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DAC如何帮助激光打标系统提高精度

【导读】即使销售了成百上千甚至上百万个产品,许多公司也会在他们售出的每一个产品上单独刻印自己的商标。商标的打标和商标的蚀刻是由激光打标机来完成的,这个过程需要非常高的精度。随着技术的进步,为了进行更精细的打标,这些系统的设计者面临着使激光打标机更加精确的压力。

使用高强度、低功率激光的激光打标机(图1)能在手机、手工工具、印刷电路板(PCB)等任何东西上蚀刻出非常精确的设计。为了达到所需的输出,需要借助一个精确的数模转换器(DAC)非常小心地引导激光器。

DAC如何帮助激光打标系统提高精度

图1:激光切割机

那么DAC是如何控制激光的呢?DAC负责提供非常精确的输出电压,该电压将被用作电机的模拟输入。DAC的每个特定模拟输入代码都与特定的电机位置有关。此电机负责移动镜子,该镜子可在x、y或z平面上重新放置,以引导和反射激光,并将其确定在终端设备上,以改变终端设备的材料表面并蚀刻商标、文本或条形码。参见图2。

DAC如何帮助激光打标系统提高精度

图2:TI的DAC11001A为模拟电机控制环路提供输出

随着需要蚀刻的产品越来越小(如PCB和一些消费品),激光打标系统的精度必须提高。TI的DAC11001A和DAC91001分别具有20位和18位分辨率。分辨率作为一项重要参数,会转换为DAC输出可用的电压阶跃数量。例如,18位分辨率有262,144个唯一代码(见图3),允许从多个电机位置控制激光。20位的DAC具有1,048,576个唯一代码,提供了更细的粒度和更高的精度。

DAC如何帮助激光打标系统提高精度

表1:DAC分辨率转换为代码数的计算(16到20位)

利用20位 DAC性能的激光打标系统还有哪些优势?如果电机的全转等于1弧度,你需要什么样的步长?相较于约1弧度的满量程范围,现有系统的分辨率为10微弧度。在理想情况下,这等同于18位的分辨率,但由于存在系统级的非线性,许多设计人员希望达到20位的分辨率。此时,DAC11001A可以通过提供将近四倍数量的输出代码,并通过扩展对电机进行更精细的控制。

另一个需要考虑的问题是电机振动。激光打标系统中的任何故障都会对最终蚀刻产生不利影响。由于控制环路具有多级传递函数,此类系统对电机残余振动非常敏感。从选择低振动电机到使用复杂控制系统逻辑,设计人员使用各种复杂的技术以优化性能。造成电机振动的一个关键因素是DAC由于输入代码到代码变化而产生的尖峰脉冲。DAC11001A和DAC91001具有非常低的1nV-s代码到代码、与代码无关的尖峰脉冲输出。这是通过集成跟踪保持电路实现的,该电路将DAC的输出与内部梯形电阻网络固有的代码变化引起的尖峰脉冲隔离。

正如我们所见,激光打标机必须处理许多变量以获得更高精度。DAC在解决这一问题中起着关键的作用,可以使设计人员的工作更加容易。具有更高的分辨率的创新解决方案可以提高精度、获得更好的防错性,这在激光打标系统设计中非常重要。

其他资源

查看应用简介“DACx1001实现超高精度闭环控制系统设计。”

了解激光系统设计的其他TI解决方案。

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