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DAC如何説明鐳射打標系統提高精度

本文作者:Gavin Bakshi       點擊: 2020-03-02 12:56
前言:

即使銷售了成百上千甚至上百萬個產品,許多公司也會在他們售出的每一個產品上單獨刻印自己的商標。商標的打標和商標的蝕刻是由鐳射打標機來完成的,這個過程需要非常高的精度。隨著技術的進步,為了進行更精細的打標,這些系統的設計者面臨著使鐳射打標機更加精確的壓力。
 
使用高強度、低功率鐳射的鐳射打標機(圖1)能在手機、手工工具、印刷電路板(PCB)等任何東西上蝕刻出非常精確的設計。為了達到所需的輸出,需要借助一個精確的數模轉換器(DAC)非常小心地引導雷射器。
 
圖1:鐳射切割機
 
那麼DAC是如何控制鐳射的呢?DAC負責提供非常精確的輸出電壓,該電壓將被用作電機的模擬輸入。DAC的每個特定模擬輸入代碼都與特定的電機位置有關。此電機負責移動鏡子,該鏡子可在x、y或z平面上重新放置,以引導和反射鐳射,並將其確定在終端設備上,以改變終端設備的材料表面並蝕刻商標、文本或條碼。參見圖2。
 
圖2:TI的DAC11001A為模擬電機控制環路提供輸出
 
隨著需要蝕刻的產品越來越小(如PCB和一些消費品),鐳射打標系統的精度必須提高。TI的DAC11001A和DAC91001分別具有20位和18位解析度。解析度作為一項重要參數,會轉換為DAC輸出可用的電壓階躍數量。例如,18位解析度有262,144個唯一代碼(見圖3),允許從多個電機位置控制鐳射。20位的DAC具有1,048,576個唯一代碼,提供了更細的細微性和更高的精度。
 
表1:DAC解析度轉換為代碼數的計算(16到20位)
 
利用20位元 DAC性能的鐳射打標系統還有哪些優勢?如果電機的全轉等於1弧度,你需要什麼樣的步長?相較於約1弧度的滿量程範圍,現有系統的解析度為10微弧度。在理想情況下,這等同於18位的解析度,但由於存在系統級的非線性,許多設計人員希望達到20位的解析度。此時,DAC11001A可以通過提供將近四倍數量的輸出代碼,並通過擴展對電機進行更精細的控制。 
 
另一個需要考慮的問題是電機振動。鐳射打標系統中的任何故障都會對最終蝕刻產生不利影響。由於控制環路具有多級傳遞函數,此類系統對電機殘餘振動非常敏感。從選擇低振動電機到使用複雜控制系統邏輯,設計人員使用各種複雜的技術以優化性能。造成電機振動的一個關鍵因素是DAC由於輸入代碼到代碼變化而產生的尖峰脈衝。DAC11001A和DAC91001具有非常低的1nV-s代碼到代碼、與代碼無關的尖峰脈衝輸出。這是通過集成跟蹤保持電路實現的,該電路將DAC的輸出與內部梯形電阻網路固有的代碼變化引起的尖峰脈衝隔離。 
 
正如我們所見,鐳射打標機必須處理許多變數以獲得更高精度。DAC在解決這一問題中起著關鍵的作用,可以使設計人員的工作更加容易。具有更高的解析度的創新解決方案可以提高精度、獲得更好的防錯性,這在鐳射打標系統設計中非常重要。
 
其他資源
• 查看應用簡介“DACx1001實現超高精度閉環控制系統設計。”
• 瞭解鐳射系統設計的其他TI解決方案。

 

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