El cabezal de enfoque colimador utiliza un dispositivo mecánico como plataforma de soporte y se mueve hacia adelante y hacia atrás a través de este para lograr soldaduras con diferentes trayectorias. La precisión de la soldadura depende de la precisión del actuador, por lo que existen problemas como baja precisión, velocidad de respuesta lenta y gran inercia. El sistema de escaneo de galvanómetro utiliza un motor para desviar la lente. El motor es accionado por una corriente determinada y tiene las ventajas de alta precisión, baja inercia y respuesta rápida. Cuando el haz de luz incide sobre la lente del galvanómetro, la desviación de este cambia el ángulo de reflexión del haz láser. Por lo tanto, el haz láser puede escanear cualquier trayectoria dentro del campo de visión de escaneo a través del sistema de galvanómetro. El cabezal vertical utilizado en el sistema de soldadura robótica es una aplicación basada en este principio.
Los componentes principales delsistema de escaneo de galvanómetroEl sistema consta de un colimador de expansión de haz, una lente de enfoque, un galvanómetro de escaneo de dos ejes XY, una placa de control y un sistema de software para la computadora principal. El galvanómetro de escaneo se refiere principalmente a los dos cabezales de escaneo XY, accionados por servomotores alternativos de alta velocidad. El sistema de servomotores de doble eje impulsa el galvanómetro de escaneo XY para que se desvíe a lo largo de los ejes X e Y, respectivamente, mediante el envío de señales de comando a los servomotores de dichos ejes. De esta manera, a través del movimiento combinado de la lente de espejo de dos ejes XY, el sistema de control puede convertir la señal a través de la placa del galvanómetro según la plantilla de los gráficos preestablecidos del software de la computadora principal y el modo de trayectoria configurado, y moverse rápidamente sobre el plano de la pieza de trabajo para formar una trayectoria de escaneo.
、
Según la relación posicional entre la lente de enfoque y el galvanómetro láser, el modo de escaneo del galvanómetro se puede dividir en escaneo de enfoque frontal (imagen izquierda) y escaneo de enfoque posterior (imagen derecha). Debido a la existencia de una diferencia de trayectoria óptica cuando el haz láser se desvía a diferentes posiciones (la distancia de transmisión del haz es diferente), el plano focal del láser en el proceso de escaneo de enfoque anterior es una superficie curva hemisférica, como se muestra en la figura izquierda. El método de escaneo de enfoque posterior se muestra en la figura derecha, en el que la lente objetivo es una lente de campo plano. La lente de campo plano tiene un diseño óptico especial.
Mediante la corrección óptica, el plano focal hemisférico del haz láser se puede ajustar a un plano. El escaneo con enfoque posterior es adecuado principalmente para aplicaciones con altos requisitos de precisión de procesamiento y un rango de procesamiento pequeño, como el marcado láser, la soldadura láser de microestructuras, etc. A medida que aumenta el área de escaneo, también aumenta la apertura de la lente. Debido a limitaciones técnicas y de materiales, el precio de las lentes de gran apertura es muy elevado, por lo que esta solución no es viable. La combinación del sistema de escaneo de galvanómetro delante de la lente objetivo y un robot de seis ejes es una solución factible que puede reducir la dependencia del equipo de galvanómetro y puede tener un grado considerable de precisión del sistema y buena compatibilidad. Esta solución ha sido adoptada por la mayoría de los integradores, a menudo denominada soldadura en vuelo. La soldadura de la barra colectora del módulo, incluida la limpieza del poste, tiene aplicaciones en vuelo, lo que puede aumentar el formato de procesamiento de manera flexible y eficiente.
Tanto en el escaneo con enfoque frontal como en el de enfoque posterior, el enfoque del haz láser no se puede controlar para lograr un enfoque dinámico. En el modo de escaneo con enfoque frontal, cuando la pieza a procesar es pequeña, la lente de enfoque tiene un rango de profundidad focal determinado, lo que permite realizar escaneos con enfoque en formatos pequeños. Sin embargo, cuando el plano a escanear es grande, los puntos cercanos a la periferia quedan desenfocados y no se pueden enfocar en la superficie de la pieza a procesar, ya que superan los límites superior e inferior de la profundidad focal del láser. Por lo tanto, cuando se requiere que el haz láser esté bien enfocado en cualquier posición del plano de escaneo y el campo de visión es amplio, el uso de una lente de distancia focal fija no cumple con los requisitos de escaneo.
El sistema de enfoque dinámico es un sistema óptico cuya distancia focal puede modificarse según sea necesario. Por lo tanto, mediante el uso de una lente de enfoque dinámico para compensar la diferencia de trayectoria óptica, la lente cóncava (expansor de haz) se mueve linealmente a lo largo del eje óptico para controlar la posición de enfoque, logrando así una compensación dinámica de la diferencia de trayectoria óptica de la superficie a procesar en diferentes posiciones. En comparación con el galvanómetro 2D, la composición del galvanómetro 3D incorpora principalmente un "sistema óptico de eje Z", que permite al galvanómetro 3D cambiar libremente la posición de enfoque durante el proceso de soldadura y realizar soldaduras de superficies curvas espaciales, sin necesidad de ajustar la posición de enfoque de soldadura modificando la altura del soporte, como la máquina herramienta o el robot, como ocurre con el galvanómetro 2D.
El sistema de enfoque dinámico permite modificar la cantidad de desenfoque, cambiar el tamaño del punto, realizar el ajuste de enfoque en el eje Z y el procesamiento tridimensional.
La distancia de trabajo se define como la distancia desde el borde mecánico más frontal de la lente hasta el plano focal o plano de exploración del objetivo. Es importante no confundirla con la distancia focal efectiva (DFE) del objetivo. Esta se mide desde el plano principal, un plano hipotético en el que se supone que todo el sistema de lentes refracta la luz, hasta el plano focal del sistema óptico.
Fecha de publicación: 4 de junio de 2024
