Išsami skraidančių lazerinių suvirinimo galvučių santrauka

Išsami santraukaSkraidančios lazerinio suvirinimo galvutės

Jame aptariami komponentų pavadinimai, apibrėžimai, principai, projektavimo parametrai ir formulių skaičiavimai, ir tai taikomadidelio greičio skenuojantis suvirinimas(pvz., galvanometrų sistemos) arba nuotolinio suvirinimo programos.

1. Skraidančių lazerinių suvirinimo galvučių sudėtis ir apibrėžimas

Skraidantis suvirinimas (skenuojantis lazerinis suvirinimas) įgyvendina dinaminį fokusavimą naudojant didelės spartos galvanometrinius atspindinčius lazerio spindulius ir tinka dideliems plotams irdidelio greičio suvirinimasJo pagrindiniai komponentai yra šie:

1. Spindulio kolimacijos modulis

Kolimatorius

Funkcija: konvertuoti optinio pluošto skleidžiamą divergentinį lazerio spindulį (NA = 0,1~0,22) į lygiagretų spindulį.

Pagrindiniai parametrai: židinio nuotolis fcoll, kolimuoto spindulio skersmuo Dcoll.

Formulė:

1.2 Galvanometro skenavimo sistema

X/Y ašies Galvo veidrodžiai

Funkcija: Pakeiskite šviesos spindulio kryptį per dideliu greičiu besisukančius veidrodžius, kad būtų pasiektas dvimatis plokštumos skenavimas.

Pagrindiniai parametrai: skenavimo greitis (paprastai ≥10 m/s), pakartotinio padėties nustatymo tikslumas (<±5 μrad), veidrodžio dydis (turi apimti spindulio skersmenį Dcoll).

Galvanometro variklis: servo variklis arba galvanometro variklis, kurio atsako laikas yra <1 ms.

1.3 Dinaminio fokusavimo modulis (F-Theta lęšis arba galvanometras + plokščiojo lauko lęšis)

F-Theta lęšis

Funkcija: Galvanometro deformacijos kampą konvertuoti į tiesinį poslinkį plokštumoje, kad būtų išlaikytas fokusavimo nuoseklumas.

Pagrindinės formulės:

2. Veikimo principas

Spindulio kelias: Lazeris → Kolimatorius → X galvanometras → Y galvanometras → F-Theta lęšis → Ruošinio paviršius.

Dinaminis fokusavimas:

Kai galvanometro nuokrypio kampas yra θ, fokusavimo padėtis (x, y) konvertuojama F-Theta lęšiu taip:

3. Pagrindiniai projektavimo parametrai ir formulės

3.1 Taško dydžio apskaičiavimas

Fokusuotos dėmės skersmuo d (difrakcijos riba):

3.2 Skenavimo diapazonas ir galvanometro kampas

Maksimalus skenavimo diapazonas L:

3.3 Suvirinimo greitis ir pagreitis

Linijinis greitis v

3.4 Fokusavimo gylis (DOF)

3.5 Galios tankis ir energijos sąnaudos

Galios tankis I:

Energijos tankis E (impulsinis suvirinimas):

4. Aberacijos ir optimizavimo projektavimas

4.1 F-Theta objektyvo aberacijų korekcija

Iškraipymas: Jis turi atitikti r∝θ, o netiesinis iškraipymas turėtų būti <0,1%.

Lauko kreivumas: suprojektuokite plokščią lauką naudodami kelių lęšių grupes.

4.2 Galvanometro sinchronizavimo klaida

Kad būtų išvengta elipsinių dėmių, X/Y galvanometro vėlavimas turėtų būti <1 μs.

5. Projektavimo proceso pavyzdys

Įvesties reikalavimai: skenavimo diapazonas L, taško dydis d, suvirinimo greitis v. Pasirinkite F-Theta lęšį: nustatykite fθ pagal L=2fθtan(θmax).

Apskaičiuokite galvanometro parametrus: kampinį greitį ω = v / fθ ir patikrinkite galvanometro veikimą.

Patikrinkite taško kokybę: optimizuokite lęšių grupės aberacijas naudodami „Zemax“ / „OpticStudio“.

6. Atsargumo priemonės

Šilumos valdymas: Galvanometrams ir lęšiams reikalingas vandens aušinimas esant didelei galiai (pvz., >1 kW).

Apsauga nuo susidūrimo: Galvanometrams reikalingas avarinis stabdymas, kad būtų išvengta mechaninio susidūrimo.

Kalibravimas: reguliariai kalibruokite optinio kelio koaksialumą (nuokrypis <0,05 mm).