Een laserscanner, ook wel lasergalvanometer genoemd, bestaat uit een XY-scankop, een elektronische stuurversterker en een optische reflectielens. Het signaal van de computercontroller stuurt de scankop aan via de stuurversterker, waardoor de afbuiging van de laserstraal in het XY-vlak wordt geregeld. Simpel gezegd is de galvanometer een scannende galvanometer die in de laserindustrie wordt gebruikt. De professionele term hiervoor is hogesnelheidsscangalvanometer of galvanometersysteem. De zogenaamde galvanometer kan ook een ampèremeter worden genoemd. Het ontwerp volgt volledig de ontwerpmethode van een ampèremeter. De lens vervangt de wijzer en het signaal van de sensor wordt vervangen door een computergestuurd gelijkstroomsignaal van -5V-5V of -10V-+10V om de vooraf bepaalde actie uit te voeren. Net als bij een roterend spiegelscansysteem gebruikt dit typische besturingssysteem een paar intrekbare spiegels. Het verschil is dat de stappenmotor die deze lenzen aandrijft, is vervangen door een servomotor. In dit besturingssysteem wordt een positiesensor gebruikt. Het ontwerpidee van een negatieve feedbacklus zorgt voor extra nauwkeurigheid van het systeem, waardoor de scansnelheid en de herhaalde positioneringsnauwkeurigheid van het gehele systeem een nieuw niveau bereiken. De galvanometer-scanmarkeerkop bestaat hoofdzakelijk uit een XY-scanspiegel, een veldlens, een galvanometer en computergestuurde markeersoftware. De bijbehorende optische componenten worden geselecteerd op basis van de verschillende laser golflengten. Gerelateerde opties omvatten ook laserstraalvergroters, lasers, enzovoort. In het laserdemonstratiesysteem is de golfvorm van de optische scanning een vectorscan en bepaalt de scansnelheid van het systeem de stabiliteit van het laserpatroon. De laatste jaren zijn er hogesnelheidsscanners ontwikkeld met scansnelheden tot 45.000 punten per seconde, waardoor het mogelijk is complexe laseranimaties te demonstreren.
5.1 Lasergalvanometerlasverbinding
5.1.1 Definitie en samenstelling van de lasverbinding van een galvanometer:
De collimatiefocusseerkop maakt gebruik van een mechanisch apparaat als ondersteunend platform. Dit mechanische apparaat beweegt heen en weer om lassen met verschillende trajecten mogelijk te maken. De lasnauwkeurigheid is afhankelijk van de nauwkeurigheid van de actuator, waardoor er problemen kunnen ontstaan zoals een lage nauwkeurigheid, een trage reactiesnelheid en een grote inertie. Het galvanometerscansysteem gebruikt een motor om de lens te bewegen voor afbuiging. De motor wordt aangedreven door een bepaalde stroom en heeft als voordelen een hoge precisie, een kleine inertie en een snelle reactie. Wanneer de laserstraal op de galvanometerlens valt, verandert de afbuiging van de galvanometer de laserstraal. Hierdoor kan de laserstraal via het galvanometersysteem elk traject binnen het scanveld aftasten.
De belangrijkste componenten van het galvanometerscansysteem zijn de bundelverbredingscollimator, de focuslens, de XY-twee-assige scangalvanometer, de besturingsprintplaat en de hostcomputersoftware. De scangalvanometer bestaat hoofdzakelijk uit twee XY-scankoppen, die worden aangedreven door snelle heen-en-weergaande servomotoren. Het twee-assige servosysteem stuurt de XY-twee-assige scangalvanometer aan om respectievelijk langs de X-as en de Y-as te bewegen door commando's naar de X- en Y-as servomotoren te sturen. Op deze manier kan het besturingssysteem, door de gecombineerde beweging van de XY-twee-assige spiegellens, het signaal via de galvanometerprintplaat omzetten volgens de vooraf ingestelde grafische sjabloon in de hostcomputersoftware, en zo snel over het werkstukvlak bewegen om een scantraject te vormen.
5.1.2 Classificatie van lasverbindingen van galvanometers:
1. Scanlens met frontfocus
Afhankelijk van de positie van de focuslens en de lasergalvanometer kan de scanmodus van de galvanometer worden onderverdeeld in frontfocusscanning (zie afbeelding 1) en achterfocusscanning (zie afbeelding 2). Door het verschil in optische padlengte wanneer de laserstraal naar verschillende posities wordt afgebogen (de transmissieafstand van de straal is verschillend), is het focusvlak van de laser tijdens het scannen in de eerste focusmodus een halfrond oppervlak, zoals weergegeven in de linker afbeelding. De postfocusscanningmethode wordt getoond in de rechter afbeelding. De objectieflens is een F-vlaklens. De F-vlakspiegel heeft een speciaal optisch ontwerp. Door optische correctie toe te passen, kan het halfronde focusvlak van de laserstraal vlak worden gemaakt. Postfocusscanning is met name geschikt voor toepassingen die een hoge bewerkingsnauwkeurigheid en een klein bewerkingsbereik vereisen, zoals lasermarkering, laserlassen van microstructuren, enz.
2.Scanlens met achterwaartse scherpstelling
Naarmate het scanbereik groter wordt, neemt ook de opening van de f-theta-lens toe. Vanwege technische en materiaalkundige beperkingen zijn f-theta-lenzen met een grote opening erg duur, waardoor deze oplossing niet geaccepteerd wordt. Het scansysteem met een galvanometer aan de voorzijde van de objectieflens, gecombineerd met een zesassige robot, is een relatief haalbare oplossing. Deze oplossing vermindert de afhankelijkheid van de galvanometerapparatuur, biedt een aanzienlijke nauwkeurigheid en heeft een goede compatibiliteit. Deze oplossing wordt door de meeste systeemintegratoren toegepast. Het lassen van modulebusbars, inclusief het reinigen van polen, kan met behulp van deze techniek flexibel en efficiënt worden uitgebreid.
3.3D-galvanometer:
Ongeacht of er sprake is van front-focus scanning of rear-focus scanning, de focus van de laserstraal kan niet dynamisch worden geregeld. Bij front-focus scanning heeft de focuslens een bepaald scherptedieptebereik wanneer het te bewerken werkstuk klein is, waardoor scherp scannen met een klein formaat mogelijk is. Wanneer het te scannen vlak echter groot is, zullen punten aan de rand onscherp zijn en kan er niet scherp op het oppervlak van het te bewerken werkstuk worden gefocust, omdat dit het scherptedieptebereik van de laser overschrijdt. Daarom voldoet een lens met een vaste brandpuntsafstand niet aan de scanvereisten wanneer een scherpe focus op elke positie in het scanvlak en een groot gezichtsveld vereist is. Een dynamisch focussysteem is een set optische systemen waarvan de brandpuntsafstand naar behoefte kan worden aangepast. Onderzoekers stellen daarom voor om een dynamische focuslens te gebruiken om het optische padverschil te compenseren en een concave lens (straalvergroter) lineair langs de optische as te bewegen om de focuspositie te regelen en zo het optische padverschil op verschillende posities van het te bewerken oppervlak dynamisch te compenseren. Vergeleken met de 2D-galvanometer is de 3D-galvanometer voornamelijk voorzien van een "optisch systeem met Z-as". Hierdoor kan de 3D-galvanometer de focuspositie tijdens het lasproces vrij aanpassen en ruimtelijk gebogen oppervlakken lassen, zonder dat een drager, zoals een machine, hoeft te worden verwisseld, zoals bij de 2D-galvanometer. De hoogte van de robot wordt gebruikt om de focuspositie van het lasproces aan te passen.
Geplaatst op: 23 mei 2024
