Подробно обобщение на летящите лазерни заваръчни глави

Подробно резюме наЛетящи лазерни заваръчни глави

Той обхваща имената на компонентите, дефинициите, принципите, проектните параметри и формулите за изчисление и е приложим зависокоскоростно сканиращо заваряване(като например галванометрични системи) или приложения за дистанционно заваряване.

1. Състав и определение на летящи заваръчни лазерни глави

Летящото заваряване (сканиращ лазерен заваряване) осъществява динамично фокусиране чрез високоскоростни галванометрични отразяващи лазерни лъчи и е подходящо за големи площи ивисокоскоростно заваряванеОсновните му компоненти са следните:

1. Модул за колимация на лъча

Колиматор

Функция: Преобразува дивергентния лазерен лъч (NA=0.1~0.22), издаден от оптичното влакно, в паралелен лъч.

Ключови параметри: Фокусно разстояние fcoll, диаметър на колимирания лъч Dcoll.

Формула：

1.2 Галванометрична сканираща система

Галво огледала по ос X/Y

Функция: Промяна на посоката на светлинния лъч чрез високоскоростни въртящи се огледала за постигане на двуизмерно сканиране на равнината.

Ключови параметри: Скорост на сканиране (обикновено ≥10m/s), точност на повторно позициониране (<±5μrad), размер на огледалото (трябва да покрива диаметъра на лъча Dcoll).

Галванометърен двигател: Серво мотор или галванометърен двигател с време за реакция <1ms.

1.3 Модул за динамично фокусиране (F-Theta леща или галванометър + плоскоъгълна леща)

F-Тета леща

Функция: Преобразува ъгъла на отклонение на галванометъра в линейно изместване в равнината, за да се поддържа консистентност на фокуса.

Ключови формули:

2. Принцип на работа

Път на лъча: Лазер → Колиматор → X галванометър → Y галванометър → F-Theta леща → Повърхност на детайла.

Динамично фокусиране:

Когато ъгълът на отклонение на галванометъра е θ, позицията на фокуса (x, y) се преобразува от F-Theta лещата като:

3. Ключови параметри и формули за проектиране

3.1 Изчисляване на размера на петното

Диаметър на фокусираното петно ​​d (граница на дифракция):

3.2 Обхват на сканиране и ъгъл на галванометъра

Максимален обхват на сканиране L:

3.3 Скорост и ускорение на заваряване

Линейна скорост v

3.4 Дълбочина на фокуса (DOF)

3.5 Плътност на мощността и енергиен вход

Плътност на мощността I:

Плътност на енергията E (импулсно заваряване):

4. Аберации и оптимизационен дизайн

4.1 Корекция на аберациите на F-Theta обектива

Изкривяване: Трябва да удовлетворява r∝θ, а нелинейното изкривяване трябва да бъде <0,1%.

Кривина на полето: Проектирайте плоско поле чрез групи от множество лещи.

4.2 Грешка при синхронизация на галванометъра

Закъснението на X/Y галванометъра трябва да бъде <1 μs, за да се избегнат елиптични петна.

5. Пример за процес на проектиране

Входни изисквания: Обхват на сканиране L, размер на петното d, скорост на заваряване v. Изберете F-Theta леща: Определете fθ съгласно L=2fθtan(θmax).

Изчислете параметрите на галванометъра: ъглова скорост ω=v/fθ и проверете работата на галванометъра.

Проверете качеството на петното: Оптимизирайте аберациите на групата лещи чрез Zemax/OpticStudio.

6. Предпазни мерки

Термично управление: Галванометрите и лещите се нуждаят от водно охлаждане при висока мощност (например >1 kW).

Защита срещу сблъсък: Галванометрите се нуждаят от аварийно спиране, за да се избегне механичен сблъсък.

Калибриране: Редовно калибрирайте коаксиалността на оптичния път (отклонение <0,05 мм).