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三轴扫描振镜的应用

时间:2021-02-23 来源:新特光电 访问量:1127

激光应用技术的发展越来越快,所涉及的领域也越来越多。与其他技术一样,激光也在与计算机、自动化等技术紧密结合,快速共同发展。目前国外已经有成熟的三维振镜焊接系统,而在国内还属于摸索阶段。随着工业需求不断提高,振镜焊接技术由二维系统转向三维系统乃科技发展的必经之路。一个可靠性高和功能全面的三维激光焊接系统,是确保激光焊接系统投入使用的基础技术之一。

激光扫描振镜焊接技术融合了激光焊接技术的优点。一是焊接速度快。通过振镜扫描可以对焊接点进行准确的定位,以此缩短加工的时间,同时还具有即起即停的优点。二是应力和变形小。焊接激光照射到工件表面的功率密度非常小,其能够快速地将母件材料融化,避免了因为焊接传输受热而导致工件变形。三是可焊难焊材料。激光振镜焊接主要采取计算机控制系统进行控制,其可以通过自动焊接焊手工难以焊接的工件。

三轴技术的结构设计可利用单组透镜装置,实现了大幅面扫描或可变范围的扫描。然而,当聚焦距离和扫描范围增加时,聚焦光斑尺寸将增大,激光功率密度也将降低(假设激光功率恒定)。这或许并不是很理想系统,因为在某种程度上讲,激光功率密度决定了激光加工的效率。在三轴聚焦光学系统中,通过加大激光光束直径解决了聚焦光斑大的问题。聚焦光斑尺寸计算公式d= k * M2 * λ * f / D,d是聚焦光斑尺寸,D是入射光束直径,k是一个常数,M2是激光光束质量因子,λ是激光波长。

在传统的两轴扫描头解决方案中,光束直径被扫描透镜的入射孔径大小所限制。对大孔径的入射光束(通常>30mm),两轴扫描头的聚焦镜头变得很大而且价格昂贵。三轴系统在扫描镜片的后方有个聚焦物镜,聚焦物镜所需的通光孔径尺寸显著的减小了。因此较大的光束可以通过新设计的光学系统,节约了聚焦镜片成本的同时也实现了更小的聚焦光斑,也就是说,大范围的应用由于需要较高的工作距离(f),加大了聚焦光斑直径,通过加大入射光斑直径(D)可降低聚焦光斑直径,提高激光功率密度。

三轴激光扫描振镜是激光应用设备的核心部件,广泛应用于3D打印、激光加工、激光成像等多个领域,可让激光按照既定路径,实现高效、快速、精准的扫描加工,具有重复定位精度高、响应速度快等突出优势,可以提高数十倍的定位精度和工作效率。

三轴扫描系统主要应用在大扫描幅面,聚焦透镜和两轴扫描头不适用的二维表面应用中。通常由于大扫描范围,复杂性和大幅面扫描透镜的价格因素,使两轴扫描振镜应用变得不切实际。

在三轴系统中,通过在扫描头前面放置聚焦镜,使得扫描范围不依赖于光学元件的尺寸。动态聚焦模块(DFM)和聚焦物镜的位置关系决定了工作(聚焦)距离。因为工作距离决定扫描范围,所以工作距离越长,扫描范围也大。

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