Лазерний сканер, який також називають лазерним гальванометром, складається з оптичної скануючої головки XY, електронного підсилювача керування та оптичної відбивної лінзи. Сигнал, що подається комп'ютерним контролером, керує оптичною скануючою головкою через схему підсилювача керування, тим самим контролюючи відхилення лазерного променя в площині XY. Простіше кажучи, гальванометр - це скануючий гальванометр, що використовується в лазерній промисловості. Його професійний термін називається високошвидкісним скануючим гальванометром - система сканування Galvo. Так званий гальванометр також можна назвати амперметром. Його конструктивна ідея повністю відповідає методу проектування амперметра. Лінза замінює голку, а сигнал зонда замінюється керованим комп'ютером сигналом постійного струму -5V-5V або -10V-+10V для виконання заданої дії. Як і система сканування з обертовим дзеркалом, ця типова система керування використовує пару висувних дзеркал. Різниця полягає в тому, що кроковий двигун, який керує цим набором лінз, замінений серводвигуном. У цій системі керування використовується датчик положення. Конструктивна ідея та петля негативного зворотного зв'язку додатково забезпечують точність системи, а швидкість сканування та точність повторюваного позиціонування всієї системи виходять на новий рівень. Скануюча маркувальна головка гальванометра в основному складається з XY-скануючого дзеркала, польової лінзи, гальванометра та програмного забезпечення для маркування, керованого комп'ютером. Вибираються відповідні оптичні компоненти відповідно до різних довжин хвиль лазера. Супутні опції також включають розширювачі лазерного променя, лазери тощо. У системі демонстрації лазера форма хвилі оптичного сканування є векторним скануванням, а швидкість сканування системи визначає стабільність лазерного малюнка. В останні роки були розроблені високошвидкісні сканери зі швидкістю сканування, що досягає 45 000 точок/секунду, що дозволяє демонструвати складну лазерну анімацію.
5.1 Зварювальне з'єднання лазерним гальванометром
5.1.1 Визначення та склад зварного з'єднання гальванометра:
Колімаційна фокусувальна головка використовує механічний пристрій як опорну платформу. Механічний пристрій рухається вперед і назад для досягнення зварювання зварних швів з різною траєкторією. Точність зварювання залежить від точності приводу, тому виникають такі проблеми, як низька точність, повільна швидкість відгуку та велика інерція. Система сканування гальванометра використовує двигун для переміщення лінзи для відхилення. Двигун приводиться в рух певним струмом і має переваги високої точності, малої інерції та швидкої реакції. Коли промінь освітлюється на лінзі гальванометра, відхилення гальванометра змінює лазерний промінь. Таким чином, лазерний промінь може сканувати будь-яку траєкторію в полі зору сканування через систему гальванометра.
Основними компонентами системи сканування гальванометра є коліматор розширення променя, фокусуюча лінза, двоосьовий скануючий гальванометр XY, плата керування та програмне забезпечення головного комп'ютера. Скануючий гальванометр в основному складається з двох скануючих головок гальванометра XY, які приводяться в рух високошвидкісними поршневими серводвигунами. Двоосьова сервосистема приводить у дію двоосьовий скануючий гальванометр XY для відхилення вздовж осі X та осі Y відповідно, надсилаючи командні сигнали на серводвигуни осі X та Y. Таким чином, завдяки комбінованому руху двоосьової дзеркальної лінзи XY, система керування може перетворювати сигнал, що надходить з плати гальванометра, відповідно до попередньо заданого графічного шаблону програмного забезпечення головного комп'ютера відповідно до заданого шляху та швидко переміщатися по площині заготовки, формуючи траєкторію сканування.
5.1.2 Класифікація зварних з'єднань гальванометрів:
1. Скануюча лінза з переднім фокусуванням
Відповідно до положення фокусуючої лінзи та лазерного гальванометра, режим сканування гальванометра можна розділити на сканування з переднім фокусуванням (рисунок 1 нижче) та сканування з заднім фокусуванням (рисунок 2 нижче). Через існування різниці оптичних шляхів, коли лазерний промінь відхиляється в різні положення (відстань пропускання променя різна), фокальна поверхня лазера під час попереднього процесу сканування в режимі фокусування є напівсферичною поверхнею, як показано на лівому рисунку. Метод постфокусного сканування показано на рисунку праворуч. Об'єктив - це лінза F-плану. Дзеркало F-плану має спеціальну оптичну конструкцію. Завдяки оптичній корекції напівсферичну фокальну поверхню лазерного променя можна налаштувати до плоскої. Постфокусне сканування в основному підходить для застосувань, що потребують високої точності обробки та невеликого діапазону обробки, таких як лазерне маркування, лазерне зварювання мікроструктур тощо.
2.Скануюча лінза заднього фокусування
Зі збільшенням площі сканування також збільшується апертура f-тета-лінзи. Через технічні та матеріальні обмеження, f-тета-лінзи з великою апертурою є дуже дорогими, і це рішення не є прийнятним. Система сканування гальванометра з передньою лінзою об'єктива в поєднанні з шестиосьовим роботом є відносно доцільним рішенням, яке може зменшити залежність від гальванометричного обладнання, має значний ступінь точності системи та хорошу сумісність. Це рішення було прийнято більшістю інтеграторів. Використання часто називають зварюванням польотом. Зварювання модульних шин, включаючи очищення стовпів, має застосування польотом, що дозволяє гнучко та ефективно збільшити ширину обробки.
3.3D гальванометр:
Незалежно від того, чи це фронтально-фокусоване сканування, чи задньо-фокусоване сканування, фокус лазерного променя неможливо контролювати для динамічного фокусування. У режимі фронтально-фокусного сканування, коли оброблювана заготовка мала, фокусуюча лінза має певний діапазон фокусної глибини, тому вона може виконувати фокусоване сканування з малим форматом. Однак, коли площина сканування велика, точки поблизу периферії будуть не у фокусі та не можуть бути сфокусовані на поверхні оброблюваної заготовки, оскільки це перевищує діапазон глибини фокусування лазера. Тому, коли лазерний промінь повинен бути добре сфокусований у будь-якому положенні площини сканування, а поле зору велике, використання лінзи з фіксованою фокусною відстанню не може задовольнити вимоги сканування. Система динамічного фокусування - це набір оптичних систем, фокусна відстань яких може змінюватися за потреби. Тому дослідники пропонують використовувати динамічно фокусуючу лінзу для компенсації різниці оптичних ходу та використовувати увігнуту лінзу (розширювач променя) для лінійного руху вздовж оптичної осі для контролю положення фокуса та досягнення динамічної компенсації різниці оптичних ходу оброблюваною поверхнею в різних положеннях. Порівняно з 2D-гальванометром, склад 3D-гальванометра в основному включає «оптичну систему по осі Z», завдяки чому 3D-гальванометр може вільно змінювати положення фокуса під час процесу зварювання та виконувати просторове криволінійне зварювання поверхні без необхідності змінювати носій, такий як верстат тощо, як у 2D-гальванометрі. Висота робота використовується для регулювання положення фокуса зварювання.
Час публікації: 23 травня 2024 р.
