Коллимирующая фокусирующая головка использует механическое устройство в качестве опорной платформы и перемещается вперед и назад с помощью этого механического устройства для выполнения сварки швов 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 отклонения линзы. Двигатель приводится в движение определенным током и обладает преимуществами высокой точности, малой инерции и быстрого отклика. Когда световой луч попадает на линзу гальванометра, отклонение гальванометра изменяет угол отражения лазерного луча. Таким образом, лазерный луч может сканировать любую траекторию в поле зрения сканирования с помощью системы гальванометра. Вертикальная головка, используемая в роботизированной сварочной системе, является примером применения, основанного на этом принципе.
Основные компонентысистема сканирования гальванометраВ состав системы входят 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 серводвигателями. Двухкоординатная сервосистема приводит в движение двухкоординатный сканирующий гальванометр XY, отклоняя его вдоль осей X и Y соответственно, посылая командные сигналы на серводвигатели осей X и Y. Таким образом, благодаря комбинированному перемещению двухкоординатного зеркального объектива XY, система управления может преобразовывать сигнал через плату гальванометра в соответствии с шаблоном предварительно заданной графики программного обеспечения главного компьютера и заданным режимом траектории, и быстро перемещаться в плоскости заготовки, формируя траекторию сканирования.
、
В зависимости от положения фокусирующей линзы и лазерного гальванометра режим сканирования гальванометра можно разделить на сканирование с передней фокусировкой (левое изображение) и сканирование с задней фокусировкой (правое изображение). Из-за наличия разности оптических путей при отклонении лазерного луча в разные положения (различное расстояние передачи луча), фокальная плоскость лазера в предыдущем процессе сканирования с фокусировкой представляет собой полусферическую изогнутую поверхность, как показано на левом рисунке. Метод сканирования с задней фокусировкой показан на правом рисунке, в котором объектив представляет собой плоскопольную линзу. Плоскопольная линза имеет особую оптическую конструкцию.
Роботизированная сварочная система
Введение оптической коррекции позволяет настроить полусферическую фокальную плоскость лазерного луча в единую плоскость. Сканирование с обратной фокусировкой в основном подходит для применений с высокими требованиями к точности обработки и малым диапазоном обработки, таких как лазерная маркировка, лазерная микроструктурная сварка и т. д. По мере увеличения области сканирования увеличивается и апертура линзы. Из-за технических и материальных ограничений цена линз с большой апертурой очень высока, и это решение не получило широкого распространения. Комбинация системы гальванометрического сканирования перед объективом и шестиосевого робота является жизнеспособным решением, позволяющим снизить зависимость от гальванометрического оборудования, обеспечить значительную точность системы и хорошую совместимость. Это решение было принято большинством интеграторов и часто называется «летающей сваркой». Сварка шин модулей, включая очистку полюсов, имеет применение в «летающих» технологиях, что позволяет гибко и эффективно расширять формат обработки.
Независимо от того, используется ли сканирование с фронтальной или задней фокусировкой, фокусировка лазерного луча не может контролироваться для динамической фокусировки. В режиме сканирования с фронтальной фокусировкой, когда обрабатываемая деталь имеет небольшой размер, фокусирующая линза имеет определенный диапазон глубины резкости, что позволяет выполнять сканирование с фокусировкой 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 превышают верхний и нижний пределы глубины резкости 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 — это оптическая система, фокусное расстояние которой можно изменять по мере необходимости. Таким образом, используя линзу динамической фокусировки для компенсации разности оптических путей, вогнутая линза (расширитель луча) линейно перемещается вдоль оптической оси для управления положением фокуса, обеспечивая тем самым динамическую компенсацию разности оптических путей обрабатываемой поверхности в разных положениях. По сравнению с 2D-гальванометром, в конструкции 3D-гальванометра в основном добавлена «оптическая система по оси Z», которая позволяет 3D-гальванометру свободно изменять положение фокуса в процессе сварки и выполнять сварку пространственных криволинейных поверхностей без необходимости регулировки положения фокуса сварки путем изменения высоты несущего элемента, такого как станок или робот, как в случае с 2D-гальванометром.
Система динамической фокусировки позволяет изменять величину расфокусировки, размер пятна, осуществлять регулировку фокусировки по оси Z и трехмерную обработку.
Рабочее расстояние определяется как расстояние от самого переднего механического края линзы до фокальной плоскости или плоскости сканирования объектива. Следует помнить, что это расстояние не следует путать с эффективным фокусным расстоянием (ЭФР) объектива. Оно измеряется от главной плоскости, гипотетической плоскости, в которой предполагается преломление всей линзовой системы, до фокальной плоскости оптической системы.
Дата публикации: 04.06.2024
