مقدمه‌ای بر گالوانومتر لیزری

اسکنر لیزری که گالوانومتر لیزری نیز نامیده می‌شود، از هد اسکن نوری XY، تقویت‌کننده درایو الکترونیکی و لنز بازتاب نوری تشکیل شده است. سیگنال ارائه شده توسط کنترل‌کننده کامپیوتر، هد اسکن نوری را از طریق مدار تقویت‌کننده درایو هدایت می‌کند و در نتیجه انحراف پرتو لیزر را در صفحه XY کنترل می‌کند. به عبارت ساده، گالوانومتر، گالوانومتر اسکن کننده‌ای است که در صنعت لیزر استفاده می‌شود. اصطلاح حرفه‌ای آن گالوانومتر اسکن کننده سرعت بالا یا سیستم اسکن گالوو نامیده می‌شود. گالوانومتر به اصطلاح را می‌توان آمپرمتر نیز نامید. ایده طراحی آن کاملاً از روش طراحی آمپرمتر پیروی می‌کند. لنز جایگزین سوزن می‌شود و سیگنال پروب با یک سیگنال DC -5V-5V یا -10V-+10V که توسط کامپیوتر کنترل می‌شود، جایگزین می‌شود تا عمل از پیش تعیین شده را انجام دهد. مانند سیستم اسکن آینه چرخان، این سیستم کنترل معمولی از یک جفت آینه جمع شونده استفاده می‌کند. تفاوت در این است که موتور پله‌ای که این مجموعه لنزها را هدایت می‌کند، با یک موتور سروو جایگزین شده است. در این سیستم کنترل، از یک حسگر موقعیت استفاده شده است. ایده طراحی حلقه بازخورد منفی، دقت سیستم را بیشتر تضمین می‌کند و سرعت اسکن و دقت موقعیت‌یابی مکرر کل سیستم را به سطح جدیدی می‌رساند. هد علامت‌گذاری اسکن گالوانومتر عمدتاً از آینه اسکن XY، لنز میدانی، گالوانومتر و نرم‌افزار علامت‌گذاری کنترل‌شده توسط کامپیوتر تشکیل شده است. اجزای نوری مربوطه را بر اساس طول موج‌های مختلف لیزر انتخاب کنید. گزینه‌های مرتبط همچنین شامل بسط‌دهنده‌های پرتو لیزر، لیزرها و غیره هستند. در سیستم نمایش لیزری، شکل موج اسکن نوری یک اسکن برداری است و سرعت اسکن سیستم، پایداری الگوی لیزر را تعیین می‌کند. در سال‌های اخیر، اسکنرهای پرسرعت توسعه یافته‌اند که سرعت اسکن آنها به ۴۵۰۰۰ نقطه در ثانیه می‌رسد و نمایش انیمیشن‌های پیچیده لیزری را ممکن می‌سازند.

۵.۱ اتصال جوشکاری گالوانومتر لیزری

۵.۱.۱ تعریف و ترکیب اتصال جوشکاری گالوانومتری:

سر فوکوس همراستاسازی از یک دستگاه مکانیکی به عنوان سکوی نگهدارنده استفاده می‌کند. دستگاه مکانیکی برای جوشکاری جوش‌های با مسیرهای مختلف به جلو و عقب حرکت می‌کند. دقت جوشکاری به دقت محرک بستگی دارد، بنابراین مشکلاتی مانند دقت پایین، سرعت پاسخ آهسته و اینرسی زیاد وجود دارد. سیستم اسکن گالوانومتر از یک موتور برای حمل لنز جهت انحراف استفاده می‌کند. موتور توسط یک جریان خاص هدایت می‌شود و از مزایای دقت بالا، اینرسی کم و پاسخ سریع برخوردار است. هنگامی که پرتو بر روی لنز گالوانومتر تابیده می‌شود، انحراف گالوانومتر پرتو لیزر را تغییر می‌دهد. بنابراین، پرتو لیزر می‌تواند هر مسیری را در میدان دید اسکن از طریق سیستم گالوانومتر اسکن کند.

اجزای اصلی سیستم اسکن گالوانومتر عبارتند از کولیماتور انبساط پرتو، لنز فوکوس کننده، گالوانومتر اسکن دو محوره XY، برد کنترل و سیستم نرم افزار کامپیوتر میزبان. گالوانومتر اسکن عمدتاً به دو سر اسکن گالوانومتر XY اشاره دارد که توسط سروو موتورهای رفت و برگشتی با سرعت بالا هدایت می‌شوند. سیستم سروو دو محوره، گالوانومتر اسکن دو محوره XY را با ارسال سیگنال‌های فرمان به سروو موتورهای محور X و Y به ترتیب در امتداد محور X و محور Y منحرف می‌کند. به این ترتیب، از طریق حرکت ترکیبی لنز آینه دو محوره XY، سیستم کنترل می‌تواند سیگنال را از طریق برد گالوانومتر طبق الگوی گرافیکی از پیش تعیین شده نرم افزار کامپیوتر میزبان طبق مسیر تعیین شده تبدیل کند و به سرعت روی صفحه قطعه کار حرکت کند تا یک مسیر اسکن تشکیل دهد.

۵.۱.۲ طبقه‌بندی اتصالات جوشکاری گالوانومتری:

۱. لنز اسکن با فوکوس جلو

با توجه به رابطه موقعیتی بین لنز فوکوس کننده و گالوانومتر لیزری، حالت اسکن گالوانومتر را می‌توان به اسکن با فوکوس جلویی (شکل 1 در زیر) و اسکن با فوکوس پشتی (شکل 2 در زیر) تقسیم کرد. به دلیل وجود اختلاف مسیر نوری هنگام انحراف پرتو لیزر به موقعیت‌های مختلف (فاصله انتقال پرتو متفاوت است)، سطح کانونی لیزر در طول فرآیند اسکن حالت فوکوس قبلی، یک سطح نیم‌کره است، همانطور که در شکل سمت چپ نشان داده شده است. روش اسکن پس از فوکوس در تصویر سمت راست نشان داده شده است. لنز شیئی یک لنز طرح F است. آینه طرح F دارای طراحی نوری خاصی است. با معرفی تصحیح نوری، سطح کانونی نیم‌کره پرتو لیزر را می‌توان به صورت مسطح تنظیم کرد. اسکن پس از فوکوس عمدتاً برای کاربردهایی که نیاز به دقت پردازش بالا و محدوده پردازش کوچک دارند، مانند علامت‌گذاری لیزری، جوشکاری ریزساختار لیزری و غیره، مناسب است.

2.لنز اسکن با فوکوس عقب

با افزایش ناحیه اسکن، دیافراگم لنز f-theta نیز افزایش می‌یابد. به دلیل محدودیت‌های فنی و مواد، لنزهای f-theta با دیافراگم بزرگ بسیار گران هستند و این راه‌حل پذیرفته نمی‌شود. سیستم اسکن گالوانومتر جلوی لنز شیئی همراه با ربات شش محوره یک راه‌حل نسبتاً عملی است که می‌تواند وابستگی به تجهیزات گالوانومتر را کاهش دهد، از دقت سیستم قابل توجهی برخوردار است و سازگاری خوبی دارد. این راه‌حل توسط اکثر مجتمع‌سازان پذیرفته شده است. اتخاذ، که اغلب به عنوان جوشکاری پروازی شناخته می‌شود. جوشکاری باسبار ماژول، از جمله تمیز کردن قطب، کاربردهای پروازی دارد که می‌تواند عرض پردازش را به صورت انعطاف‌پذیر و کارآمد افزایش دهد.

گالوانومتر سه بعدی:

صرف نظر از اینکه اسکن با فوکوس جلو یا عقب باشد، فوکوس پرتو لیزر برای فوکوس پویا قابل کنترل نیست. برای حالت اسکن با فوکوس جلو، وقتی قطعه کار مورد پردازش کوچک باشد، لنز فوکوس کننده دارای محدوده عمق کانونی خاصی است، بنابراین می‌تواند اسکن متمرکز را با فرمت کوچک انجام دهد. با این حال، وقتی صفحه اسکن شده بزرگ باشد، نقاط نزدیک به حاشیه از فوکوس خارج می‌شوند و نمی‌توانند روی سطح قطعه کار مورد پردازش متمرکز شوند زیرا از محدوده عمق فوکوس لیزر فراتر می‌روند. بنابراین، وقتی لازم است پرتو لیزر در هر موقعیتی روی صفحه اسکن به خوبی متمرکز شود و میدان دید بزرگ باشد، استفاده از لنز با فاصله کانونی ثابت نمی‌تواند الزامات اسکن را برآورده کند. سیستم فوکوس پویا مجموعه‌ای از سیستم‌های نوری است که فاصله کانونی آنها می‌تواند در صورت نیاز تغییر کند. بنابراین، محققان پیشنهاد می‌کنند از یک لنز فوکوس پویا برای جبران اختلاف مسیر نوری استفاده شود و از یک لنز مقعر (گسترش دهنده پرتو) برای حرکت خطی در امتداد محور نوری برای کنترل موقعیت فوکوس و دستیابی به این هدف استفاده شود. سطح مورد پردازش به صورت پویا اختلاف مسیر نوری را در موقعیت‌های مختلف جبران می‌کند. در مقایسه با گالوانومتر دوبعدی، ترکیب گالوانومتر سه بعدی عمدتاً یک "سیستم نوری محور Z" را اضافه می‌کند، به طوری که گالوانومتر سه بعدی می‌تواند آزادانه موقعیت فوکوس را در طول فرآیند جوشکاری تغییر دهد و جوشکاری سطح منحنی فضایی را انجام دهد، بدون نیاز به تغییر حامل مانند ابزار ماشین و غیره مانند گالوانومتر دوبعدی. از ارتفاع ربات برای تنظیم موقعیت فوکوس جوشکاری استفاده می‌شود.