，即所謂的XL SCAN方法，允許在大面積上連續(xù)操作，從而避免了空閑時間并消除了拼接錯誤。通過各平臺的行程擴展視場的能力具有以下優(yōu)點，即可以在精度、光斑尺寸和性能方面固定并保持光學(xué)器件。

XL SCAN方法可以同步協(xié)調(diào)控制工件運動系統(tǒng)、掃描儀和激光調(diào)制。XL SCAN控制軟件自動將所需的圖案軌跡分成掃描儀的路徑、XY位移平臺的路徑和激光光斑的控制。掃描儀接收短距離的高頻運動信號，具有長行程的定位平臺獲取低頻率并擴展工作區(qū)，同步執(zhí)行兩個運動。其加工特點包括：

1、更大的工藝區(qū)和更高的吞吐量

加工大視場的傳統(tǒng)方法采用“步進和掃描”法，該方法將加工區(qū)劃分為單獨的部分。這種分段式加工的速度較慢，并且在邊界處產(chǎn)生拼接錯誤。XL SCAN提供了一個由PI運動系統(tǒng)的長行程擴展的工作區(qū)，并允許在擴展視場上快速連續(xù)運動而不會出現(xiàn)拼接錯誤。

2、更高的精度

XL SCAN方法利用了excelliSCAN掃描頭的零跟蹤誤差。結(jié)合XL SCAN軌跡規(guī)劃、先進的加速度限制運動控制以及具有相應(yīng)的動態(tài)性、直線度、平面度和精度的PI運動系統(tǒng)，可實現(xiàn)高工藝精度。掃描頭的工藝精度與加工點距掃描場中心的距離成正比。XL SCAN使掃描頭能夠接近與精度直接相關(guān)的FOV的中心工作。

3、光斑距離和脈沖能量的同步控制

可以同步控制脈沖能量和光斑距離。光斑距離控制(SDC)向激光器輸出單個脈沖或多個脈沖。SDC允許單位長度的恒定能量沉積。觸發(fā)激光脈沖基于行進距離且與移動速度和激光路徑的圖案無關(guān)?？梢栽诟髯缘淖畲笏俣认绿幚砬€和直線段，同時保持精度和最大吞吐量。

4、激光功率斜坡和偏轉(zhuǎn)變角控制

對于某些加工操作，可能需要定義沿某個路徑的特定激光功率。XL SCAN允許用戶專門為路徑的不同部分定義功率級別。此外，激光光斑尺寸取決于掃描頭的偏轉(zhuǎn)角。XL SCAN的偏轉(zhuǎn)變角激光控制使能量密度保持恒定，并能夠減少沿激光路徑的光斑尺寸變化。

系統(tǒng)包括三大部分：激光束偏轉(zhuǎn)，SCANLAB快速準確的excelliSCAN掃描系統(tǒng)，帶有用于光束控制的XY軸振鏡掃描儀（excelliSCAN掃描頭）；工件定位，例如，用于高精度和高速度的線性電機平臺或平面掃描儀，采用磁力直接驅(qū)動的V-551，拖鏈電纜管理，花崗巖支持高精度和穩(wěn)定性，用于靜止工件的龍門移動掃描頭的替代布置；自動化控制，SCANLAB與ACS Motion Control合作開發(fā)了使用基于EtherCAT的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)集成數(shù)字掃描儀技術(shù)的運動控制解決方案，SPiiPlus EtherCAT運動控制器和通用驅(qū)動模塊通過以下方式實現(xiàn)了振鏡與平臺運動控制器的同步（SLEC SL2-100至EtherCAT接口系統(tǒng)），控制軟件集成了工藝級的運動控制、掃描儀及激光器（SPiiPlusSPC+>>syncAXIS控制軟件）。

用于激光束焊接和切割的高動態(tài)焦點偏移

如今，激光器廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)應(yīng)用，以優(yōu)化生產(chǎn)工藝并保證高工件質(zhì)量，也可以通過XY平面中的激光束的高頻振蕩顯著改善激光加工工藝。然而，行業(yè)需求的持續(xù)增長不僅要求平面內(nèi)的快速運動，還要求工件中光束能量的快速主動垂直移動，例如，在激光束切割厚金屬板期間進一步提高可用的進給速率或在激光束焊接期間實現(xiàn)更好的焊縫質(zhì)量和工藝穩(wěn)定性。利用該模塊，可通過沿光束軸或Z軸方向上的高動態(tài)運動來擴展常規(guī)方法以及XY加工平面中的二維光束操縱，從而提高加工速度，并改善加工質(zhì)量。

圖3 高動態(tài)Z軸焦點移位器模塊

圖4 PI工業(yè)激光微加工用線性平臺，①為激光定位，②為工件定位。

高動態(tài)Z軸焦點移位器模塊的優(yōu)點有：

● 通過控制工件中的能量分配，提高加工速度；

● 焦點位置的高動態(tài)振蕩對熔化池動力學(xué)的影響；

● 緊湊型設(shè)計，可輕松集成到現(xiàn)有的激光加工頭中；

● 由于采用無磨損導(dǎo)軌和促動器技術(shù)以及與工藝相關(guān)的溫度管理，因此具有高可靠性；

● 通過工藝優(yōu)化實現(xiàn)高經(jīng)濟效益及低實施工作量。

原型機的初步技術(shù)數(shù)據(jù)：

● 驅(qū)動頻率達2千赫茲；

● 采用適當?shù)墓鈱W(xué)裝置，28微米的行程可實現(xiàn)焦平面的平均偏移，例如15毫米;

● 可變模塊和光學(xué)設(shè)計帶來多種應(yīng)用可能性。

工業(yè)激光材料微米級加工

用于創(chuàng)建微米級微小幾何形狀的加工平臺需要使用運動系統(tǒng)，以便在多個維度上提供一致、準確和動態(tài)的加工。由于制造部件的尺寸和質(zhì)量可能具有挑戰(zhàn)性并且在加工過程中可能會形成顆粒，因此所使用的系統(tǒng)部件需要具有高精密度、剛性、魯棒性并且能提供可靠的性能。

平臺的主要特點有：

● 參考邊緣以支持機器中的對準；

● 用于吹洗空氣的連接器可產(chǎn)生過壓；

● 側(cè)面密封和硬蓋，用于防止顆粒；

● 堅固的工業(yè)IP65連接器，用于柔性電纜出口；

● 輕松進入潤滑系統(tǒng)；

● 不同編碼器變體包括提供納米分辨率的絕對測量傳感器；

● 不同負載的不同平臺寬度和懸臂降低高度。

激光定位采用同步伺服電機、重型再循環(huán)滾珠軸承、抱死剎車，能夠直接在110/240伏交流電壓下運行（L-417高負載線性平臺）；工件定位采用無鐵芯磁力直接驅(qū)動線性電機、重型再循環(huán)滾珠軸承、無轉(zhuǎn)接板的XY軸配置、XY軸拖鏈電纜管理，運動控制采用ACSSPiiPlus EtherCAT網(wǎng)絡(luò)運動控制器和驅(qū)動模塊，可實現(xiàn)多軸的較佳同步和激光的同步控制。激光控制模塊(LCM)可以直接控制激光源，并與運動路徑完全保持同步。LCM能夠與各種激光器相連接，如DPSS、CO2、準分子、光纖、Q開關(guān)、皮秒或飛秒。它還適用于基于位置的觸發(fā)應(yīng)用，以完成測試和檢驗任務(wù)。

用于晶圓切片的高精度激光加工

制造芯片和微芯片涉及使用稱為晶圓切片的工藝將晶圓切割成小方塊或矩形“芯片”或“晶?！薄＞A切片應(yīng)用中需要考慮的典型挑戰(zhàn)包括：準確定位切口、較大限度地減少材料損耗和較大限度地減少元件變形。同時，必須達到最大可能的加工速度。隨著要求的不斷提高，激光劃片已成為首選的劃片技術(shù)。這種非接觸式激光工藝很靈活，可避免切削刃處的破損。借助于各種自動后加工工藝，可以進一步改善邊緣的良好質(zhì)量，這也是抗裂性的決定性因素之一。這顯著減少了生產(chǎn)浪費，因此節(jié)省了生產(chǎn)成本。相應(yīng)地，激光劃片工藝同樣需要在高速下提供高精度和高直線度的運動系統(tǒng)。

該運動解決方案的主要特點：

● 直接驅(qū)動帶有空氣軸承的線性和旋轉(zhuǎn)平臺，可實現(xiàn)極限精度；

● 高直線度、平面度和重復(fù)精度；

● 消除齒槽效應(yīng)，實現(xiàn)平穩(wěn)的速度控制；

● 拖鏈電纜管理；

● 在晶圓工作點提供計量；

● 全天候以高占空比運行；

● 絕對編碼器消除了參考，同時提高了運行期間的效率和安全性。

系統(tǒng)由旋轉(zhuǎn)軸、掃描軸和運動控制所組成。

（1）旋轉(zhuǎn)軸用于晶圓的定位和校正：

● 空氣軸承轉(zhuǎn)臺；

● 直接驅(qū)動無齒槽效應(yīng)運動；

● 優(yōu)異的運動精度、平面度和擺動性能；

● 高剛性和高負載能力；

● 無塵室兼容；

● 帶空氣軸承的A-623PIglide轉(zhuǎn)臺。

（2）掃描軸：

● XY平面空氣軸承平臺；

● 高速度和高加速度；

● 優(yōu)異的幾何性能；

● 分辨率達1納米；

● 適合于有限安裝空間的低剖面；

●  無塵室兼容；

●  帶空氣軸承的A-311PIglide平面掃描儀。

（3）運動控制：

高性能EtherCAT運動控制器采用19英寸機架，集成了驅(qū)動器、電源和功能安全性

● A-814 PIglide運動控制器；

● 驅(qū)動技術(shù)可實現(xiàn)納米級跟蹤誤差和較佳速度驅(qū)動器；

● 先進的伺服控制算法，例如。