Lo scanner laser, detto anche galvanometro laser, è costituito da una testa di scansione ottica XY, un amplificatore di pilotaggio elettronico e una lente di riflessione ottica. Il segnale fornito dal controller computerizzato aziona la testa di scansione ottica attraverso il circuito dell'amplificatore di pilotaggio, controllando così la deflessione del raggio laser sul piano XY. In parole semplici, il galvanometro è un galvanometro di scansione utilizzato nell'industria laser. Il suo termine tecnico è galvanometro di scansione ad alta velocità o sistema di scansione Galvo. Il cosiddetto galvanometro può anche essere chiamato amperometro. Il suo concetto di progettazione segue completamente il metodo di progettazione di un amperometro. La lente sostituisce l'ago e il segnale della sonda è sostituito da un segnale CC controllato da computer di -5V-5V o -10V-+10V, per completare l'azione predeterminata. Come il sistema di scansione a specchio rotante, questo tipico sistema di controllo utilizza una coppia di specchi retrattili. La differenza è che il motore passo-passo che aziona questo set di lenti è sostituito da un servomotore. In questo sistema di controllo, viene utilizzato un sensore di posizione e un anello di retroazione negativa, garantendo ulteriormente la precisione del sistema, e la velocità di scansione e la precisione di posizionamento ripetuto dell'intero sistema raggiungono un nuovo livello. La testa di marcatura a scansione galvanometrica è composta principalmente da specchio di scansione XY, lente di campo, galvanometro e software di marcatura controllato da computer. Selezionare i componenti ottici corrispondenti in base alle diverse lunghezze d'onda del laser. Le opzioni correlate includono anche espansori del fascio laser, laser, ecc. Nel sistema di dimostrazione laser, la forma d'onda della scansione ottica è una scansione vettoriale e la velocità di scansione del sistema determina la stabilità del pattern laser. Negli ultimi anni, sono stati sviluppati scanner ad alta velocità, con velocità di scansione che raggiungono i 45.000 punti/secondo, rendendo possibile la dimostrazione di animazioni laser complesse.
5.1 Giunto di saldatura del galvanometro laser
5.1.1 Definizione e composizione del giunto di saldatura galvanometrica:
La testa di collimazione e focalizzazione utilizza un dispositivo meccanico come piattaforma di supporto. Il dispositivo meccanico si muove avanti e indietro per realizzare saldature con traiettorie diverse. La precisione della saldatura dipende dalla precisione dell'attuatore, pertanto si possono riscontrare problemi quali bassa precisione, bassa velocità di risposta e grande inerzia. Il sistema di scansione galvanometrica utilizza un motore per azionare la lente di deflessione. Il motore è azionato da una determinata corrente e presenta i vantaggi di elevata precisione, bassa inerzia e risposta rapida. Quando il raggio illumina la lente del galvanometro, la deflessione del galvanometro modifica il raggio laser. Pertanto, il raggio laser può scansionare qualsiasi traiettoria nel campo visivo di scansione attraverso il sistema galvanometrico.
I componenti principali del sistema di scansione galvanometrica sono il collimatore di espansione del fascio, la lente di focalizzazione, il galvanometro di scansione a due assi XY, la scheda di controllo e il sistema software del computer host. Il galvanometro di scansione si riferisce principalmente alle due teste di scansione galvanometriche XY, azionate da servomotori alternativi ad alta velocità. Il sistema servoassistito a doppio asse aziona il galvanometro di scansione a doppio asse XY, facendolo oscillare rispettivamente lungo l'asse X e l'asse Y, inviando segnali di comando ai servomotori degli assi X e Y. In questo modo, grazie al movimento combinato della lente a specchio a due assi XY, il sistema di controllo può convertire il segnale attraverso la scheda galvanometrica in base al modello grafico preimpostato dal software del computer host, seguendo il percorso impostato, e muoversi rapidamente sul piano del pezzo per formare una traiettoria di scansione.
5.1.2 Classificazione dei giunti di saldatura galvanometrica:
1. Obiettivo di scansione con messa a fuoco frontale
In base alla relazione posizionale tra la lente di focalizzazione e il galvanometro laser, la modalità di scansione del galvanometro può essere suddivisa in scansione con focalizzazione frontale (Figura 1 sotto) e scansione con focalizzazione posteriore (Figura 2 sotto). A causa della differenza di percorso ottico quando il raggio laser viene deviato in posizioni diverse (la distanza di trasmissione del raggio è diversa), la superficie focale del laser durante il processo di scansione in modalità di focalizzazione precedente è una superficie emisferica, come mostrato nella figura a sinistra. Il metodo di scansione post-focalizzazione è mostrato nell'immagine a destra. La lente obiettivo è una lente F-plan. Lo specchio F-plan ha un design ottico speciale. Introducendo una correzione ottica, la superficie focale emisferica del raggio laser può essere regolata in modo da essere piana. La scansione post-focalizzazione è principalmente adatta per applicazioni che richiedono un'elevata precisione di lavorazione e un piccolo campo di lavorazione, come la marcatura laser, la saldatura laser di microstrutture, ecc.
2.Obiettivo di scansione con messa a fuoco posteriore
All'aumentare dell'area di scansione, aumenta anche l'apertura della lente f-theta. A causa di limitazioni tecniche e dei materiali, le lenti f-theta di grande apertura sono molto costose e questa soluzione non è praticabile. Il sistema di scansione galvanometrica frontale della lente obiettivo, combinato con un robot a sei assi, rappresenta una soluzione relativamente fattibile, in grado di ridurre la dipendenza dalle apparecchiature galvanometriche, con un notevole grado di precisione del sistema e una buona compatibilità. Questa soluzione è stata adottata dalla maggior parte degli integratori, spesso definita "saldatura in volo". La saldatura delle barre collettrici dei moduli, inclusa la pulizia dei poli, trova applicazione in ambito aeronautico, consentendo di aumentare la larghezza di lavorazione in modo flessibile ed efficiente.
Galvanometro 3.3D:
Indipendentemente dal fatto che si tratti di scansione con messa a fuoco frontale o posteriore, la messa a fuoco del raggio laser non può essere controllata dinamicamente. Nella modalità di scansione con messa a fuoco frontale, quando il pezzo da lavorare è piccolo, la lente di messa a fuoco ha un determinato intervallo di profondità focale, consentendo quindi una scansione focalizzata su piccoli oggetti. Tuttavia, quando il piano da scansionare è grande, i punti vicino alla periferia risulteranno sfocati e non potranno essere focalizzati sulla superficie del pezzo da lavorare perché superano l'intervallo di profondità di fuoco del laser. Pertanto, quando è necessario che il raggio laser sia ben focalizzato in qualsiasi punto del piano di scansione e il campo visivo è ampio, l'utilizzo di una lente a lunghezza focale fissa non soddisfa i requisiti di scansione. Il sistema di messa a fuoco dinamica è un insieme di sistemi ottici la cui lunghezza focale può variare in base alle necessità. Pertanto, i ricercatori propongono di utilizzare una lente di messa a fuoco dinamica per compensare la differenza di percorso ottico e di utilizzare una lente concava (espansore di fascio) che si muove linearmente lungo l'asse ottico per controllare la posizione di messa a fuoco e ottenere una superficie da lavorare che compensi dinamicamente la differenza di percorso ottico in diverse posizioni. Rispetto al galvanometro 2D, la composizione del galvanometro 3D prevede principalmente l'aggiunta di un "sistema ottico sull'asse Z", che consente al galvanometro 3D di modificare liberamente la posizione di messa a fuoco durante il processo di saldatura ed eseguire saldature su superfici curve, senza la necessità di cambiare il supporto, come ad esempio una macchina utensile, ecc., a differenza del galvanometro 2D. L'altezza del robot viene utilizzata per regolare la posizione di messa a fuoco della saldatura.
Data di pubblicazione: 23 maggio 2024
