三菱激光钻机电子振镜参数优化方法

张亚辉

（珠海中京电子电路有限公司，广东 珠海 519100）

1 背景

在印制电路板（PCB）生产中，当使用激光钻机加工孔时，机台移到预定区域后，激光通过电子振镜偏转角度后，落在预定的XY坐标位置，进行孔加工。由于三菱激光钻机钻板速度快，响应时间短，运行频率高，电子振镜长期高速摆动会导致故障出现非常频繁。三菱第三代激光钻机（GTWIII-H）在开机启动时会经常遇到电子振镜报警，特别在停电和关机较长时间后再启动时，有时停机一两天，给生产和设备部都带来很大困扰。

2 电子振镜（Galvano Mirror）的工作原理

电子振镜是一种特殊的摆动电机，基本原理是通电线圈在磁场中产生力矩，与旋转电机不同的是其转子上同时有电磁力矩和回复力矩，大小与转子偏离平衡位置的角度成正比。当线圈通过预定的电流而转子发生偏转到一定的角度时，电磁力矩与回复力矩大小相等，振镜停在了预定的角度。激光从这个预定的角度折射到达预定的位置。故不像普通电机一样能够旋转，这种摆动电机只能偏转，偏转角与电流成正比，这点与电流计类似，故电子振镜又叫电流计扫描振镜（Galvanometric Scanner），常简称电子振镜或扫描振镜。三菱电子振镜实物如图1所示。

图1 三菱电子振镜实物

电子振镜系统是一种由驱动板与高速摆动振镜组成的一个高精度、高速度伺服控制系统,一般是由位置传感器，位置区分器，误差放大器，功率放大器，处理器组成的闭环控制系统。位置传感器是高精度光栅尺，位于电子振镜内部。工况状态下，位置传感器将实时位置数据传输给功率放大器，功率放大器再传给高速数据处理卡（DSP卡），再传到电脑；电脑将数据传给位置比校器，位置比校器将校正数据发给功率放大器，然后传给电子振镜校正位置，形成闭环控制。

当输入一个位置信号时，摆动电机（振镜），就会按一定电压与角度的转换比例摆动一定的角度，整个过程采用闭环反馈控制，由控制电路控制，一束激光被两片扫描振镜反射，并且通过一片聚焦镜,振镜片在马达的带动下高速地来回沿轴旋转，达到改变激光光束路径的目的。

在开机启动过程中，电子振镜通电后要摆动归零，在检测到零位后才能正常工作，如果摆动位置不足，无法检测到零位，就会出现报警现象，机器无法开启进入到生产状态（如图2所示）。

图2 电子振镜加工示意图

3 解决方案

当前三代机电子振镜故障主要出现在启动阶段，其原因在于电子振镜电机的转动力矩不够，无法启动而成为故障。振镜电机转动力矩与流经电机线圈的电流成正比；通过改变电流，可以改变振镜电机转动力矩；适度增大转动力矩后，电机摆动变大，使之能够检测到零位。

通过优化参数增大启动电流，也就增加了启动转矩，使电机在设定时间内到达零点，消除了报警，使之正常启动。电子振镜的参数保存在主机电脑的c:pbaniniservoif.ini文件里，其中有项参数StartCurrent=0.1，指的是启动电流值为0.1A，将之修改为StartCurrent=0.15后启动正常。不发生报警。为了保持数据一致，电子振镜启动后又将数据还原，特开发VBS程序，命名galvrepair.vbs,将之保存在window XP的开始菜单里，随主程序dspload.exe一起启动。在开机启动时自动执行将c:pbaniniservoif.ini文件里的StartCurrent=0.1修改为StartCurrent=0.15。电子振镜启动时会自动回到零位，大约6秒内完成。window XP启动6秒后，galvrepair.vbs又将参数StartCurrent=0.15修改回StartCurrent=0.1。这样，就能保证电子振镜启动后正常归零，之后的参数与之前一致不发生改变，不影响生产时的运转，以避免其他可能出现的问题。

4 galvrepair.vbs程序的开发

用记事本新建一个文本文件，文件名galvrepair.txt，在记事本里输入：设置和创建文件对象，读取文件内容到变量S，将变量S里的"StartCurrent=0.1"修改为"StartCurrent=0.15"，延迟数分钟，再把上面程序回复至原值。

将以上文件修改后缀名，改为galvrepair.vbs，vbs文件是微软开发的脚本语言，和批处理exe文件一样可以执行。将之copy到开始菜单，与主程序dspload.exe文件放在一起，这样开机时就会自动运行，开机时自动修改参数，dspload.exe运行到激光器启动需8 s时间，在这段时间内电子振镜依据修改后的参数归零。归零结束后参数又自动恢复原值，这样保持了数据一致。达到了能正常开机归零又能正常扫描的目的。

5 优化参数对产值的影响

目前三代机每6分钟打完一块板，每小时10块，每块板产值50元，一天产值12 000元，每月产值36万元（估算值）。如表1所示反映了优化参数后产生的价值，提高了设备利用率和产能。每月可提升54万元产值。

表1 优化参数前后产值对比表

6 结束语

三代三菱激光钻机普遍存在电子振镜报警问题，现通过开发程序，在机器启动时自动优化参数，运行时又自动恢复原始数据，很好地解决了电子振镜频繁报警问题，提高了生产效率，减少了维护时间。