ระบบจัดตำแหน่งกล้องสำหรับการตัดด้วยเลเซอร์: การจดจำตำแหน่ง การตัดตามภาพพิมพ์ และการจัดเรียงชิ้นงาน

ระบบจัดตำแหน่งกล้องสำหรับการตัดด้วยเลเซอร์: การจดจำตำแหน่ง การตัดตามภาพพิมพ์ และการจัดเรียงชิ้นงาน

กล้องเพิ่มคุณค่าอะไรให้กับเครื่องตัดด้วยเลเซอร์จริง ๆ

เครื่องตัดด้วยเลเซอร์ไม่มีการมองเห็น มันเชื่อถือจุดกำเนิดพิกัดในไฟล์ และสมมุติว่าวัสดุอยู่ตรงตำแหน่งที่แบบร่างระบุไว้ทุกประการ ทุกวิธีการแก้ปัญหาชั่วคราวที่ผู้ปฏิบัติงานใช้ — เช่น การจัดแนวแผ่นวัสดุให้ขนานกับตัวหยุด การติดเทปกาวลงบนแผ่นวัสดุ หรือการตัดชิ้นทดสอบก่อน — ล้วนมีจุดประสงค์เพื่อทำให้สมมุติฐานนั้นเป็นจริง

กล้องขจัดสมมุติฐานนั้นออกไป มันทำให้เครื่องสามารถมองเห็นแผ่นวัสดุจริง ๆ ตรวจจับลักษณะเฉพาะที่มีอยู่บนวัสดุแล้ว และปรับเส้นทางการตัดให้สอดคล้องกับตำแหน่งจริงของลักษณะเหล่านั้น นี่คือหน้าที่หลักทั้งหมดของกล้อง และจำเป็นต้องระบุให้ชัดเจนว่ามันทำอะไรได้บ้างและทำไม่ได้บ้าง

มันแก้ไขปัญหา การตั้งตําแหน่ง อย่างเดียว มันไม่ได้ปรับปรุงคุณภาพขอบการตัด ความเร็วในการตัด หรือขนาดของรอยตัด (kerf) เครื่องตัดด้วยเลเซอร์ที่โฟกัสไม่ดี แม้มีติดตั้งกล้อง ก็ยังผลิตชิ้นงานที่จัดแนวถูกต้องแต่ตัดออกมาไม่ดี

งานสามประเภทที่แตกต่างกันมักถูกเรียกรวมว่า "การตัดด้วยกล้อง" ซึ่งแต่ละประเภทมีข้อกำหนดที่ต่างกัน

การจดจำตำแหน่งตามเครื่องหมายที่มีอยู่แล้ว วัสดุมีเครื่องหมายอ้างอิง (fiducials) รู หรือขอบที่เตรียมไว้ล่วงหน้าอยู่แล้ว กล้องจะตรวจจับเครื่องหมายเหล่านั้น แล้วปรับตำแหน่งไฟล์ให้เส้นทางการตัดตกอยู่ตรงตำแหน่งที่ออกแบบไว้

การตัดให้ตรงกับสิ่งพิมพ์ แผ่นวัสดุมีลวดลายพิมพ์อยู่ และการตัดต้องทำตามลวดลายพิมพ์ ไม่ใช่ตามแบบร่างที่ระบุไว้โดยทั่วไป นี่คืองานที่ยากที่สุดในสามงาน เนื่องจากลวดลายพิมพ์ไม่มีความแข็งแรงหรือคงรูป

การจัดวางชิ้นส่วนให้แน่นที่สุดและการใช้วัสดุที่เหลือ กล้องจะสร้างแผนที่ของพื้นที่ที่ใช้งานได้จริงบนแผ่นวัสดุ — เช่น เส้นขอบของชิ้นส่วนที่ถูกตัดออก หรือตำแหน่งของข้อบกพร่อง — จากนั้นผู้ปฏิบัติงานจะจัดวางชิ้นส่วนภายในพื้นที่จริงนั้น แทนที่จะจัดในกรอบสี่เหลี่ยมผืนผ้าที่ระบุไว้โดยทั่วไป

การใช้งานอีกแบบหนึ่งซึ่งพูดถึงกันน้อยกว่า คือ การแปลงกลับจากดิจิทัล คือ การวางชิ้นส่วนที่มีอยู่แล้วลงบนแท่นทำงาน แล้ววาดเส้นขอบของชิ้นส่วนนั้นบนหน้าจอ จากนั้นส่งออกไฟล์สำหรับการตัด วิธีนี้มีประโยชน์มากสำหรับชิ้นส่วนเก่าที่ไม่มีแบบร่าง

งานสามประเภท ความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้สามระดับ

เป็นเรื่องปกติและส่งผลเสียทางการเงินอย่างมาก ที่จะระบุให้ใช้กล้องเพียงตัวเดียวสำหรับงานทั้งสามประเภทนี้ แล้วประเมินประสิทธิภาพของกล้องนั้นจากงานที่ยากที่สุด

ค่าความคลาดเคลื่อนที่สำคัญไม่ใช่ตัวเลขที่ระบุไว้บนกล้อง แต่เป็นค่าความคลาดเคลื่อนของชิ้นส่วนที่ประกอบเข้าด้วยกัน เมื่อเปรียบเทียบกับความคลาดเคลื่อนที่กล้องทิ้งไว้ที่ มุมของเตียง ไม่ใช่ที่ศูนย์กลาง

เหตุใดวิธีตัดตามแบบพิมพ์จึงล้มเหลว แม้ภาพตัวอย่างจะเรียงแนวพอดี

ภาพตัวอย่างแสดงให้เห็นว่างานศิลปะเรียงแนวพอดีกับเส้นตัด แต่เมื่อเริ่มงานจริง ครึ่งหนึ่งของแผ่นงานออกมาถูกต้อง ส่วนอีกครึ่งหนึ่งกลับมีเส้นตัดเลื่อนออกนอกบริเวณที่พิมพ์ไว้ นี่คือปัญหาที่ผู้ใช้กล้องร้องเรียนบ่อยที่สุด และโดยทั่วไปแล้วสาเหตุไม่ได้เกิดจากตัวกล้อง

งานพิมพ์ไม่ใช่วัตถุที่แข็งตัว กระดาษและแผ่นกระดาษจะยืดและหดตัวตามความชื้นในอากาศ วัสดุลามิเนตและฟิล์มจะคลายตัวด้วยอัตราที่ต่างกันไปจากพื้นผิวที่ถูกยึดติดไว้ การพิมพ์แบบสกรีนอาจทำให้ขนาดของแผ่นเปลี่ยนแปลงไปในทิศทางที่ลูกกลิ้งกดลง (squeegee) แต่การพิมพ์แบบดิจิทัลมักไม่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเช่นนั้น แผ่นสองแผ่นที่นำออกมาจากกล่องเดียวกันอาจมีขนาดต่างกันได้ ดังนั้น แผ่นที่ผ่านการพิมพ์แล้วจึงมีขนาดและรูปร่างที่แตกต่างกันเล็กน้อยทุกครั้ง — และไม่สม่ำเสมอ ทั้งในระดับของแผ่นเดียวและระหว่างแผ่นต่าง ๆ

นี่คือเหตุผลที่การปรับตำแหน่งเพียงครั้งเดียวด้วยวิธี offset-and-rotate ไม่สามารถแก้ปัญหานี้ได้ หากภาพพิมพ์ขยายตัวอย่างไม่สม่ำเสมอ — มากขึ้นในทิศทางการป้อนแผ่น (feed direction) เมื่อเทียบกับทิศทางขวาง และมากขึ้นที่ขอบหนึ่งเมื่อเทียบกับอีกขอบ — การจัดแนวเครื่องหมายสามจุดให้ตรงกันอย่างถูกต้องแล้ว ก็ยังคงเหลือพื้นที่ที่สี่ซึ่งไม่อยู่ในแนวที่ถูกต้อง การตัดให้ตรงกับภาพพิมพ์ (cut-to-print) จึงจำเป็นต้องใช้การปรับตำแหน่งเฉพาะจุด: ต้องมีเครื่องหมายหลายจุดกระจายอยู่ทั่วแผ่น โดยซอฟต์แวร์จะทำการแทรกค่า (interpolating) ระหว่างจุดเหล่านั้น หรือแบ่งแผ่นออกเป็นโซนย่อยแต่ละโซนจะถูกจัดแนวแยกกัน

หลักเกณฑ์ต่อไปนี้มีความเรียบง่าย:

• ใช้เครื่องหมายอย่างน้อยสามจุด โดยจัดวางให้ห่างกันมากที่สุดเท่าที่รูปทรงเรขาคณิตของแผ่นจะเอื้ออำนวย และควรใช้สี่จุดขึ้นไปสำหรับแผ่นขนาดใหญ่
• วางเครื่องหมายไว้นอกบริเวณที่ตัด บนวัสดุส่วนที่จะถูกตัดทิ้ง
• รักษาลักษณะเรขาคณิตของเครื่องหมายให้เหมือนกันทุกแผ่น เพื่อให้ซอฟต์แวร์สามารถตรวจจับได้ด้วยแม่แบบ
• ตรวจสอบการจัดแนวเพียงครั้งเดียว ก่อนเริ่มงานชุด ใช้เวลาเพียงหนึ่งนาทีในการตัดชิ้นส่วนหนึ่งชิ้นแล้วเปรียบเทียบกับแบบพิมพ์ นอกจากนี้ยังมีความผิดพลาดในขั้นตอนการทำงานที่ไม่เกี่ยวข้องกับระบบออปติกเลย หลายระบบแสดงภาพตัวอย่างก่อนดำเนินการและขอการยืนยันจากผู้ปฏิบัติงาน แต่ผู้ปฏิบัติงานที่อยู่ภายใต้แรงกดดันด้านเวลาอาจยืนยันโดยไม่ตรวจสอบอย่างละเอียด ที่มาตรวัดภาพตัวอย่าง การเคลื่อนคลาดเพียงสองสามมิลลิเมตรจะมองไม่เห็น ดังนั้นควรตรวจสอบเฉพาะมุมหนึ่งมุม — ซูมเข้าไปที่มุมใดมุมหนึ่ง ตรวจสอบรายละเอียดเพียงจุดเดียว จากนั้นจึงเริ่มงาน

การปรับเทียบกำหนดทุกสิ่งทุกอย่าง

ระบบกล้องมีการปรับเทียบสามประเภท และแต่ละประเภทล้มเหลวโดยมีลักษณะเฉพาะที่แตกต่างกัน

การบิดเบือนของเลนส์ เลนส์ทุกตัวทำให้เส้นตรงโค้งงอใกล้ขอบของเลนส์ ซอฟต์แวร์แก้ไขปัญหานี้ด้วยแบบจำลอง หากแบบจำลองนั้นผิดหรือไม่มีอยู่ ศูนย์กลางของภาพจะถูกต้อง แต่ขอบของภาพจะผิด

ระดับ พิกเซลต่อมิลลิเมตร หากสเกลผิด ขนาดจะคลาดเคลื่อนเป็นร้อยละหนึ่ง และความคลาดเคลื่อนจะเพิ่มขึ้นตามระยะห่างจากจุดอ้างอิง

การเลื่อนระหว่างกล้องกับเลเซอร์ กล้องมองไปยังจุดที่ไม่ใช่หัวฉีด ระยะห่างระหว่างสองจุดนี้ต้องทราบอย่างแม่นยำ เพราะงานทุกชิ้นจะถูกเลื่อนออกไปตามค่านั้น

ลายเซ็นทั้งสามแบบนี้เป็นการวินิจฉัยปัญหาในสนามที่เร็วที่สุด และควรท่องจำไว้

ความต่างของสีคือปัญหาหลักของสนามการทำงาน

การสาธิตในห้องปฏิบัติการใช้กระดาษสีขาวกับจุดสีดำ แต่ในเวิร์กช็อปจริงใช้วัสดุหลากหลาย เช่น อะคริลิกเงา หนังสีเข้ม โลหะผิวสะท้อนแสง งานศิลปะพิมพ์ที่มีลวดลายซับซ้อน และฟิล์มใส การตรวจจับด้วยกล้องเป็นปัญหาเรื่องความต่างของสีก่อนจะเป็นปัญหาด้านอื่นใดทั้งสิ้น และส่วนใหญ่ของการล้มเหลวในการใช้งานจริงเกิดจากข้อจำกัดด้านออปติก มากกว่าข้อจำกัดด้านการประมวลผล

มาตรการแก้ไขนั้นเรียบง่ายแต่มีประสิทธิภาพ:

• เลือกสีของเครื่องหมายตามวัสดุที่ใช้ ใช้เครื่องหมายสีเข้มบนวัสดุสีอ่อน และใช้เครื่องหมายสีอ่อนหรือสะท้อนแสงบนวัสดุสีเข้ม เครื่องหมายจุดสีดำบนหนังสีดำไม่ถือว่าเป็นเครื่องหมายที่ใช้งานได้
• รักษาพื้นผิวของเครื่องหมายให้ด้าน การเคลือบเงาให้ผลลัพธ์เป็นจุดที่สะท้อนแสง ซึ่งอาจมองเห็นเป็นรูหรือรอยสว่างขึ้นอยู่กับมุมมอง
• หลีกเลี่ยงการวางเครื่องหมายใกล้บริเวณที่พิมพ์ เครื่องหมายอ้างอิง (fiducial) ที่พิมพ์ทับภาพที่มีรายละเอียดหนาแน่นเกินไป จะไม่สามารถจับคู่แบบแม่แบบได้อย่างเชื่อถือได้
• ควบคุมแหล่งกำเนิดแสง กล้องที่ทำงานได้ดีตอน 09.00 น. แต่ล้มเหลวตอน 18.00 น. มักตอบสนองต่อแสงธรรมชาติหรือหลอดไฟที่มีการย้ายตำแหน่ง ควรปิดบังบริเวณกล้อง หรือใช้แหล่งกำเนิดแสงคงที่
• ใช้แสงย้อนหลังสำหรับวัสดุที่โปร่งใส เมื่อระบบรองรับ ให้ใช้วิธีนี้เพื่อกำหนดขอบโดยอาศัยเงา แทนการพึ่งการสะท้อน
• ทำความสะอาดกระจกหน้าต่างของกล้อง ฝุ่นที่สะสมบนกระจกทำให้เกิดอาการผิดปกติคล้ายข้อบกพร่องของซอฟต์แวร์

เมื่อการตรวจจับล้มเหลวแบบไม่สม่ำเสมอ ให้ตรวจสอบตามลำดับต่อไปนี้: ความต่างของสีเครื่องหมาย, ขนาดเครื่องหมายเมื่อเทียบกับช่วงการมองเห็น (field of view), ความสม่ำเสมอของแสง, ความสะอาดของกระจกหน้าต่างกล้อง และสุดท้ายคือค่าเกณฑ์ในซอฟต์แวร์ ผู้ปฏิบัติงานมักเริ่มตรวจสอบจากข้อสุดท้าย

จุดที่กล้องให้ผลตอบแทน และจุดที่ไม่ให้ผลตอบแทน

การติดตั้งกล้องเพิ่มต้นทุน ภาระในการปรับเทียบ และขั้นตอนการจัดแนวแต่ละแผ่นแยกต่างหาก กล้องจะคุ้มค่าเมื่อต้นทุนจากการตัดผิดแผ่นหนึ่งแผ่นสูงกว่าต้นทุนของขั้นตอนเหล่านี้

การคำนวณอย่างตรงไปตรงมาจะทำตามกลุ่มงาน ไม่ใช่ตามเครื่องจักรแต่ละเครื่อง: ระบุงานที่แผ่นวัสดุมีราคาสูง หรืองานที่รูปแบบการพิมพ์กำหนดรูปแบบการตัด และตรวจสอบว่าเศษวัสดุที่ประหยัดได้คุ้มค่ากับตัวเลือกนี้หรือไม่

ข้อผิดพลาดที่ทำให้กล้องใช้งานไม่ได้

การเลือกเครื่องจักรที่ติดตั้งกล้อง

ระบบกล้องมีความแตกต่างกันในหลายด้านที่สำคัญกว่าที่แคตาล็อกระบุไว้ และคำถามเหล่านี้ควรสอบถามก่อนสั่งซื้อ มากกว่าจะรอจนติดตั้งเสร็จแล้ว

กล้องติดอยู่กับหัวตัดหรือติดอยู่กับโครงยึด (gantry) กล้องที่ติดกับหัวตัดจะตามตำแหน่งการตัดไปด้วย โดยปกติจะครอบคลุมพื้นที่เล็กกว่าแต่มีความละเอียดสูงกว่า ส่วนกล้องที่ติดกับโครงยึดสามารถจับภาพแผ่นวัสดุทั้งแผ่นได้ แต่อาจต้องนำภาพหลายภาพมาต่อกัน (stitching) กล้องแบบติดหัวตัดเหมาะกับการจับคู่ตำแหน่งจากเครื่องหมายเฉพาะจุด ในขณะที่กล้องแบบติดโครงยึดเหมาะกับการสร้างแผนที่พื้นผิวแผ่นวัสดุทั้งแผ่นและการจัดวางชิ้นงานที่เหลือ (remnant nesting)

กล้องสามารถมองเห็นพื้นที่โต๊ะทำงานทั้งหมดได้หรือไม่ หรือต้องใช้วิธีต่อภาพ การต่อภาพทำได้จริง แต่ทุกแนวรอยต่อคือจุดที่ความแม่นยำในการจัดแนวอาจลดลง โปรดสอบถามว่าต้องใช้ภาพกี่ภาพ และใช้เวลานานเท่าใดในการสแกนแผ่นวัสดุที่ใหญ่ที่สุดที่คุณวางแผนจะใช้งาน

ขั้นตอนการปรับค่ามาตรฐาน (calibration) คืออะไร และใช้เวลานานเท่าใด หากการปรับค่ามาตรฐานต้องอาศัยช่างเทคนิคและใช้เวลาครึ่งวัน ก็มีโอกาสสูงที่จะไม่ถูกดำเนินการซ้ำเมื่อถึงเวลาที่ควรทำ โปรดสอบถามเกี่ยวกับขั้นตอนมาตรฐานและเครื่องมือที่ใช้

ซอฟต์แวร์นี้รองรับการจัดแนวแบบหลายจุดและการจัดเรียงชิ้นงานที่เหลืออยู่หรือไม่ การลงทะเบียนแบบออฟเซตเดียวเป็นผลิตภัณฑ์ที่ต่างออกไปจากเทคนิคการตัดให้ตรงกับพิมพ์ตามโซน โปรดตรวจสอบเวิร์กโฟลว์ด้วยไฟล์ของท่านเอง

ตัวเลขความแม่นยำนี้หมายถึงอะไร ถามให้ชัดเจนว่า: วัดที่ศูนย์กลางหรือที่มุม บนพื้นที่ทำงานขนาดใด ใช้เลนส์ชนิดใด ตัวเลขเดี่ยวที่ปรากฏในหัวข้อมักอธิบายกรณีที่ดีที่สุดเท่านั้น

แพลตฟอร์ม 1325 ของหมิงซิง เลเซอร์ มีกล้อง CCD เป็นตัวเลือกเสริมสำหรับการตัดตามขอบวัสดุ โดยมีระบบควบคุม Ruida และ Xingduowei เป็นทางเลือกเพิ่มเติม พร้อมทั้งรูปแบบการทำงานมาตรฐานคือ 6090, 1390 และ 1610 ไม่ว่าระบบที่ระบุจะเป็นแบบใด การทดสอบที่มุมทั้งสี่มุมคือค่าเดียวที่บ่งบอกประสิทธิภาพจริงของเครื่องจักรกับวัสดุของท่าน

สรุป

กล้องเป็นเครื่องมือสำหรับการจัดตำแหน่ง และประสิทธิภาพของมันขึ้นอยู่กับการปรับเทียบและความคมชัดเท่านั้น มันไม่สามารถแก้ไขไฟล์ผิด โฟกัสผิด หรือวัสดุที่เคลื่อนตัวได้

ใช้ในสถานการณ์ที่เหมาะสม — งานพิมพ์ แผ่นวัสดุราคาแพง การจัดเรียงชิ้นส่วนที่เหลือจากการตัดครั้งก่อน และชิ้นส่วนแบบดั้งเดิม — ซึ่งจะเปลี่ยนการตัดสินใจอันชาญฉลาดของผู้ปฏิบัติงานให้กลายเป็นขั้นตอนที่ทำซ้ำได้ นั่นคือสิ่งที่ร้านผลิตที่กำลังเติบโตต้องการจริง ๆ แต่หากใช้แทนวินัยในการดำเนินกระบวนการ จะส่งผลให้เกิดของเสียเร็วขึ้น และมีความมั่นใจมากขึ้นด้วย