Podrobný přehled hlav pro svařování laserem s funkcí Flying Laser

Podrobný souhrnLétající laserové svařovací hlavy

Zahrnuje názvy součástí, definice, principy, konstrukční parametry a výpočty vzorců a je použitelný provysokorychlostní skenovací svařování(například galvanometrické systémy) nebo aplikace dálkového svařování.

1. Složení a definice laserových svařovacích hlav Flying Welding

Letmé svařování (skenovací laserové svařování) realizuje dynamické zaostřování pomocí vysokorychlostních galvanometrických odrážejících laserových paprsků a je vhodné pro velkoplošné avysokorychlostní svařováníJeho základní komponenty jsou následující:

1. Modul kolimace paprsků

Kolimátor

Funkce: Převádí divergentní laserový paprsek (NA=0,1~0,22) vyzařovaný optickým vláknem na paralelní paprsek.

Klíčové parametry: Ohnisková vzdálenost fcoll, průměr kolimovaného paprsku Dcoll.

Vzorec:

1.2 Galvanometrický skenovací systém

Zrcadla Galvo osy X/Y

Funkce: Změna směru světelného paprsku pomocí vysokorychlostních rotujících zrcadel pro dosažení dvourozměrného skenování roviny.

Klíčové parametry: Rychlost skenování (obvykle ≥10 m/s), přesnost opakování polohování (<±5 μrad), velikost zrcadla (musí pokrýt průměr paprsku Dcoll).

Galvanometrický motor: Servomotor nebo galvanometrický motor s dobou odezvy <1 ms.

1.3 Modul dynamického zaostřování (čočka F-Theta nebo galvanometr + čočka s plochým zorným polem)

F-Theta čočka

Funkce: Převedení úhlu vychýlení galvanometru na lineární posunutí v rovině pro zachování konzistence zaostření.

Klíčové vzorce:

2. Princip fungování

Dráha paprsku: Laser → Kolimátor → X galvanometr → Y galvanometr → Čočka F-Theta → Povrch obrobku.

Dynamické ostření:

Když je úhel vychýlení galvanometru θ, je poloha zaostření (x, y) převedena čočkou F-Theta jako:

3. Klíčové konstrukční parametry a vzorce

3.1 Výpočet velikosti bodu

Průměr zaostřené skvrny d (difrakční limit):

3.2 Rozsah skenování a úhel galvanometru

Maximální dosah snímání L:

3.3 Rychlost a zrychlení svařování

Lineární rychlost v

3.4 Hloubka ostrosti (DOF)

3.5 Hustota výkonu a energetický vstup

Hustota výkonu I:

Hustota energie E (pulzní svařování):

4. Aberace a optimalizační návrh

4.1 Korekce aberace objektivu F-Theta

Zkreslení: Musí splňovat podmínky r∝θ a nelineární zkreslení by mělo být <0,1 %.

Zakřivení pole: Navrhněte ploché pole pomocí skupin více čoček.

4.2 Chyba synchronizace galvanometru

Zpoždění galvanometru X/Y by mělo být <1 μs, aby se zabránilo vzniku eliptických skvrn.

5. Příklad návrhového procesu

Vstupní požadavky: Rozsah skenování L, velikost bodu d, rychlost svařování v. Vyberte čočku F-Theta: Určete fθ podle L=2fθtan(θmax).

Vypočítejte parametry galvanometru: úhlová rychlost ω=v/fθ a ověřte jeho výkon.

Ověření kvality bodu: Optimalizace aberací skupiny čoček pomocí programu Zemax/OpticStudio.

6. Bezpečnostní opatření

Tepelná regulace: Galvanometry a čočky potřebují při vysokém výkonu (například > 1 kW) vodní chlazení.

Ochrana proti kolizi: Galvanometry potřebují nouzové brzdění, aby se zabránilo mechanické kolizi.

Kalibrace: Pravidelně kalibrujte koaxialitu optické dráhy (odchylka <0,05 mm).