La testa di focalizzazione collimatrice utilizza un dispositivo meccanico come piattaforma di supporto e si muove avanti e indietro attraverso tale dispositivo per realizzare la saldatura di cordoni con traiettorie diverse. La precisione della saldatura dipende dalla precisione dell'attuatore, pertanto si riscontrano problemi quali bassa precisione, bassa velocità di risposta e grande inerzia. Il sistema di scansione galvanometrica utilizza un motore per deflessione della lente. Il motore è azionato da una determinata corrente e presenta i vantaggi di elevata precisione, bassa inerzia e risposta rapida. Quando il fascio di luce viene irradiato sulla lente del galvanometro, la deflessione del galvanometro modifica l'angolo di riflessione del raggio laser. Pertanto, il raggio laser può scansionare qualsiasi traiettoria nel campo visivo di scansione attraverso il sistema galvanometrico. La testa verticale utilizzata nel sistema di saldatura robotizzata è un'applicazione basata su questo principio.
I componenti principali delsistema di scansione galvanometricaIl sistema è composto da un collimatore a espansione di fascio, una lente di focalizzazione, un galvanometro di scansione a due assi XY, una scheda di controllo e un sistema software per 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 deflessione 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 e alla modalità di percorso impostata, e muoversi rapidamente sul piano del pezzo per formare una traiettoria di scansione.
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In base alla posizione della lente di focalizzazione e del galvanometro laser, la modalità di scansione del galvanometro può essere suddivisa in scansione con focalizzazione frontale (immagine a sinistra) e scansione con focalizzazione posteriore (immagine a destra). A causa della differenza di percorso ottico che si verifica quando il raggio laser viene deviato in posizioni diverse (la distanza di trasmissione del raggio è diversa), il piano focale del laser nel processo di scansione con focalizzazione frontale è una superficie curva emisferica, come mostrato nella figura a sinistra. Il metodo di scansione con focalizzazione posteriore è mostrato nella figura a destra, in cui la lente obiettivo è una lente a campo piano. La lente a campo piano ha una particolare configurazione ottica.
Sistema di saldatura robotizzata
Introducendo la correzione ottica, il piano focale emisferico del raggio laser può essere regolato su un piano. La scansione con focalizzazione posteriore è particolarmente adatta per applicazioni con elevati requisiti di precisione di lavorazione e un'area di lavoro ridotta, come la marcatura laser, la saldatura laser di microstrutture, ecc. All'aumentare dell'area di scansione, aumenta anche l'apertura della lente. A causa di limitazioni tecniche e dei materiali, il costo delle lenti di grande apertura è molto elevato e questa soluzione non è praticabile. La combinazione di un sistema di scansione galvanometrica davanti alla lente obiettivo e di un robot a sei assi rappresenta una soluzione valida che riduce la dipendenza dalle apparecchiature galvanometriche e offre un elevato grado di precisione del sistema e una buona compatibilità. Questa soluzione è stata adottata dalla maggior parte degli integratori ed è spesso definita "saldatura volante". La saldatura della barra conduttrice del modulo, inclusa la pulizia dei poli, trova applicazione nella saldatura volante, consentendo di aumentare in modo flessibile ed efficiente il formato di lavorazione.
Sia nella scansione a fuoco frontale che in quella a fuoco posteriore, la messa a fuoco del raggio laser non può essere controllata dinamicamente. Nella modalità di scansione a fuoco frontale, quando il pezzo da lavorare è piccolo, la lente di messa a fuoco ha un determinato intervallo di profondità di campo, consentendo quindi la scansione a fuoco anche con pezzi di piccole dimensioni. Tuttavia, quando il piano da scansionare è ampio, i punti vicini alla periferia risulteranno sfocati e non sarà possibile mettere a fuoco la superficie del pezzo da lavorare, poiché ciò supera i limiti superiore e inferiore della profondità di campo 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 focale fissa non soddisfa i requisiti di scansione.
Il sistema di messa a fuoco dinamica è un sistema ottico la cui lunghezza focale può essere modificata a seconda delle necessità. Pertanto, utilizzando una lente di messa a fuoco dinamica per compensare la differenza di percorso ottico, la lente concava (espansore di fascio) si muove linearmente lungo l'asse ottico per controllare la posizione di messa a fuoco, ottenendo così una compensazione dinamica della differenza di percorso ottico della superficie da lavorare in diverse posizioni. Rispetto al galvanometro 2D, la composizione del galvanometro 3D aggiunge principalmente 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 la saldatura di superfici curve spazialmente, senza la necessità di regolare la posizione di messa a fuoco della saldatura modificando l'altezza del supporto, come la macchina utensile o il robot, come avviene nel galvanometro 2D.
Il sistema di messa a fuoco dinamica consente di variare la quantità di sfocatura, modificare la dimensione del punto, realizzare la regolazione della messa a fuoco sull'asse Z ed eseguire l'elaborazione tridimensionale.
La distanza di lavoro è definita come la distanza dal bordo meccanico anteriore della lente al piano focale o piano di scansione dell'obiettivo. Attenzione a non confonderla con la lunghezza focale effettiva (EFL) dell'obiettivo. Quest'ultima viene misurata dal piano principale, un piano ipotetico in cui si presume che l'intero sistema di lenti rifrange la luce, al piano focale del sistema ottico.
Data di pubblicazione: 4 giugno 2024
