高精度雷射扫描振镜系统评估建议流程

Aerotech AGV扫描系统。

目前市场上有相当多的扫描振镜头(galvanometer scanners)制造商，除了性能差距幅度相当大外，价格差距也有很大的幅度。如何选在广大的扫描振镜供应商中，寻找到最适合的供应商，并且对于系统架构进行最佳化，以真实符合应用的需求？本文概论了简单三个步骤。

首先，选择振镜前，需要先了解应用为何，或者希望使用雷射扫描振镜解决什麽问题？一般而言，扫描振镜的用途为将雷射光斑精确且快速的定位至你需要的位置。因此，首先需要做的，是将实际需求定义为精度与速度。

通常雷射扫描头供应商不强调定位精度。取而代之的是许多扫描头供应商使用线性度(linearity)做为性能指标(以角度单位角秒或微弧度为主)，这也是于雷射雕刻产业的常见规格订法。对于雷射雕刻产业，使用者通常不会要求扫描振镜供应商提供真实加工平面的误差规格或测试图面，而且通常对于实际误差仅使用编码器的精度来做估计。原因在于通常于雷射雕刻应用这样的评估法已经足够满足需求，而且对供应商而言也是相对简单的规格订法。

但若是需要达到高精度的应用，如雷射微钻孔或图案化等，需要求振镜供应商提供如何达到理想定位精度的校正办法、扫描振镜系统的精度与所需要的特徵尺寸或图案误差有直接关系，因此于高精度应用需要特别注意。

类似精度的情况，通常速度规格于扫描振镜供应商也并未完全揭露。以一般扫描头供应商常见做法，是使用最高「跳跃」速度来宣称扫描振镜的超高速度，但是通常此峰值速度规格与雷射光斑于工作平面的放置精度并无直接关系。换而言之，高速与高加速度，运动控制系统将会产生更高的追随误差，进而影响动态定位精度。

如何针对应用定义速度与动态误差之间的相关性？并且寻求对于附属配件的误差提供相关建议(如聚焦镜与扩束镜等)。于部分案例中，动态误差比静态定位精度(如上述)来得更重要，因此振镜头供应商将需要能够做到：详细分析动态误差与静态精度的优劣给使用者了解。

第二步骤是决定与雷射制程有关的相关细节。有些供应商提供标准的F-Theta Lens(场镜)与扫描头产品做搭配，但任何扫描头供应商应该都需要能够配合，或评估第三方的F-Theta Lens，尤其是许多时候你已经确定某种F-Theta Lens在某制程已经是最理想的方案。

与扫描振镜供应商询问光斑尺寸之光学模拟，并询问实际上在加工平面的真实性能表现。有些常见的问题包含：气冷？水冷选项，需要确保扫描头可以配合雷射的连续功率，并需要确保环境温度的起伏受到控制；校正与补偿可大幅提升性能，如何校正则有镜头模拟档案，或者真实加工量测的校正流程；系统等级的支持与整合需求：需要确实了解扫描头供应商可以保证扫描头与机台其他运动控制平台可以无缝搭配，不管供应商仅提供扫描头或者整套系统。

有一个较简单的判断办法，也就是若供应商能够提供全套的运动控制次系统，包含完整的运动控制器、伺服定位平台与相关软件等。若是能够寻找到此类的供应商，将可以大幅下降系统整合难度与时间。

第三是预算的评估。在执行专案前，计算出预算需求对于专案而言是极度重要的。举例而言，定制化一套F-Theta Lens可能花费数千美元以上，并且若在其他运动平台均已经齐备的情况下，是不需要产生的额外花费。

聪明的选择扫描头？运动控制系统供应商，或许可取代价格极高昂的大视野范围的Telecentric Lens。若是运动控制器能够将伺服运动与扫描振镜进行同步运动，则大范围扫描的需求就为之下降，并可以维持于小视野范围内的高精度。合格的振镜供应商了解这些取舍与妥协，并能在预算范围内提出最适合的专案需求的方案。

依照上述三步骤列出个别供应商的特色与优缺点，评估优先顺序为何，并判断应用与预算问题，详细比较每个供应商在上述评估步骤中表现的优劣为何。最后，决定扫描系统供应商的判断应该就会相当的容易了，综合评估性能、功能性与价格因素后，即可以轻易找到最适合公司专案的振镜系统供应商。 (本文由Aerotech提供，郑斐文整理)