告別等待延遲：DrillOptimizer 實現雷射鑽孔的即時穩定與觸發
Aerotech DrillOptimizer 為 AeroScriptPlus 的一項進階功能，專為使用振鏡掃描系統執行高動態點對點運動的雷射鑽孔設備製造商開發，此種運動模式如圖 1 所示，通常被稱為步進與穩定 (step and settle)。
圖 1. 用於雷射鑽孔的步進與穩定運動曲線範例，其中包含運動輪廓的要求。
針對成千上萬、甚至數百萬個距離各異的鑽孔位置進行步進與穩定運動的最佳化，是一項極具挑戰性的運動最佳化問題，其核心在於找出遍歷所有點位的最短路徑，並決定控制器應如何處理每一次的移動，藉此將整體循環時間降至最低。
DrillOptimizer 能夠解決上述兩項難題，讓使用者得以快速迭代其特定的運動輪廓，並針對任何移動距離實現最佳效能，且在硬體上達到零移動延遲，最終有效提升雷射鑽孔的效率，此工具主要透過兩個部分來達成此目標，第一部分是運動序列最佳化，用以產生遍歷所有點位的最短距離路徑，第二部分則是步進與穩定最佳化，負責最佳化掃描器硬體，讓已定義路徑中的每一次獨立移動都能發揮極致效能，當此工具與位置同步輸出 (PSO, Position-Synchronized Output) 和無限視野 (IFOV, Infinite Field of View) 技術結合時，便能在大面積板材上進行大量鑽孔的加工，同時確保加工精度，並充分發揮振鏡掃描硬體的每一分效能。
運動序列最佳化
在運動序列最佳化過程中，DrillOptimizer 會收斂並找出最有效率的加工路徑，這個路徑涵蓋了單一掃描器視野 (FOV, Field of view) 內的所有待鑽孔圖案，或是透過 IFOV 技術結合掃描器的 FOV 與伺服平台系統進行加工，首先，使用者需輸入其特定的圖案，並提供起始點與終點位置以及移動方向等參數，最終的輸出結果會是一個簡化後的檔案，該檔案定義了掃描系統所需遵循的最高效率路徑，運動序列最佳化能夠處理超過一百萬個點位的圖案，並且僅需幾秒鐘即可完成計算，圖 2 展示了 DrillOptimizer 的操作介面，其中呈現了如前述所描述的最佳化後路徑。
圖 2. DrillOptimizer 介面，顯示了從複雜鑽孔輪廓中最佳化後的路徑。
步進與穩定最佳化
傳統上，伺服控制迴路的最佳化通常僅針對單一移動距離進行，這會導致所有其他不同距離的移動效能降低，然而，DrillOptimizer 運用了功能強大的 AeroscriptPlus 資料庫檔案，讓所有步進移動都能夠針對任何特定的步進距離，採用一組最佳化的控制器參數，且運動過程不會超出使用者定義的穩定區間，如果掃描器在運動過程中從未離開穩定區間，便能以零移動延遲觸發雷射，反之，若掃描器在移動結束時的誤差過大，則雷射必須等待掃描器穩定就位後才能觸發，因此，為所有移動消除穩定過程的延遲時間，正是使用 DrillOptimizer 所帶來的顯著優勢。
為達成此項效能，最佳化路徑中的每一次移動都需要一組專屬的調校參數，以便在不離開穩定區間的前提下，以最短的時間完成任何單次的移動，步進與穩定最佳化功能會根據使用者指定的穩定區間與每個鑽孔位置的雷射開啟時間作為輸入條件，以最佳化系統的振鏡硬體，並找出應使用的參數組合，此功能運用機器學習 (machine learning) 技術，收斂出最佳的參數組合，並將其輸出至 Automation1 控制器 以供使用，圖 3 描繪了步進與穩定最佳化的介面，其中包含了使用者輸入的參數，以及一個圖形化視窗，顯示用於訓練的移動所產生的峰值向量誤差。
圖 3. DrillOptimizer Windows 介面展示了步進與穩定最佳化過程，此過程會不斷迭代並收斂出 Automation1 控制器的最佳參數。
其最終結果是，所有的移動都能在最短的時間內完成，且具備零穩定延遲時間，同時運動過程絕不會超出穩定區間，換句話說，所有移動都在振鏡硬體的物理極限下執行，圖 4 展示了一組在 200kHz 頻率下運行的測試運動輪廓資料，清楚地顯示出 DrillOptimizer 在高速運行下的精確程度。
圖 4. 上圖顯示了來自 Automation1 在 200kHz 下的資料視覺化結果，其中一個掃描器軸向的位置誤差始終未離開所定義的 +/- 1.5 微米穩定區間。
總結
對於處理雷射鑽孔應用的設備製造商而言，DrillOptimizer 能有效解決振鏡掃描頭一個常見且極具挑戰性的應用問題，其路徑最佳化功能透過識別掃描器應遵循的最短距離來最小化整體循環時間，接著，運用該路徑來最佳化執行運動的特定掃描器硬體所需的控制器參數，所有這些功能都被整合到一個 Windows 使用者介面中，以利於快速的製程開發，同時也提供 .NET DLL 格式，讓設備製造商能將其整合至客製化的人機介面（HMI）軟體中，僅需數分鐘的設定時間，使用者即可從中獲益，讓雷射鑽孔的效能達到產品的極限，並確保所有移動都在使用者指定的參數範圍內完成。