Gedetailleerde samenvatting van vliegende laserlaskoppen

Gedetailleerde samenvatting vanVliegende laserlaskoppen

Het omvat componentnamen, definities, principes, ontwerpparameters en formuleberekeningen, en is van toepassing ophogesnelheidsscanlassen(zoals galvanometersystemen) of toepassingen voor lassen op afstand.

1. Samenstelling en definitie van vliegende laserlaskoppen

Vliegend lassen (scannend laserlassen) realiseert dynamische focussering door middel van snel reflecterende laserstralen via een galvanometer en is geschikt voor grote oppervlakken.hogesnelheidslassenDe kerncomponenten zijn als volgt:

1. Bundelcollimatiemodule

Collimator

Functie: Zet de divergerende laserbundel (NA=0,1~0,22) die door de optische vezel wordt uitgezonden om in een parallelle bundel.

Belangrijkste parameters: Brandpuntsafstand fcoll, gecollimeerde bundeldiameter Dcoll.

Formule:

1.2 Galvanometer-scansysteem

X/Y-as galvanometerspiegels

Functie: De richting van de lichtstraal wordt veranderd door middel van snel roterende spiegels om tweedimensionale vlakscanning te realiseren.

Belangrijkste parameters: scansnelheid (meestal ≥10 m/s), herhaalbaarheid van de positionering (<±5 μrad), spiegelgrootte (moet de bundeldiameter Dcoll bedekken).

Galvanometermotor: Servomotor of galvanometermotor met een reactietijd van <1 ms.

1.3 Dynamische scherpstelmodule (F-Theta-lens of galvanometer + vlakveldlens)

F-Theta-lens

Functie: Zet de afbuigingshoek van de galvanometer om in een lineaire verplaatsing in het vlak om de focusconsistentie te behouden.

Kernformules:

2. Werkingsprincipe

Straalpad: Laser → Collimator → X-galvanometer → Y-galvanometer → F-Theta-lens → Werkstukoppervlak.

Dynamische scherpstelling:

Wanneer de uitwijkhoek van de galvanometer θ is, wordt de focuspositie (x, y) door de F-Theta-lens als volgt omgezet:

3. Belangrijkste ontwerpparameters en formules

3.1 Spotgrootteberekening

Diameter van de focusvlek d (diffractielimiet):

3.2 Scanbereik en galvanometerhoek

Maximaal scanbereik L:

3.3 Lassnelheid en -versnelling

Lineaire snelheid v

3.4 Scherptediepte (DOF)

3.5 Vermogensdichtheid en energieverbruik

Vermogensdichtheid I:

Energiedichtheid E (pulslassen):

4. Afwijkingen en optimalisatieontwerp

4.1 Correctie van F-Theta-lensaberratie

Vervorming: Er moet voldaan worden aan r∝θ, en de niet-lineaire vervorming moet <0,1% zijn.

Veldkromming: Ontwerp een vlak beeldveld door middel van meerdere lensgroepen.

4.2 Synchronisatiefout van de galvanometer

De vertraging van de X/Y-galvanometer moet <1 μs zijn om elliptische vlekken te voorkomen.

5. Voorbeeld van een ontwerpproces

Invoervereisten: Scanbereik L, spotgrootte d, lassnelheid v. Selecteer F-Theta-lens: Bepaal fθ volgens L=2fθtan(θmax).

Bereken de parameters van de galvanometer: hoeksnelheid ω=v/fθ, en controleer de werking van de galvanometer.

Controleer de spotkwaliteit: Optimaliseer lensgroepaberraties met Zemax/OpticStudio.

6. Voorzorgsmaatregelen

Thermisch beheer: Galvanometers en lenzen vereisen waterkoeling bij hoog vermogen (zoals >1 kW).

Botsingsbeveiliging: Galvanometers hebben een noodrem nodig om een ​​mechanische botsing te voorkomen.

Kalibratie: Kalibreer regelmatig de coaxialiteit van het optische pad (afwijking <0,05 mm).