レーザー加工用オートメーションプラットフォーム

レーザー切断やレーザー溶接、レーザーマーキング、レーザードリルなど、レーザーは多様な産業分野のさまざまなプロセスにおいて、製造プロセスの最適化およびコンポーネントの高品質化のために使用されています。このように、レーザー加工の高度な能力はたとえば電子部品メーカー、半導体業界、自動車業界、医療テクノロジーなどに活用されています。

モーションコントロールシステムには、プロセスや材料、作業サイクル、環境条件のほか、さまざまな基準(スループット、精度、幾何公差、加工面のサイズ、外形など)から高い精度と大きなスループットが求められています。こうした要求は、パフォーマンスに優れたコントロールソリューションを通じてメカニクス、レーザー制御、レーザービームステアリングなどのシステムコンポーネントが互いに補足しあい、通信しあうことで達成できます。


高精度、高スループットのポジショニング

PI社では、インテグレーターおよびエンドユーザーが高性能なターンキーマシンを構築する際の基盤として使用可能な、高精度、高スループットのレーザー加工用オートメーションプラットフォームを提供しています。ポジショニングシステムでは単軸のものから多軸のものまで取り揃えており、レーザーとモーションを同時に制御する必要のある場合にも対応可能です。各システムには検流計を組み込み、スループットと柔軟性を高めることができます。

単軸構成および多軸構成でのレーザーマーキング

ハイダイナミクス
高精度
コンパクト設計

多軸ポジショニングシステムの用途の1つに、複雑な構造や高価値の構造のマーキングがあります。たとえば、レーザーを用いて、品物に人間の目では見えないIDを刻印できます。ワークピースのXY方向の移動およびレーザー照射対象のZ方向の位置決めは、高いダイナミクスを持つダイレクトドライブリニアステージにより行います。例として、 >>V-528リニアステージでは、従来のステッパーや回転サーボをベースにしたソリューションよりも高速かつ高いスキャン頻度を実現しています。このステージではクロスローラーベアリングを採用しているため、再現性が高く精度の優れたリニアエンコーダを用いることでマイクロメートル以下の精度を実現できます。

The stages of the >> V-417 series, for example, are also ideal for laser processing applications. The stages position with an accuracy of a few micrometers and provide speeds of up to 2 m/s. They can be easily combined for multi-axis applications.
Specially designed hard covers and side seals prevent the intrusion of dirt or hot particles into the drive and encoder mechanisms. Industrial connectors with high IP ratings and bayonet locks provide additional robustness. The linear stages can be easily aligned during installation thanks to a specially-formed edge with a parallelism (//) better than 50 μm to the bearing guides or to the direction of motion.


製品検索を使用すれば、弊社取扱製品からレーザー加工に適したポジショニングソリューションを簡単に見つけられます。指定した条件に合う高パフォーマンスのコンポーネントおよびシステムを検索できます。

製品検索


平面スキャナーによるウエハーダイシング

高移動精度
高平坦度
高速安定性

ウエハーダイの切り離しでも、高い精度が求められます。切断幅は一定でなければならず、また交点は垂直にしなければなりません。さらに、切断時に各ダイを傷つけないよう、極めて高い精度も求められます。トラベルレンジ方向で許容される公差は、1メートルあたりわずか数マイクロメートルです。こうした用途のポジショニングシステムには、リニアモーター直接駆動式の>>A-322エアベアリング平面ステージが最適です。このシステムでは、20 m/s2の加速度により大きな速度が得られます。同時に、正弦波整流制御により、スムーズな動作と1桁ナノメートル単位の位置決めを実現しています。コントロールとメカニクスを統合したアプローチを採用し、最大のスループットと最高の精度を確保しています。


ガントリーシステムを使用したステンシルおよびPCBの製造

高精度
ハイダイナミクス
長トラベルレンジ

ステンシルとプリント回路基板の製造要件および処理要件はほとんど同じです。ワークピースのサイズおよび機能密度は比較的大きくなります。課題は、マイクロメートル単位の精度を維持しながら長いトラベルレンジを実現することです。ガントリーシステムであれば、こうした要望に適切に対応できます。ケーブル管理および操作は、垂直移動軸、オートフォーカスセンサー、レーザーのファイバー配線システムを収容できるよう最適化されています。この設計により、部品を静止させたまま、部品の上でレーザーを動かすことができます。弊社で絶対値測定システムを組み込むため、スイッチを入れた後のリファレンス動作が不要となり、システムの初期化を簡単に行えます。

 

 


ガルバノスキャナーを搭載した多軸構成によるレーザーマーキング

高精度
高速
2次元加工

レーザー成形では多くの場合、レーザー光を操作するために多軸ポジショニングシステムとガルバノスキャナーを組み合わせて使用します。これにより、機能コンポーネントに目盛を書き入れる場合などにダイナミクスと精度について優れた結果が得られます。さらに、XY方向のモーションは、XYローラーステージとして構成した>>V-731シリーズのポジショニングステージで行います。このステージのリニアモーターは他のメカニクスを必要とせず、プラットフォームを直接駆動します。これにより、高い速度を実現できます。

SCANLABのガルバノスキャナーの詳細

高性能のモーションコントロールシステム

 

上述のレーザー加工プロセスでは、特殊なレーザーモジュールを利用することで、モーション制御プラットフォームからレーザーを簡単に直接コントロール可能です。このモジュールにより、レーザー源を直接制御し、プロセスの精度およびスループットを高められます。

>>ACS社製LCM(レーザー制御モジュール)シリーズのEtherCAT®スレーブモジュールは、動的なスループット制御を実現するデジタルパルス変調や、2次元または6次元のモーションパス上の位置かプログラム可能な動作領域と同期できるスループットインパルスやゲーティング信号(オン/オフ信号)など、幅広い機能を備えています。このコントロールモジュールは汎用電気的インターフェースを搭載しており、ほぼすべてのレーザーを制御できます。


EtherCAT®は、Beckhoff Automation社が開発した、Ethernetベースのオープンなリアルタイムフィールドバスシステムです。EtherCATは現在、マシン制御ソリューション向けの堅牢な高速リアルタイムネットワークとして、制御工学やシステム工学での利用が進んでいます。その理由の1つは、このフィールドバスシステムが持つ柔軟性にあります。

EtherCATの統合で得られるACS Motion Control社製ソリューションのメリットを確認する

継ぎ目なく広い領域をマーキング

高精度
高スループット
同時2次元処理

通常、ガルバノスキャナーを搭載したモーションシステムでは、スキャナーの下で処理対象物を動かし、制御はスキャナーコントローラーに任せて個別の動作を行わせることで作業を行います。処理対象領域がスキャナーの視野よりも広い場合はこの手法を繰り返して行います(ティリングと呼ばれます)。こうした方法では、細かなディテールが多く広い領域のマーキングを効率的に行うことはできません。ディテールが小さいほど大きな加速度が求められ、大きいほど長いトラベルレンジが必要になります。細かい動きが多くなる軌道は速度と敏捷性に優れたガルバノスキャナーで分割し、作りの大きいものは大型で比較的低速のモーションシステムステージで処理すると強みが活かせます。ただしこの場合、両方のシステムを同期コントローラーアーキテクチャとし、適切な出力を適切なモーションプラットフォームに供給する必要があります。

ACS Motion ControlとSCANLABが共同開発したXLSCAN

共同開発で生まれたXLSCANモーションおよびガントリー制御システムは、広領域のマーキングおよび処理を実現します。XLスキャニングソリューションでは、高ダイナミクスの磁気リニアドライブを搭載した2次元スキャニングステージと2次元スキャンヘッドを同時に制御し動かすことで、レーザースキャンシステムの作業領域を拡張します。この複合システムにより、広領域のマーキングを高スループット、高精度で効率的に行うことができます。

XLSCANモーションおよびガントリー制御システムの詳細



Brochure: Automation Platforms for Laser Material Processing

Precision – Throughput - Synchronized Motion
バージョン/日付
BRO67E R1 06/2018
ドキュメントの言語 英語