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 з літаючим механізмом

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).