Подробное описание летающих лазерных сварочных головок

Подробное резюмеЛетающие лазерные сварочные головки

Он охватывает названия компонентов, определения, принципы, параметры проектирования и формулы расчета и применим квысокоскоростная сканирующая сварка(например, гальванометрические системы) или системы дистанционной сварки.

1. Состав и характеристики лазерных сварочных головок для летающей сварки.

Сварка с помощью лазерного сканирования (Scanning Laser Welding) обеспечивает динамическую фокусировку за счет высокоскоростного отражения лазерных лучей гальванометром и подходит для сварки больших площадей.высокоскоростная сваркаЕго основные компоненты следующие:

1. Модуль коллимации пучка

Коллиматор

Функция: Преобразование расходящегося лазерного излучения (NA=0,1~0,22), передаваемого по оптическому волокну, в параллельный луч.

Основные параметры: фокусное расстояние fcoll, диаметр коллимированного пучка Dcoll.

Формула:

1.2 Система сканирования гальванометра

Гальванометрические зеркала по осям X/Y

Функция: Изменение направления светового луча с помощью высокоскоростных вращающихся зеркал для достижения двухмерного плоскостного сканирования.

Основные параметры: скорость сканирования (обычно ≥10 м/с), точность повторного позиционирования (<±5 мкрад), размер зеркала (должен покрывать диаметр пучка Dcoll).

Гальванометрический двигатель: серводвигатель или гальванометрический двигатель со временем отклика <1 мс.

1.3 Модуль динамической фокусировки (линза F-Theta или гальванометр + плоскопольная линза)

F-тета линза

Функция: Преобразование угла отклонения гальванометра в линейное перемещение в плоскости для поддержания постоянной фокусировки.

Основные формулы:

2. Принцип работы

Траектория луча: Лазер → Коллиматор → X-гальванометр → Y-гальванометр → F-тета-линза → Поверхность заготовки.

Динамическая фокусировка:

Когда угол отклонения гальванометра равен θ, положение фокуса (x, y) преобразуется с помощью F-тета-линзы следующим образом:

3. Ключевые параметры и формулы проектирования

3.1 Расчет размера пятна

Диаметр сфокусированного пятна d (дифракционный предел):

3.2 Диапазон сканирования и угол гальванометра

Максимальный диапазон сканирования L:

3.3 Скорость и ускорение сварки

Линейная скорость v

3.4 Глубина резкости (DOF)

3.5 Плотность мощности и потребляемая энергия

Плотность мощности I:

Плотность энергии E (импульсная сварка):

4. Отклонения и оптимизация проектирования

4.1 Коррекция аберраций линзы F-Theta

Искажение: должно выполняться условие r∝θ, а нелинейное искажение должно быть <0,1%.

Кривизна поля: Создание плоского поля с помощью групп многолинзовых объективов.

4.2 Ошибка синхронизации гальванометра

Задержка гальванометра X/Y должна быть <1 мкс, чтобы избежать эллиптических пятен.

5. Пример процесса проектирования

Входные параметры: диапазон сканирования L, размер пятна d, скорость сварки v. Выбор линзы F-Theta: определить fθ по формуле L=2fθtan(θmax).

Рассчитайте параметры гальванометра: угловая скорость ω = v/fθ, и проверьте работоспособность гальванометра.

Проверка качества пятна: оптимизация аберраций группы линз с помощью Zemax/OpticStudio.

6. Меры предосторожности

Теплоотвод: при высокой мощности (например, >1 кВт) гальванометрам и линзам требуется водяное охлаждение.

Защита от столкновений: для предотвращения механических столкновений гальванометрам необходимо экстренное торможение.

Калибровка: Регулярно калибруйте соосность оптического пути (отклонение <0,05 мм).