Лазерный сканер, также называемый лазерным гальванометром, состоит из оптической сканирующей головки XY, электронного усилителя и оптической отражающей линзы. Сигнал, подаваемый компьютерным контроллером, управляет оптической сканирующей головкой через схему усилителя, тем самым контролируя отклонение лазерного луча в плоскости XY. Проще говоря, гальванометр — это сканирующий гальванометр, используемый в лазерной промышленности. Его профессиональный термин — высокоскоростной сканирующий гальванометр, система гальванометрического сканирования. Так называемый гальванометр также можно назвать амперметром. Его конструкция полностью повторяет метод проектирования амперметра. Линза заменяет стрелку, а сигнал зонда заменяется управляемым компьютером сигналом постоянного тока -5В-5В или -10В-+10В для выполнения заданного действия. Как и в системе сканирования с вращающимся зеркалом, в этой типичной системе управления используется пара выдвижных зеркал. Разница заключается в том, что шаговый двигатель, приводящий в движение этот набор линз, заменен серводвигателем. В этой системе управления используется датчик положения. Конструкция с отрицательной обратной связью дополнительно обеспечивает точность системы, а скорость сканирования и точность повторного позиционирования всей системы достигают нового уровня. Сканирующая маркировочная головка гальванометра в основном состоит из зеркала XY-сканирования, полевой линзы, гальванометра и программного обеспечения для компьютерной маркировки. Соответствующие оптические компоненты выбираются в зависимости от длины волны лазера. Также доступны дополнительные опции, такие как расширители лазерного луча, лазеры и т.д. В демонстрационной лазерной системе форма сигнала оптического сканирования представляет собой векторное сканирование, а скорость сканирования системы определяет стабильность лазерного рисунка. В последние годы были разработаны высокоскоростные сканеры со скоростью сканирования до 45 000 точек в секунду, что позволяет демонстрировать сложные лазерные анимации.
5.1 Лазерный гальванометр для сварки соединений
5.1.1 Определение и состав гальванометрического сварного соединения:
Коллимационная фокусирующая головка использует механическое устройство в качестве опорной платформы. Механическое устройство перемещается вперед и назад для выполнения сварки по различным траекториям. Точность сварки зависит от точности привода, поэтому возникают такие проблемы, как низкая точность, низкая скорость отклика и большая инерция. Система сканирования с помощью гальванометра использует двигатель для перемещения линзы с целью отклонения. Двигатель приводится в движение определенным током и обладает преимуществами высокой точности, малой инерции и быстрого отклика. Когда луч попадает на линзу гальванометра, отклонение гальванометра изменяет лазерный луч. Таким образом, лазерный луч может сканировать любую траекторию в поле зрения сканирования с помощью системы гальванометра.
Основными компонентами системы гальванометрического сканирования являются коллиматор расширения пучка, фокусирующая линза, двухкоординатный сканирующий гальванометр XY, плата управления и программное обеспечение главного компьютера. Сканирующий гальванометр в основном представляет собой две сканирующие головки XY, приводимые в движение высокоскоростными возвратно-поступательными сервомоторами. Двухкоординатная сервосистема приводит в движение двухкоординатный сканирующий гальванометр XY, отклоняя его вдоль осей X и Y соответственно, посылая управляющие сигналы на сервомоторы осей X и Y. Таким образом, благодаря комбинированному перемещению двухкоординатных зеркальных линз XY, система управления преобразует сигнал через плату гальванометра в соответствии с предварительно заданным графическим шаблоном программного обеспечения главного компьютера по заданной траектории и быстро перемещается по плоскости заготовки, формируя траекторию сканирования.
5.1.2 Классификация сварных соединений, полученных с помощью гальванометра:
1. Фронтальная фокусирующая сканирующая линза
В зависимости от положения фокусирующей линзы и лазерного гальванометра режим сканирования гальванометра можно разделить на сканирование с передней фокусировкой (рис. 1 ниже) и сканирование с задней фокусировкой (рис. 2 ниже). Из-за наличия разности оптических путей при отклонении лазерного луча в разные положения (различное расстояние передачи луча), фокальная поверхность лазера в процессе сканирования в предыдущем режиме фокусировки имеет полусферическую форму, как показано на рисунке слева. Метод сканирования после фокусировки показан на рисунке справа. Объектив представляет собой F-плоскую линзу. Зеркало F-плоской линзы имеет специальную оптическую конструкцию. Путем оптической коррекции полусферическая фокальная поверхность лазерного луча может быть отрегулирована до плоской. Сканирование после фокусировки в основном подходит для применений, требующих высокой точности обработки и малого диапазона обработки, таких как лазерная маркировка, лазерная микроструктурная сварка и т. д.
2.Сканирующая линза с задней фокусировкой
По мере увеличения области сканирования увеличивается и апертура f-тета-линзы. Из-за технических и материальных ограничений f-тета-линзы с большой апертурой очень дороги, и это решение не получило широкого распространения. Система сканирования с помощью гальванометра перед объективом в сочетании с шестиосевым роботом является относительно приемлемым решением, которое позволяет снизить зависимость от гальванометрического оборудования, обладает значительной точностью системы и хорошей совместимостью. Это решение было принято большинством интеграторов. Применение метода, часто называемого «сваркой в полете», позволяет использовать сварку шин модулей, включая очистку полюсов, в условиях полета, что позволяет гибко и эффективно увеличивать ширину обработки.
3.3D гальванометр:
Независимо от того, используется ли сканирование с фронтальной или задней фокусировкой, фокусировка лазерного луча не может контролироваться в режиме динамической фокусировки. В режиме сканирования с фронтальной фокусировкой, когда обрабатываемая деталь имеет небольшой размер, фокусирующая линза имеет определенный диапазон глубины резкости, что позволяет выполнять сфокусированное сканирование в малом формате. Однако, когда плоскость сканирования большая, точки вблизи периферии будут вне фокуса и не смогут быть сфокусированы на поверхности обрабатываемой детали, поскольку они выходят за пределы диапазона глубины фокусировки лазера. Поэтому, когда требуется точная фокусировка лазерного луча в любой точке плоскости сканирования и поле зрения большое, использование линзы с фиксированным фокусным расстоянием не может удовлетворить требованиям сканирования. Система динамической фокусировки представляет собой набор оптических систем, фокусное расстояние которых может изменяться по мере необходимости. Поэтому исследователи предлагают использовать линзу динамической фокусировки для компенсации разности оптических путей и использовать вогнутую линзу (расширитель луча) для линейного перемещения вдоль оптической оси, чтобы контролировать положение фокуса и обеспечить динамическую компенсацию разности оптических путей на обрабатываемой поверхности в разных положениях. По сравнению с двухмерным гальванометром, в конструкции трехмерного гальванометра в основном добавлена «оптическая система по оси Z», благодаря чему трехмерный гальванометр может свободно изменять положение фокуса во время процесса сварки и выполнять сварку пространственных криволинейных поверхностей, без необходимости замены несущих элементов, таких как станок и т. д., как в случае с двухмерным гальванометром. Высота робота используется для регулировки положения фокуса при сварке.
Дата публикации: 23 мая 2024 г.
