1、雷射應用技術(shù)專輯向運動時，摩擦力所造成的滯滑(stick-slip)現(xiàn)關(guān)鍵詞摩擦力 Friction 基因演算法 Genetic Algorithm 系統(tǒng)鑑別 System Identification象，如此將提高大面積之雷射微精密加工精度。The laser micromachining technology can be applied in many industrial applications, such as mask repair, laser cutting and PCB drilling. Since the development of laser micromachi

2、ning equipment has a strong trend toward performance of high speed and high precision, the controller design become very important. In order to design the high precision position controller, we must take “Friction” into consideration, especially when the moving distance is very short. This paper pro

3、poses a feedforward friction compensator based on LuGre friction model. The various parameters in both the friction model and the system plant model would be coarsely estimated by the various experiments, and then the genetic algorithm (GA) finely optimizes the key parameters by a single identificat

4、ion experiment. The simulated and摘要雷射微精密加工技術(shù)可應用於很多製程，舉凡半導體光罩修補、雷射切割、高精度電路板鑽孔等，而快速、精準的定位技術(shù)是主要的技術(shù)需求。因此，高精度伺服控制在追求高精度的工業(yè)技術(shù)中扮演重要的角色。本論文提出利用前饋控制器補償摩擦力，其中摩擦力模型先透過實驗找出大略值，再利用基因演算法訓練出LuGre摩擦力模型，由實驗結(jié)果觀察，確實可以大幅改善系統(tǒng)在低速、啟動與換78 311期 雷射應用技術(shù)專輯 experimented results show that the velocity tracking error is drastical

5、ly improved by the feedforward friction compensator in a linear motor motion system. Therefore, the accuracy for large area laser micromachining will be improved. 前言 本論文採用了結(jié)合移動加工平臺及振鏡的直寫 式雷射微精密加工法，其架構(gòu)示意圖如圖一所示。 其主要特點有二：(1)搭載振鏡速度快的優(yōu)點進行小 範圍高精度加工，(2)搭載移動平臺的優(yōu)點進行大面 積加工。如此一來，才能符合背光模組光學膜片模 仁雷射微精密加工之大面積及高速高精

6、度的要求。 由於，振鏡馬達及其驅(qū)動器開發(fā)技術(shù)完全掌握 在 CTI, Nutfield, ScanLab 等外國廠商手中。因此， 本計畫採用 ScanLab 的 IntelliScan 掃描頭，來進行 小範圍之精密加工。其控制精度只需要配合鏡頭校 正程序，做適當?shù)能涹w參數(shù)設(shè)定便可達成。 此外，由於本論文是採用移動平臺來實現(xiàn)所需 之大面積雷射精密加工，其示意如圖二所示。因此， 移動平臺定位精度更是重要，如果定位精度不夠的 話，就會發(fā)生如圖三所示之現(xiàn)象，進而影響到雷射 微精密加工系統(tǒng)的加工品質(zhì)。 在本論文中，將針對如何降低摩擦力在雷射微 精密加工系統(tǒng)對定位精度的所造成影響，進行研 究，並設(shè)計出一個符

7、合系統(tǒng)所需的摩擦力控制器來 進行補償，期能達到高速高精密定位之需求。 圖二 雷射微加工系統(tǒng)之加工件大小與加工面積示意 圖。圖中之藍色或紅色區(qū)域表示雷射搭配振鏡每 次可加工面積。 圖一 雷射微加工系統(tǒng)架構(gòu)示意圖 圖三 平臺定位精度對加工效果之影響：(a) 定位精準， (b)有重疊區(qū)域，(c)有空白區(qū)域。 2009.02 79 運動控制系統(tǒng)架構(gòu)一、硬體架構(gòu)整個運動控制系統(tǒng)的實驗設(shè)備，主要包含一個伺服馬達運動平臺、驅(qū)動器(Driver)、及運動控制平臺。為了達到高速精密定位的要求，本論文的控制平臺將採用PC-Based，內(nèi)含有一即時的作業(yè)系統(tǒng)，並搭配PCI Bus的D/A、Encoder與DI/DO

8、控制介面卡；整體運動控制架構(gòu)如圖四所示。整個系統(tǒng)的工作流程描述如下，控制命令由PC送至D/A卡，再經(jīng)由D/A卡轉(zhuǎn)成連續(xù)電壓訊號送至Driver，Driver收到電壓命令後驅(qū)動馬達，進而使平臺產(chǎn)生運動，再藉由Encoder卡接收馬達上編碼器轉(zhuǎn)動量，經(jīng)過計算即可得知運動量的大小，如此即完成一閉迴路系統(tǒng)。圖四 運動控制系統(tǒng)硬體架構(gòu)二、即時多工核心軟體架構(gòu)本論文最終目的是希望能達成高速高精度之運動定位。而其中又以高速運動定位誤差及低速運動時摩擦力非線性行為對高精密定位影響最大。為了達到高速精密平臺定位控制的目標，首先必須先架構(gòu)一即時性好、硬體支援性高、軟體擴充彈性強之平臺。80 311期 雷射應用技術(shù)

9、專輯在本論文中，將採用Windows XP配合Ardence公司所出的RTX之即時多工核心來建構(gòu)即時多工控制系統(tǒng)。圖五中所表現(xiàn)的是RTX軟體架構(gòu)，其原理是利用RTX HAL Extension來取代原本部分的Windows HAL。然後利用RTAPI_W32函式庫進入這個RTX HAL並攔截相關(guān)的系統(tǒng)訊息，然後進行底層硬體溝通，藉以使得硬體即時性可以確保。 三、即時運動控制軟體架構(gòu)本計劃所採用之即時運動控制軟體架構(gòu)如圖六所示。架構(gòu)中的人機介面(HMI)可由任何一種支援動態(tài)連結(jié)檔的程式來開發(fā)，主要處理控制面板輸入，同時也是系統(tǒng)主控者；Process Handle工作，主要為處理RTSS程式與WIN32 API程式的通訊；安全監(jiān)視工作，主要是監(jiān)控系統(tǒng)是否發(fā)生緊急事件，如有發(fā)生則做相對應之動作，保護機械設(shè)備，故此工作將獨立於其它工作；週邊IO資料更新工作，主要是負責週邊數(shù)據(jù)及感測器狀態(tài)之回報，故上層人機可即時更新機臺數(shù)據(jù)；動作流程工作，主要是我們可事先撰寫機械的程序，使得機臺能依照我們所需動作執(zhí)