Detaillierte ZusammenfassungFliegende Laserschweißköpfe
Es umfasst Bauteilnamen, Definitionen, Prinzipien, Konstruktionsparameter und Formelberechnungen und ist anwendbar aufHochgeschwindigkeits-Scanschweißen(wie z. B. Galvanometersysteme) oder Fernschweißanwendungen.
1. Zusammensetzung und Definition von fliegenden Laserschweißköpfen
Das fliegende Schweißen (Scanning Laser Welding) realisiert die dynamische Fokussierung durch Hochgeschwindigkeits-Galvanometer, die Laserstrahlen reflektieren, und eignet sich für großflächige Anwendungen.HochgeschwindigkeitsschweißenDie Kernbestandteile sind folgende:
1. Strahlkollimationsmodul
Kollimator
Funktion: Umwandlung des divergenten Laserstrahls (NA=0,1~0,22), der von der optischen Faser ausgegeben wird, in einen parallelen Strahl.
Wichtigste Parameter: Brennweite fcoll, Durchmesser des kollimierten Strahls Dcoll.
Formel:
1.2 Galvanometer-Abtastsystem
X/Y-Achsen-Galvanospiegel
Funktion: Durch schnell rotierende Spiegel wird die Richtung des Lichtstrahls geändert, um eine zweidimensionale ebene Abtastung zu erreichen.
Wichtige Parameter: Scangeschwindigkeit (üblicherweise ≥10 m/s), Wiederholgenauigkeit der Positionierung (<±5 μrad), Spiegelgröße (muss den Strahldurchmesser Dcoll abdecken).
Galvanometermotor: Servomotor oder Galvanometermotor mit einer Ansprechzeit von <1ms.
1.3 Dynamisches Fokussierungsmodul (F-Theta-Linse oder Galvanometer + Planfeldlinse)
F-Theta-Linse
Funktion: Umwandlung des Ablenkwinkels des Galvanometers in eine lineare Verschiebung in der Ebene, um die Fokuskonsistenz aufrechtzuerhalten.
Schlüsselformeln:
2. Funktionsprinzip
Strahlengang: Laser → Kollimator → X-Galvanometer → Y-Galvanometer → F-Theta-Linse → Werkstückoberfläche.
Dynamische Fokussierung:
Wenn der Ablenkwinkel des Galvanometers θ beträgt, wird die Fokusposition (x, y) durch die F-Theta-Linse wie folgt umgerechnet:
3. Wichtige Designparameter und Formeln
3.1 Berechnung der Spotgröße
Fokussierter Spotdurchmesser d (Beugungsgrenze):
3.2 Scanbereich und Galvanometerwinkel
Maximaler Scanbereich L:
3.3 Schweißgeschwindigkeit und Beschleunigung
Lineare Geschwindigkeit v
3.4 Schärfentiefe (DOF)
3.5 Leistungsdichte und Energiezufuhr
Leistungsdichte I:
Energiedichte E (Impulsschweißen):
4. Abweichungen und Optimierungsdesign
4.1 F-Theta-Linsenaberrationskorrektur
Verzerrung: Es muss r∝θ gelten, und die nichtlineare Verzerrung sollte <0,1% betragen.
Bildfeldwölbung: Ein ebenes Bildfeld durch Mehrfachlinsengruppen erzeugen.
4.2 Galvanometer-Synchronisationsfehler
Die Verzögerung des X/Y-Galvanometers sollte <1μs betragen, um elliptische Flecken zu vermeiden.
5. Beispiel für einen Designprozess
Eingangsanforderungen: Scanbereich L, Spotgröße d, Schweißgeschwindigkeit v. F-Theta-Linse auswählen: fθ gemäß L=2fθtan(θmax) bestimmen.
Berechnen Sie die Galvanometerparameter: Winkelgeschwindigkeit ω=v/fθ, und überprüfen Sie die Leistungsfähigkeit des Galvanometers.
Überprüfen Sie die Spotqualität: Optimieren Sie Linsengruppenaberrationen mit Zemax/OpticStudio.
6. Vorsichtsmaßnahmen
Thermisches Management: Galvanometer und Linsen benötigen bei hoher Leistung (z. B. >1 kW) eine Wasserkühlung.
Antikollisionsschutz: Galvanometer benötigen eine Notbremsung, um mechanische Kollisionen zu vermeiden.
Kalibrierung: Die Koaxialität des optischen Pfades muss regelmäßig kalibriert werden (Abweichung <0,05 mm).
Veröffentlichungsdatum: 04.08.2025
