Der kollimierende Fokussierungskopf verwendet ein mechanisches Gerät als Stützplattform und bewegt sich durch das mechanische Gerät hin und her, um das Schweißen von Schweißnähten mit unterschiedlichen Flugbahnen zu erreichen. Die Schweißgenauigkeit hängt von der Genauigkeit des Aktuators ab, daher gibt es Probleme wie geringe Genauigkeit, langsame Reaktionsgeschwindigkeit und große Trägheit. Das Galvanometer-Scansystem verwendet einen Motor zum Ablenken der Linse. Der Motor wird von einem bestimmten Strom angetrieben und bietet die Vorteile einer hohen Genauigkeit, einer geringen Trägheit und einer schnellen Reaktion. Wenn der Lichtstrahl auf die Galvanometerlinse trifft, verändert die Ablenkung des Galvanometers den Reflexionswinkel des Laserstrahls. Daher kann der Laserstrahl jede Flugbahn im Scan-Sichtfeld durch das Galvanometersystem abtasten. Der im Roboterschweißsystem eingesetzte Vertikalkopf ist eine Anwendung, die auf diesem Prinzip basiert.
Die Hauptbestandteile derGalvanometer-Scansystemsind der Strahlaufweitungskollimator, die Fokussierlinse, das zweiachsige XY-Scanning-Galvanometer, die Steuerplatine und das Host-Computer-Softwaresystem. Das Scan-Galvanometer bezieht sich hauptsächlich auf die beiden XY-Galvanometer-Scanköpfe, die von Hochgeschwindigkeits-Servomotoren angetrieben werden. Das zweiachsige Servosystem treibt das XY-zweiachsige Scangalvanometer an, um es entlang der X- bzw. Y-Achse abzulenken, indem es Befehlssignale an die X- und Y-Achsen-Servomotoren sendet. Auf diese Weise kann das Steuerungssystem durch die kombinierte Bewegung der zweiachsigen XY-Spiegellinse das Signal über die Galvanometerplatine gemäß der Vorlage der voreingestellten Grafiken der Host-Computersoftware und dem eingestellten Pfadmodus umwandeln und sich schnell bewegen auf der Ebene des Werkstücks, um eine Scan-Trajektorie zu bilden.
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Entsprechend der Positionsbeziehung zwischen der Fokussierungslinse und dem Lasergalvanometer kann der Scanmodus des Galvanometers in Frontfokussierungsscannen (linkes Bild) und Rückfokussierungsscannen (rechtes Bild) unterteilt werden. Aufgrund des optischen Wegunterschieds, wenn der Laserstrahl in verschiedene Positionen abgelenkt wird (der Strahlübertragungsabstand ist unterschiedlich), ist die Laserbrennebene im vorherigen Fokussierungsscanvorgang eine halbkugelförmige gekrümmte Oberfläche, wie in der linken Abbildung dargestellt. In der rechten Abbildung ist die Back-Focus-Scan-Methode dargestellt, bei der die Objektivlinse eine Flachfeldlinse ist. Die Flachfeldlinse verfügt über ein spezielles optisches Design.
Durch die Einführung einer optischen Korrektur kann die halbkugelförmige Brennebene des Laserstrahls an eine Ebene angepasst werden. Das Scannen mit rückwärtiger Fokussierung eignet sich hauptsächlich für Anwendungen mit hohen Anforderungen an die Bearbeitungsgenauigkeit und einem kleinen Bearbeitungsbereich, wie z. B. Lasermarkierung, Lasermikrostrukturschweißen usw. Mit zunehmender Scanfläche nimmt auch die Apertur des Objektivs zu. Aufgrund technischer und materieller Einschränkungen ist der Preis für Objektive mit großer Apertur sehr hoch und diese Lösung wird nicht akzeptiert. Die Kombination des Galvanometer-Scansystems vor der Objektivlinse und eines Sechs-Achsen-Roboters ist eine praktikable Lösung, die die Abhängigkeit von der Galvanometerausrüstung verringern und ein erhebliches Maß an Systemgenauigkeit und gute Kompatibilität bieten kann. Diese Lösung wurde von den meisten Integratoren übernommen und wird oft als fliegendes Schweißen bezeichnet. Das Schweißen der Modulstromschiene einschließlich der Reinigung des Pols bietet fliegende Anwendungen, mit denen das Verarbeitungsformat flexibel und effizient erweitert werden kann.
Unabhängig davon, ob es sich um ein Front-Focus-Scannen oder ein Rear-Focus-Scannen handelt, kann der Fokus des Laserstrahls für die dynamische Fokussierung nicht gesteuert werden. Wenn im Frontfokus-Scanmodus das zu bearbeitende Werkstück klein ist, verfügt die Fokussierlinse über einen bestimmten Fokustiefenbereich, sodass ein Fokusscan in einem kleinen Format durchgeführt werden kann. Wenn jedoch die zu scannende Ebene groß ist, sind die Punkte in der Nähe der Peripherie unscharf und können nicht auf die Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks fokussiert werden, da sie die Ober- und Untergrenze der Laserfokustiefe überschreiten. Wenn daher der Laserstrahl an jeder Position auf der Scanebene gut fokussiert werden muss und das Sichtfeld groß ist, kann die Verwendung eines Objektivs mit fester Brennweite die Scananforderungen nicht erfüllen.
Das dynamische Fokussiersystem ist ein optisches System, dessen Brennweite je nach Bedarf verändert werden kann. Durch die Verwendung einer dynamischen Fokussierlinse zur Kompensation des optischen Wegunterschieds bewegt sich die konkave Linse (Strahlaufweiter) daher linear entlang der optischen Achse, um die Fokusposition zu steuern und so eine dynamische Kompensation des optischen Wegunterschieds der zu bearbeitenden Oberfläche zu erreichen an verschiedenen Positionen. Im Vergleich zum 2D-Galvanometer verfügt die Zusammensetzung des 3D-Galvanometers hauptsächlich über ein „optisches Z-Achsen-System“, das es dem 3D-Galvanometer ermöglicht, die Fokusposition während des Schweißvorgangs frei zu ändern und räumlich gekrümmte Oberflächenschweißungen durchzuführen, ohne dass das Schweißen angepasst werden muss Fokusposition durch Ändern der Höhe des Trägers wie der Werkzeugmaschine oder des Roboters wie dem 2D-Galvanometer.
Das dynamische Fokussierungssystem kann den Defokusbetrag ändern, die Punktgröße ändern, eine Z-Achsen-Fokusanpassung und eine dreidimensionale Verarbeitung realisieren.
Der Arbeitsabstand ist definiert als der Abstand von der vordersten mechanischen Kante des Objektivs zur Brennebene oder Scanebene des Objektivs. Achten Sie darauf, dies nicht mit der effektiven Brennweite (EFL) des Objektivs zu verwechseln. Dies wird von der Hauptebene, einer hypothetischen Ebene, in der angenommen wird, dass das gesamte Linsensystem bricht, bis zur Brennebene des optischen Systems gemessen.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 04.06.2024
