三菱激光鉆機電子振鏡參數(shù)優(yōu)化方法

張亞輝

（珠海中京電子電路有限公司，廣東 珠海 519100）

1 背景

在印制電路板（PCB）生產(chǎn)中，當(dāng)使用激光鉆機加工孔時，機臺移到預(yù)定區(qū)域后，激光通過電子振鏡偏轉(zhuǎn)角度后，落在預(yù)定的XY坐標(biāo)位置，進(jìn)行孔加工。由于三菱激光鉆機鉆板速度快，響應(yīng)時間短，運行頻率高，電子振鏡長期高速擺動會導(dǎo)致故障出現(xiàn)非常頻繁。三菱第三代激光鉆機（GTWIII-H）在開機啟動時會經(jīng)常遇到電子振鏡報警，特別在停電和關(guān)機較長時間后再啟動時，有時停機一兩天，給生產(chǎn)和設(shè)備部都帶來很大困擾。

2 電子振鏡（Galvano Mirror）的工作原理

電子振鏡是一種特殊的擺動電機，基本原理是通電線圈在磁場中產(chǎn)生力矩，與旋轉(zhuǎn)電機不同的是其轉(zhuǎn)子上同時有電磁力矩和回復(fù)力矩，大小與轉(zhuǎn)子偏離平衡位置的角度成正比。當(dāng)線圈通過預(yù)定的電流而轉(zhuǎn)子發(fā)生偏轉(zhuǎn)到一定的角度時，電磁力矩與回復(fù)力矩大小相等，振鏡停在了預(yù)定的角度。激光從這個預(yù)定的角度折射到達(dá)預(yù)定的位置。故不像普通電機一樣能夠旋轉(zhuǎn)，這種擺動電機只能偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角與電流成正比，這點與電流計類似，故電子振鏡又叫電流計掃描振鏡（Galvanometric Scanner），常簡稱電子振鏡或掃描振鏡。三菱電子振鏡實物如圖1所示。

圖1 三菱電子振鏡實物

電子振鏡系統(tǒng)是一種由驅(qū)動板與高速擺動振鏡組成的一個高精度、高速度伺服控制系統(tǒng),一般是由位置傳感器，位置區(qū)分器，誤差放大器，功率放大器，處理器組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。位置傳感器是高精度光柵尺，位于電子振鏡內(nèi)部。工況狀態(tài)下，位置傳感器將實時位置數(shù)據(jù)傳輸給功率放大器，功率放大器再傳給高速數(shù)據(jù)處理卡（DSP卡），再傳到電腦；電腦將數(shù)據(jù)傳給位置比校器，位置比校器將校正數(shù)據(jù)發(fā)給功率放大器，然后傳給電子振鏡校正位置，形成閉環(huán)控制。

當(dāng)輸入一個位置信號時，擺動電機（振鏡），就會按一定電壓與角度的轉(zhuǎn)換比例擺動一定的角度，整個過程采用閉環(huán)反饋控制，由控制電路控制，一束激光被兩片掃描振鏡反射，并且通過一片聚焦鏡,振鏡片在馬達(dá)的帶動下高速地來回沿軸旋轉(zhuǎn)，達(dá)到改變激光光束路徑的目的。

在開機啟動過程中，電子振鏡通電后要擺動歸零，在檢測到零位后才能正常工作，如果擺動位置不足，無法檢測到零位，就會出現(xiàn)報警現(xiàn)象，機器無法開啟進(jìn)入到生產(chǎn)狀態(tài)（如圖2所示）。

圖2 電子振鏡加工示意圖

3 解決方案

當(dāng)前三代機電子振鏡故障主要出現(xiàn)在啟動階段，其原因在于電子振鏡電機的轉(zhuǎn)動力矩不夠，無法啟動而成為故障。振鏡電機轉(zhuǎn)動力矩與流經(jīng)電機線圈的電流成正比；通過改變電流，可以改變振鏡電機轉(zhuǎn)動力矩；適度增大轉(zhuǎn)動力矩后，電機擺動變大，使之能夠檢測到零位。

通過優(yōu)化參數(shù)增大啟動電流，也就增加了啟動轉(zhuǎn)矩，使電機在設(shè)定時間內(nèi)到達(dá)零點，消除了報警，使之正常啟動。電子振鏡的參數(shù)保存在主機電腦的c:pbaniniservoif.ini文件里，其中有項參數(shù)StartCurrent=0.1，指的是啟動電流值為0.1A，將之修改為StartCurrent=0.15后啟動正常。不發(fā)生報警。為了保持?jǐn)?shù)據(jù)一致，電子振鏡啟動后又將數(shù)據(jù)還原，特開發(fā)VBS程序，命名galvrepair.vbs,將之保存在window XP的開始菜單里，隨主程序dspload.exe一起啟動。在開機啟動時自動執(zhí)行將c:pbaniniservoif.ini文件里的StartCurrent=0.1修改為StartCurrent=0.15。電子振鏡啟動時會自動回到零位，大約6秒內(nèi)完成。window XP啟動6秒后，galvrepair.vbs又將參數(shù)StartCurrent=0.15修改回StartCurrent=0.1。這樣，就能保證電子振鏡啟動后正常歸零，之后的參數(shù)與之前一致不發(fā)生改變，不影響生產(chǎn)時的運轉(zhuǎn)，以避免其他可能出現(xiàn)的問題。

4 galvrepair.vbs程序的開發(fā)

用記事本新建一個文本文件，文件名galvrepair.txt，在記事本里輸入：設(shè)置和創(chuàng)建文件對象，讀取文件內(nèi)容到變量S，將變量S里的"StartCurrent=0.1"修改為"StartCurrent=0.15"，延遲數(shù)分鐘，再把上面程序回復(fù)至原值。

將以上文件修改后綴名，改為galvrepair.vbs，vbs文件是微軟開發(fā)的腳本語言，和批處理exe文件一樣可以執(zhí)行。將之copy到開始菜單，與主程序dspload.exe文件放在一起，這樣開機時就會自動運行，開機時自動修改參數(shù)，dspload.exe運行到激光器啟動需8 s時間，在這段時間內(nèi)電子振鏡依據(jù)修改后的參數(shù)歸零。歸零結(jié)束后參數(shù)又自動恢復(fù)原值，這樣保持了數(shù)據(jù)一致。達(dá)到了能正常開機歸零又能正常掃描的目的。

5 優(yōu)化參數(shù)對產(chǎn)值的影響

目前三代機每6分鐘打完一塊板，每小時10塊，每塊板產(chǎn)值50元，一天產(chǎn)值12 000元，每月產(chǎn)值36萬元（估算值）。如表1所示反映了優(yōu)化參數(shù)后產(chǎn)生的價值，提高了設(shè)備利用率和產(chǎn)能。每月可提升54萬元產(chǎn)值。

表1 優(yōu)化參數(shù)前后產(chǎn)值對比表

6 結(jié)束語

三代三菱激光鉆機普遍存在電子振鏡報警問題，現(xiàn)通過開發(fā)程序，在機器啟動時自動優(yōu)化參數(shù)，運行時又自動恢復(fù)原始數(shù)據(jù)，很好地解決了電子振鏡頻繁報警問題，提高了生產(chǎn)效率，減少了維護(hù)時間。