Детальний огляд літаючих лазерних зварювальних головок

Детальний змістЛітаючі лазерні зварювальні головки

Він охоплює назви компонентів, визначення, принципи, параметри проектування та розрахунки за формулами, і застосовується довисокошвидкісне скануюче зварювання(наприклад, гальванометри) або дистанційні зварювальні системи.

1. Склад та визначення лазерних зварювальних головок типу «летючий зварювальний»

Зварювання на польоті (скануюче лазерне зварювання) реалізує динамічне фокусування за допомогою високошвидкісних гальванометричних відбивних лазерних променів і підходить для великих площ тависокошвидкісне зварюванняЙого основні компоненти такі:

1. Модуль колімації променя

Коліматор

Функція: Перетворення розбіжного лазерного випромінювання (NA=0,1~0,22), що випромінюється оптичним волокном, у паралельний промінь.

Ключові параметри: фокусна відстань fcoll, діаметр колімованого променя Dcoll.

Формула：

1.2 Система сканування гальванометром

Гальводзеркала по осях X/Y

Функція: Зміна напрямку світлового променя за допомогою високошвидкісних обертових дзеркал для досягнення двовимірного сканування площини.

Ключові параметри: швидкість сканування (зазвичай ≥10 м/с), точність повторюваного позиціонування (<±5 мкрад), розмір дзеркала (повинен покривати діаметр променя Dcoll).

Гальванометрічний двигун: серводвигун або гальванометрічний двигун з часом відгуку <1 мс.

1.3 Модуль динамічного фокусування (лінза F-Theta або гальванометр + плоскопольна лінза)

F-тета-лінза

Функція: Перетворення кута відхилення гальванометра в лінійне зміщення на площині для підтримки стабільності фокусування.

Ключові формули:

2. Принцип роботи

Шлях променя: Лазер → Коліматор → X-гальванометр → Y-гальванометр → F-тета-лінза → Поверхня заготовки.

Динамічне фокусування:

Коли кут відхилення гальванометра дорівнює θ, положення фокуса (x, y) перетворюється лінзою F-Theta як:

3. Ключові параметри та формули проектування

3.1 Розрахунок розміру плями

Діаметр сфокусованої плями d (дифракційна межа):

3.2 Діапазон сканування та кут гальванометра

Максимальна дальність сканування L:

3.3 Швидкість та прискорення зварювання

Лінійна швидкість v

3.4 Глибина фокусування (DOF)

3.5 Щільність потужності та вхідна енергія

Щільність потужності I:

Густина енергії E (імпульсне зварювання):

4. Аберації та оптимізація дизайну

4.1 Корекція аберації об'єктива F-Theta

Спотворення: Воно повинно задовольняти умову r∝θ, а нелінійне спотворення має бути <0,1%.

Кривизна поля: Створіть плоске поле за допомогою груп з кількох лінз.

4.2 Помилка синхронізації гальванометра

Затримка гальванометра X/Y повинна бути <1 мкс, щоб уникнути еліптичних плям.

5. Приклад процесу проектування

Вхідні вимоги: діапазон сканування L, розмір плями d, швидкість зварювання v. Виберіть лінзу F-Theta: визначте fθ згідно з L=2fθtan(θmax).

Обчисліть параметри гальванометра: кутова швидкість ω=v/fθ та перевірте його роботу.

Перевірка якості плями: оптимізація аберацій групи лінз за допомогою Zemax/OpticStudio.

6. Запобіжні заходи

Термічний контроль: гальванометри та лінзи потребують водяного охолодження при високій потужності (наприклад, >1 кВт).

Захист від зіткнень: гальванометри потребують екстреного гальмування, щоб уникнути механічного зіткнення.

Калібрування: Регулярно калібруйте коаксіальність оптичного шляху (відхилення <0,05 мм).