高精度雷射掃描振鏡系統評估建議流程

Aerotech AGV掃描系統。

目前市場上有相當多的掃描振鏡頭(galvanometer scanners)製造商，除了性能差距幅度相當大外，價格差距也有很大的幅度。如何選在廣大的掃描振鏡供應商中，尋找到最適合的供應商，並且對於系統架構進行最佳化，以真實符合應用的需求？本文概論了簡單三個步驟。

首先，選擇振鏡前，需要先了解應用為何，或者希望使用雷射掃描振鏡解決什麼問題？一般而言，掃描振鏡的用途為將雷射光斑精確且快速的定位至你需要的位置。因此，首先需要做的，是將實際需求定義為精度與速度。

通常雷射掃描頭供應商不強調定位精度。取而代之的是許多掃描頭供應商使用線性度(linearity)做為性能指標(以角度單位角秒或微弧度為主)，這也是於雷射雕刻產業的常見規格訂法。對於雷射雕刻產業，使用者通常不會要求掃描振鏡供應商提供真實加工平面的誤差規格或測試圖面，而且通常對於實際誤差僅使用編碼器的精度來做估計。原因在於通常於雷射雕刻應用這樣的評估法已經足夠滿足需求，而且對供應商而言也是相對簡單的規格訂法。

但若是需要達到高精度的應用，如雷射微鑽孔或圖案化等，需要求振鏡供應商提供如何達到理想定位精度的校正辦法、掃描振鏡系統的精度與所需要的特徵尺寸或圖案誤差有直接關係，因此於高精度應用需要特別注意。

類似精度的情況，通常速度規格於掃描振鏡供應商也並未完全揭露。以一般掃描頭供應商常見做法，是使用最高「跳躍」速度來宣稱掃描振鏡的超高速度，但是通常此峰值速度規格與雷射光斑於工作平面的放置精度並無直接關係。換而言之，高速與高加速度，運動控制系統將會產生更高的追隨誤差，進而影響動態定位精度。

如何針對應用定義速度與動態誤差之間的相關性？並且尋求對於附屬配件的誤差提供相關建議(如聚焦鏡與擴束鏡等)。於部分案例中，動態誤差比靜態定位精度(如上述)來得更重要，因此振鏡頭供應商將需要能夠做到：詳細分析動態誤差與靜態精度的優劣給使用者了解。

第二步驟是決定與雷射製程有關的相關細節。有些供應商提供標準的F-Theta Lens(場鏡)與掃描頭產品做搭配，但任何掃描頭供應商應該都需要能夠配合，或評估第三方的F-Theta Lens，尤其是許多時候你已經確定某種F-Theta Lens在某製程已經是最理想的方案。

與掃描振鏡供應商詢問光斑尺寸之光學模擬，並詢問實際上在加工平面的真實性能表現。有些常見的問題包含：氣冷？水冷選項，需要確保掃描頭可以配合雷射的連續功率，並需要確保環境溫度的起伏受到控制；校正與補償可大幅提升性能，如何校正則有鏡頭模擬檔案，或者真實加工量測的校正流程；系統等級的支援與整合需求：需要確實了解掃描頭供應商可以保證掃描頭與機台其他運動控制平台可以無縫搭配，不管供應商僅提供掃描頭或者整套系統。

有一個較簡單的判斷辦法，也就是若供應商能夠提供全套的運動控制次系統，包含完整的運動控制器、伺服定位平台與相關軟體等。若是能夠尋找到此類的供應商，將可以大幅下降系統整合難度與時間。

第三是預算的評估。在執行專案前，計算出預算需求對於專案而言是極度重要的。舉例而言，客製化一套F-Theta Lens可能花費數千美元以上，並且若在其他運動平台均已經齊備的情況下，是不需要產生的額外花費。

聰明的選擇掃描頭？運動控制系統供應商，或許可取代價格極高昂的大視野範圍的Telecentric Lens。若是運動控制器能夠將伺服運動與掃描振鏡進行同步運動，則大範圍掃描的需求就為之下降，並可以維持於小視野範圍內的高精度。合格的振鏡供應商了解這些取捨與妥協，並能在預算範圍內提出最適合的專案需求的方案。

依照上述三步驟列出個別供應商的特色與優缺點，評估優先順序為何，並判斷應用與預算問題，詳細比較每個供應商在上述評估步驟中表現的優劣為何。最後，決定掃描系統供應商的判斷應該就會相當的容易了，綜合評估性能、功能性與價格因素後，即可以輕易找到最適合公司專案的振鏡系統供應商。 (本文由Aerotech提供，鄭斐文整理)