Riepilogo dettagliato delle teste di saldatura laser volanti

Riepilogo dettagliato diTestine di saldatura laser volanti

Copre i nomi dei componenti, le definizioni, i principi, i parametri di progettazione e i calcoli delle formule ed è applicabile asaldatura a scansione ad alta velocità(come ad esempio i sistemi galvanometrici) o le applicazioni di saldatura a distanza.

1. Composizione e definizione delle teste di saldatura laser volanti

La saldatura volante (saldatura laser a scansione) realizza la messa a fuoco dinamica tramite raggi laser a riflessione galvanometrica ad alta velocità ed è adatta per grandi aree esaldatura ad alta velocitàI suoi componenti principali sono i seguenti:

1. Modulo di collimazione del fascio

Collimatore

Funzione: Convertire il fascio laser divergente (NA=0,1~0,22) in uscita dalla fibra ottica in un fascio parallelo.

Parametri chiave: lunghezza focale fcoll, diametro del fascio collimato Dcoll.

Formula:

1.2 Sistema di scansione galvanometrica

Specchi galvanici sugli assi X/Y

Funzione: Modificare la direzione del fascio luminoso tramite specchi rotanti ad alta velocità per ottenere una scansione bidimensionale del piano.

Parametri chiave: velocità di scansione (solitamente ≥10 m/s), precisione di posizionamento ripetibile (<±5 μrad), dimensione dello specchio (deve coprire il diametro del fascio Dcoll).

Motore galvanometrico: servomotore o motore galvanometrico con tempo di risposta <1 ms.

1.3 Modulo di messa a fuoco dinamica (obiettivo F-Theta o galvanometro + obiettivo a campo piatto)

Obiettivo F-Theta

Funzione: Convertire l'angolo di deflessione del galvanometro in uno spostamento lineare sul piano per mantenere la coerenza della messa a fuoco.

Formule chiave:

2. Principio di funzionamento

Percorso del raggio: Laser → Collimatore → Galvanometro X → Galvanometro Y → Lente F-Theta → Superficie del pezzo.

Messa a fuoco dinamica:

Quando l'angolo di deflessione del galvanometro è θ, la posizione di messa a fuoco (x, y) viene convertita dalla lente F-Theta come segue:

3. Parametri e formule di progettazione chiave

3.1 Calcolo della dimensione dello spot

Diametro del punto focale d (limite di diffrazione):

3.2 Campo di scansione e angolo del galvanometro

Portata massima di scansione L:

3.3 Velocità e accelerazione di saldatura

Velocità lineare v

3.4 Profondità di campo (DOF)

3.5 Densità di potenza e apporto energetico

Densità di potenza I:

Densità di energia E (saldatura a impulsi):

4. Aberrazioni e progettazione dell'ottimizzazione

4.1 Correzione delle aberrazioni dell'obiettivo F-Theta

Distorsione: deve soddisfare r∝θ e la distorsione non lineare deve essere <0,1%.

Curvatura di campo: Progettare un campo piatto attraverso gruppi di lenti multiple.

4.2 Errore di sincronizzazione del galvanometro

Il ritardo del galvanometro X/Y deve essere <1μs per evitare punti ellittici.

5. Esempio di processo di progettazione

Requisiti di input: Campo di scansione L, dimensione del punto d, velocità di saldatura v. Selezionare la lente F-Theta: determinare fθ secondo L=2fθtan(θmax).

Calcolare i parametri del galvanometro: velocità angolare ω=v/fθ, e verificare le prestazioni del galvanometro.

Verifica la qualità dello spot: ottimizza le aberrazioni del gruppo di lenti tramite Zemax/OpticStudio.

6. Precauzioni

Gestione termica: i galvanometri e le lenti necessitano di raffreddamento ad acqua in caso di potenza elevata (ad esempio >1 kW).

Protezione anticollisione: i galvanometri necessitano di un sistema di frenatura di emergenza per evitare collisioni meccaniche.

Calibrazione: Calibrare regolarmente la coassialità del percorso ottico (deviazione <0,05 mm).