Ο σαρωτής λέιζερ, που ονομάζεται επίσης γαλβανόμετρο λέιζερ, αποτελείται από κεφαλή οπτικής σάρωσης XY, ηλεκτρονικό ενισχυτή οδήγησης και φακό οπτικής ανάκλασης. Το σήμα που παρέχεται από τον ελεγκτή υπολογιστή οδηγεί την κεφαλή οπτικής σάρωσης μέσω του κυκλώματος του ενισχυτή οδήγησης, ελέγχοντας έτσι την εκτροπή της δέσμης λέιζερ στο επίπεδο XY. Με απλά λόγια, το γαλβανόμετρο είναι ένα γαλβανόμετρο σάρωσης που χρησιμοποιείται στη βιομηχανία λέιζερ. Ο επαγγελματικός του όρος ονομάζεται γαλβανόμετρο σάρωσης υψηλής ταχύτητας Galvo σύστημα σάρωσης. Το λεγόμενο γαλβανόμετρο μπορεί επίσης να ονομαστεί αμπερόμετρο. Η ιδέα σχεδιασμού του ακολουθεί πλήρως τη μέθοδο σχεδιασμού ενός αμπερόμετρου. Ο φακός αντικαθιστά τη βελόνα και το σήμα του αισθητήρα αντικαθίσταται από ένα σήμα -5V-5V ή -10V-+10V DC που ελέγχεται από υπολογιστή, για να ολοκληρωθεί η προκαθορισμένη ενέργεια. Όπως και το σύστημα σάρωσης περιστρεφόμενου καθρέφτη, αυτό το τυπικό σύστημα ελέγχου χρησιμοποιεί ένα ζεύγος ανασυρόμενων καθρεφτών. Η διαφορά είναι ότι ο βηματικός κινητήρας που οδηγεί αυτό το σετ φακών αντικαθίσταται από έναν σερβοκινητήρα. Σε αυτό το σύστημα ελέγχου, χρησιμοποιείται ένας αισθητήρας θέσης. Η σχεδιαστική ιδέα ενός βρόχου αρνητικής ανάδρασης διασφαλίζει περαιτέρω την ακρίβεια του συστήματος, ενώ η ταχύτητα σάρωσης και η ακρίβεια επαναλαμβανόμενης τοποθέτησης ολόκληρου του συστήματος φτάνουν σε νέο επίπεδο. Η κεφαλή σήμανσης σάρωσης γαλβανόμετρου αποτελείται κυρίως από καθρέφτη σάρωσης XY, φακό πεδίου, γαλβανόμετρο και λογισμικό σήμανσης που ελέγχεται από υπολογιστή. Επιλέξτε τα αντίστοιχα οπτικά εξαρτήματα ανάλογα με τα διαφορετικά μήκη κύματος λέιζερ. Σχετικές επιλογές περιλαμβάνουν επίσης διαστολείς δέσμης λέιζερ, λέιζερ κ.λπ. Στο σύστημα επίδειξης λέιζερ, η κυματομορφή της οπτικής σάρωσης είναι μια διανυσματική σάρωση και η ταχύτητα σάρωσης του συστήματος καθορίζει τη σταθερότητα του μοτίβου λέιζερ. Τα τελευταία χρόνια, έχουν αναπτυχθεί σαρωτές υψηλής ταχύτητας, με ταχύτητες σάρωσης που φτάνουν τα 45.000 σημεία/δευτερόλεπτο, καθιστώντας δυνατή την επίδειξη σύνθετων κινούμενων εικόνων λέιζερ.
5.1 Σύνδεση συγκόλλησης με γαλβανόμετρο λέιζερ
5.1.1 Ορισμός και σύνθεση της γαλβανομετρικής σύνδεσης συγκόλλησης:
Η κεφαλή εστίασης ευθυγράμμισης χρησιμοποιεί μια μηχανική συσκευή ως πλατφόρμα στήριξης. Η μηχανική συσκευή κινείται μπρος-πίσω για να επιτύχει συγκόλληση συγκολλήσεων διαφορετικής τροχιάς. Η ακρίβεια συγκόλλησης εξαρτάται από την ακρίβεια του ενεργοποιητή, επομένως υπάρχουν προβλήματα όπως χαμηλή ακρίβεια, αργή ταχύτητα απόκρισης και μεγάλη αδράνεια. Το σύστημα σάρωσης γαλβανόμετρου χρησιμοποιεί έναν κινητήρα για να μεταφέρει τον φακό για εκτροπή. Ο κινητήρας κινείται από ένα συγκεκριμένο ρεύμα και έχει τα πλεονεκτήματα της υψηλής ακρίβειας, της μικρής αδράνειας και της γρήγορης απόκρισης. Όταν η δέσμη φωτίζεται στον φακό του γαλβανόμετρου, η εκτροπή του γαλβανόμετρου αλλάζει τη δέσμη λέιζερ. Επομένως, η δέσμη λέιζερ μπορεί να σαρώσει οποιαδήποτε τροχιά στο οπτικό πεδίο σάρωσης μέσω του συστήματος γαλβανόμετρου.
Τα κύρια εξαρτήματα του συστήματος σάρωσης γαλβανόμετρου είναι ο κολυμβητής διαστολής δέσμης, ο φακός εστίασης, το γαλβανόμετρο σάρωσης δύο αξόνων XY, η πλακέτα ελέγχου και το σύστημα λογισμικού του κεντρικού υπολογιστή. Το γαλβανόμετρο σάρωσης αναφέρεται κυρίως στις δύο κεφαλές σάρωσης γαλβανόμετρου XY, οι οποίες κινούνται από παλινδρομικούς σερβοκινητήρες υψηλής ταχύτητας. Το σερβοσύστημα δύο αξόνων οδηγεί το γαλβανόμετρο σάρωσης δύο αξόνων XY για να εκτραπεί κατά μήκος του άξονα X και του άξονα Y αντίστοιχα, στέλνοντας σήματα εντολών στους σερβοκινητήρες των αξόνων X και Y. Με αυτόν τον τρόπο, μέσω της συνδυασμένης κίνησης του φακού καθρέφτη δύο αξόνων XY, το σύστημα ελέγχου μπορεί να μετατρέψει το σήμα μέσω της πλακέτας γαλβανόμετρου σύμφωνα με το προκαθορισμένο γραφικό πρότυπο του λογισμικού του κεντρικού υπολογιστή σύμφωνα με την καθορισμένη διαδρομή και να κινηθεί γρήγορα στο επίπεδο του τεμαχίου εργασίας για να σχηματίσει μια τροχιά σάρωσης.
5.1.2 Ταξινόμηση των γαλβανομετρικών αρμών συγκόλλησης:
1. Εμπρός φακός σάρωσης με εστίαση
Σύμφωνα με τη σχέση θέσης μεταξύ του φακού εστίασης και του γαλβανόμετρου λέιζερ, η λειτουργία σάρωσης του γαλβανόμετρου μπορεί να χωριστεί σε σάρωση με εμπρόσθια εστίαση (Σχήμα 1 παρακάτω) και σάρωση με οπίσθια εστίαση (Σχήμα 2 παρακάτω). Λόγω της ύπαρξης διαφοράς οπτικής διαδρομής όταν η δέσμη λέιζερ εκτρέπεται σε διαφορετικές θέσεις (η απόσταση μετάδοσης της δέσμης είναι διαφορετική), η εστιακή επιφάνεια του λέιζερ κατά τη διάρκεια της προηγούμενης διαδικασίας σάρωσης με λειτουργία εστίασης είναι μια ημισφαιρική επιφάνεια, όπως φαίνεται στο αριστερό σχήμα. Η μέθοδος σάρωσης μετά την εστίαση φαίνεται στην εικόνα στα δεξιά. Ο αντικειμενικός φακός είναι ένας φακός F-plan. Το κάτοπτρο F-plan έχει ειδικό οπτικό σχεδιασμό. Με την εισαγωγή οπτικής διόρθωσης, η ημισφαιρική εστιακή επιφάνεια της δέσμης λέιζερ μπορεί να ρυθμιστεί σε επίπεδη. Η σάρωση μετά την εστίαση είναι κατάλληλη κυρίως για εφαρμογές που απαιτούν υψηλή ακρίβεια επεξεργασίας και μικρό εύρος επεξεργασίας, όπως σήμανση με λέιζερ, συγκόλληση μικροδομών με λέιζερ κ.λπ.
2.Φακός σάρωσης οπίσθιας εστίασης
Καθώς αυξάνεται η περιοχή σάρωσης, αυξάνεται και το διάφραγμα του φακού f-θήτα. Λόγω τεχνικών και υλικών περιορισμών, οι φακοί f-θήτα μεγάλου διαφράγματος είναι πολύ ακριβοί και αυτή η λύση δεν είναι αποδεκτή. Το σύστημα σάρωσης εμπρόσθιου γαλβανόμετρου με αντικειμενικό φακό σε συνδυασμό με το ρομπότ έξι αξόνων είναι μια σχετικά εφικτή λύση, η οποία μπορεί να μειώσει την εξάρτηση από τον εξοπλισμό του γαλβανόμετρου, έχει σημαντικό βαθμό ακρίβειας συστήματος και καλή συμβατότητα. Αυτή η λύση έχει υιοθετηθεί από τους περισσότερους ολοκληρωτές. Υιοθέτηση, που συχνά αναφέρεται ως συγκόλληση πτήσης. Η συγκόλληση ζυγών μονάδων, συμπεριλαμβανομένου του καθαρισμού πόλων, έχει εφαρμογές πτήσης, οι οποίες μπορούν να αυξήσουν το πλάτος επεξεργασίας με ευελιξία και αποτελεσματικότητα.
3.3D γαλβανόμετρο:
Ανεξάρτητα από το αν πρόκειται για σάρωση με εστίαση προς τα εμπρός ή προς τα πίσω, η εστίαση της δέσμης λέιζερ δεν μπορεί να ελεγχθεί για δυναμική εστίαση. Για τη λειτουργία σάρωσης με εστίαση προς τα εμπρός, όταν το προς επεξεργασία τεμάχιο εργασίας είναι μικρό, ο φακός εστίασης έχει ένα συγκεκριμένο εύρος εστιακού βάθους, επομένως μπορεί να εκτελέσει εστιασμένη σάρωση με μικρή μορφή. Ωστόσο, όταν το επίπεδο που πρόκειται να σαρωθεί είναι μεγάλο, τα σημεία κοντά στην περιφέρεια θα είναι εκτός εστίασης και δεν μπορούν να εστιαστούν στην επιφάνεια του προς επεξεργασία τεμαχίου εργασίας επειδή υπερβαίνει το εύρος βάθους της εστίασης λέιζερ. Επομένως, όταν η δέσμη λέιζερ πρέπει να είναι καλά εστιασμένη σε οποιαδήποτε θέση στο επίπεδο σάρωσης και το οπτικό πεδίο είναι μεγάλο, η χρήση φακού σταθερής εστιακής απόστασης δεν μπορεί να καλύψει τις απαιτήσεις σάρωσης. Το σύστημα δυναμικής εστίασης είναι ένα σύνολο οπτικών συστημάτων των οποίων η εστιακή απόσταση μπορεί να αλλάξει ανάλογα με τις ανάγκες. Επομένως, οι ερευνητές προτείνουν τη χρήση ενός φακού δυναμικής εστίασης για την αντιστάθμιση της διαφοράς οπτικής διαδρομής και τη χρήση ενός κοίλου φακού (διαστολέα δέσμης) για γραμμική κίνηση κατά μήκος του οπτικού άξονα για τον έλεγχο της θέσης εστίασης και την επίτευξη δυναμικής αντιστάθμισης της διαφοράς οπτικής διαδρομής σε διαφορετικές θέσεις. Σε σύγκριση με το 2D γαλβανόμετρο, η σύνθεση του 3D γαλβανόμετρου προσθέτει κυρίως ένα "οπτικό σύστημα άξονα Ζ", έτσι ώστε το 3D γαλβανόμετρο να μπορεί ελεύθερα να αλλάζει τη θέση εστίασης κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συγκόλλησης και να εκτελεί χωρική καμπύλη επιφανειακή συγκόλληση, χωρίς να χρειάζεται να αλλάξει ο φορέας όπως μια εργαλειομηχανή κ.λπ. όπως το 2D γαλβανόμετρο. Το ύψος του ρομπότ χρησιμοποιείται για τη ρύθμιση της θέσης εστίασης συγκόλλησης.
Ώρα δημοσίευσης: 23 Μαΐου 2024
