Kolimacyjna głowica ogniskująca wykorzystuje urządzenie mechaniczne jako platformę nośną i porusza się tam i z powrotem przez urządzenie mechaniczne, aby wykonać spawanie spoin o różnych trajektoriach. Dokładność spawania zależy od dokładności siłownika, co wiąże się z takimi problemami, jak niska dokładność, niska szybkość reakcji i duża bezwładność. System skanowania galwanometru wykorzystuje silnik do odchylania soczewki. Silnik jest napędzany określonym prądem i charakteryzuje się wysoką dokładnością, małą bezwładnością i szybką reakcją. Gdy wiązka światła pada na soczewkę galwanometru, odchylenie galwanometru zmienia kąt odbicia wiązki laserowej. Dzięki temu wiązka laserowa może skanować dowolną trajektorię w polu widzenia systemu galwanometru. Głowica pionowa stosowana w zrobotyzowanym systemie spawalniczym jest aplikacją opartą na tej zasadzie.
Główne składnikiukład skanujący galwanometrSą to kolimator rozszerzający wiązkę, soczewka skupiająca, dwuosiowy galwanometr skanujący XY, płyta sterująca i system oprogramowania komputera hosta. Galwanometr skanujący odnosi się głównie do dwóch głowic skanujących galwanometru XY, które są napędzane szybkimi serwosilnikami posuwisto-zwrotnymi. Dwuosiowy układ serwo napędza dwuosiowy galwanometr skanujący XY, aby odchylić go odpowiednio wzdłuż osi X i osi Y, wysyłając sygnały sterujące do serwosilników osi X i Y. W ten sposób, poprzez połączony ruch soczewki lustrzanej dwuosiowej XY, system sterowania może konwertować sygnał przez płytę galwanometru zgodnie ze schematem wstępnie ustawionej grafiki oprogramowania komputera hosta i ustawionym trybem ścieżki, a następnie szybko przesuwać się po płaszczyźnie przedmiotu obrabianego, tworząc trajektorię skanowania.
,
Ze względu na zależność położenia między soczewką ogniskującą a galwanometrem laserowym, tryb skanowania galwanometru można podzielić na skanowanie z ogniskowaniem przednim (rysunek po lewej) i skanowanie z ogniskowaniem tylnym (rysunek po prawej). Ze względu na różnicę w drodze optycznej, gdy wiązka laserowa odchyla się do różnych pozycji (różna odległość transmisji wiązki), płaszczyzna ogniskowa lasera w poprzednim procesie skanowania z ogniskowaniem jest półkulistą, zakrzywioną powierzchnią, jak pokazano na rysunku po lewej stronie. Metoda skanowania z ogniskowaniem tylnym jest przedstawiona na rysunku po prawej stronie, gdzie soczewką obiektywu jest soczewka o płaskim polu widzenia. Soczewka o płaskim polu widzenia ma specjalną konstrukcję optyczną.
Poprzez wprowadzenie korekcji optycznej, półkulista płaszczyzna ogniskowa wiązki laserowej może zostać dostosowana do płaszczyzny. Skanowanie z tylnym ogniskowaniem jest odpowiednie głównie do zastosowań o wysokich wymaganiach dotyczących dokładności przetwarzania i małym zakresie przetwarzania, takich jak znakowanie laserowe, spawanie mikrostruktur laserowych itp. Wraz ze wzrostem obszaru skanowania wzrasta również apertura soczewki. Ze względu na ograniczenia techniczne i materiałowe, cena obiektywów o dużej aperturze jest bardzo wysoka, dlatego to rozwiązanie nie jest akceptowane. Połączenie systemu skanowania galwanometru przed soczewką obiektywu i robota sześcioosiowego jest wykonalnym rozwiązaniem, które może zmniejszyć zależność od sprzętu galwanometrycznego i może zapewnić znaczny stopień dokładności systemu oraz dobrą kompatybilność. To rozwiązanie zostało przyjęte przez większość integratorów i jest często nazywane spawaniem w locie. Spawanie szynoprzewodów modułu, w tym czyszczenie bieguna, ma zastosowania w locie, co może elastycznie i efektywnie zwiększyć format przetwarzania.
Niezależnie od tego, czy skanowanie odbywa się z ogniskiem przednim, czy tylnym, ogniskowanie wiązki laserowej nie może być kontrolowane w celu dynamicznego ogniskowania. W trybie skanowania z ogniskiem przednim, gdy obrabiany przedmiot jest mały, soczewka ogniskująca ma określony zakres głębokości ogniskowania, co umożliwia skanowanie z ogniskowaniem w małym formacie. Jednak gdy skanowana płaszczyzna jest duża, punkty w pobliżu jej krawędzi będą nieostre i nie będzie można ich zogniskować na powierzchni obrabianego przedmiotu, ponieważ przekracza ona górną i dolną granicę głębokości ogniskowania lasera. Dlatego, gdy wymagane jest dobre zogniskowanie wiązki laserowej w dowolnym miejscu płaszczyzny skanowania, a pole widzenia jest duże, użycie obiektywu o stałej ogniskowej nie spełni wymagań skanowania.
Dynamiczny układ ogniskowania to układ optyczny, którego ogniskową można zmieniać w razie potrzeby. Dzięki zastosowaniu dynamicznej soczewki ogniskującej do kompensacji różnicy dróg optycznych, soczewka wklęsła (ekspander wiązki) porusza się liniowo wzdłuż osi optycznej, kontrolując położenie ogniska, co pozwala na dynamiczną kompensację różnicy dróg optycznych obrabianej powierzchni w różnych pozycjach. W porównaniu z galwanometrem 2D, galwanometr 3D posiada przede wszystkim „układ optyczny osi Z”, który pozwala galwanometrowi 3D na swobodną zmianę położenia ogniska podczas spawania i spawanie powierzchni zakrzywionych w przestrzeni, bez konieczności regulacji położenia ogniska poprzez zmianę wysokości elementu nośnego, takiego jak obrabiarka lub robot, podobnie jak w przypadku galwanometru 2D.
Dynamiczny system ustawiania ostrości umożliwia zmianę stopnia rozmycia, zmianę rozmiaru punktu, regulację ostrości w osi Z oraz przetwarzanie trójwymiarowe.
Odległość robocza jest definiowana jako odległość od przedniej krawędzi mechanicznej obiektywu do płaszczyzny ogniskowej lub płaszczyzny skanowania obiektywu. Należy uważać, aby nie pomylić jej z efektywną ogniskową (EFL) obiektywu. Jest ona mierzona od płaszczyzny głównej, hipotetycznej płaszczyzny, w której zakłada się, że cały układ soczewek ulega refrakcji, do płaszczyzny ogniskowej układu optycznego.
Czas publikacji: 04-06-2024
