Máy quét laser, còn được gọi là điện kế laser, bao gồm đầu quét quang học XY, bộ khuếch đại điều khiển điện tử và thấu kính phản xạ quang học. Tín hiệu do bộ điều khiển máy tính cung cấp sẽ điều khiển đầu quét quang học thông qua mạch khuếch đại điều khiển, từ đó điều khiển độ lệch của chùm tia laser trong mặt phẳng XY. Nói một cách đơn giản, điện kế là một điện kế quét được sử dụng trong ngành công nghiệp laser. Thuật ngữ chuyên ngành của nó được gọi là hệ thống quét điện kế tốc độ cao Galvo. Cái gọi là điện kế cũng có thể được gọi là ampe kế. Ý tưởng thiết kế của nó hoàn toàn tuân theo phương pháp thiết kế của ampe kế. Thấu kính thay thế kim chỉ thị, và tín hiệu của đầu dò được thay thế bằng tín hiệu DC -5V hoặc -10V hoặc +10V do máy tính điều khiển, để hoàn thành hành động đã được xác định trước. Giống như hệ thống quét gương quay, hệ thống điều khiển điển hình này sử dụng một cặp gương thu vào. Sự khác biệt là động cơ bước điều khiển bộ thấu kính này được thay thế bằng động cơ servo. Trong hệ thống điều khiển này, cảm biến vị trí được sử dụng. Ý tưởng thiết kế vòng phản hồi âm giúp đảm bảo độ chính xác của hệ thống, đồng thời tốc độ quét và độ chính xác định vị lặp lại của toàn hệ thống đạt đến một cấp độ mới. Đầu khắc quét điện kế chủ yếu bao gồm gương quét XY, thấu kính trường, điện kế và phần mềm khắc điều khiển bằng máy tính. Chọn các thành phần quang học tương ứng theo các bước sóng laser khác nhau. Các tùy chọn liên quan cũng bao gồm bộ mở rộng chùm tia laser, laser, v.v. Trong hệ thống trình diễn laser, dạng sóng quét quang học là quét vectơ, và tốc độ quét của hệ thống quyết định độ ổn định của mẫu laser. Trong những năm gần đây, các máy quét tốc độ cao đã được phát triển, với tốc độ quét đạt tới 45.000 điểm/giây, cho phép trình diễn các hình ảnh động laser phức tạp.
5.1 Mối hàn điện kế laser
5.1.1 Định nghĩa và thành phần của mối hàn điện kế:
Đầu hội tụ định hướng sử dụng một thiết bị cơ khí làm bệ đỡ. Thiết bị cơ khí này di chuyển qua lại để thực hiện hàn các mối hàn theo các quỹ đạo khác nhau. Độ chính xác của mối hàn phụ thuộc vào độ chính xác của bộ truyền động, do đó có các vấn đề như độ chính xác thấp, tốc độ phản hồi chậm và quán tính lớn. Hệ thống quét điện kế sử dụng một động cơ để mang thấu kính làm lệch hướng. Động cơ được dẫn động bởi một dòng điện nhất định và có ưu điểm là độ chính xác cao, quán tính nhỏ và phản hồi nhanh. Khi chùm tia được chiếu vào thấu kính điện kế, sự lệch hướng của điện kế sẽ làm thay đổi chùm tia laser. Do đó, chùm tia laser có thể quét bất kỳ quỹ đạo nào trong trường nhìn quét thông qua hệ thống điện kế.
Các thành phần chính của hệ thống quét điện kế bao gồm bộ chuẩn trực mở rộng chùm tia, thấu kính hội tụ, điện kế quét hai trục XY, bảng điều khiển và hệ thống phần mềm máy tính chủ. Điện kế quét chủ yếu đề cập đến hai đầu quét điện kế XY, được điều khiển bởi các động cơ servo chuyển động tịnh tiến tốc độ cao. Hệ thống servo hai trục điều khiển điện kế quét hai trục XY lệch dọc theo trục X và trục Y tương ứng bằng cách gửi tín hiệu điều khiển đến các động cơ servo trục X và trục Y. Bằng cách này, thông qua chuyển động kết hợp của thấu kính gương hai trục XY, hệ thống điều khiển có thể chuyển đổi tín hiệu thông qua bảng điện kế theo mẫu đồ họa được thiết lập sẵn của phần mềm máy tính chủ theo đường dẫn đã thiết lập, và nhanh chóng di chuyển trên mặt phẳng phôi để tạo thành quỹ đạo quét.
5.1.2 Phân loại các mối hàn điện kế:
1. Thấu kính quét lấy nét phía trước
Theo mối quan hệ vị trí giữa thấu kính hội tụ và gương điện kế laser, chế độ quét của gương điện kế có thể được chia thành quét hội tụ phía trước (Hình 1 bên dưới) và quét hội tụ phía sau (Hình 2 bên dưới). Do sự tồn tại của sự khác biệt về đường đi quang học khi chùm tia laser bị lệch đến các vị trí khác nhau (khoảng cách truyền tia khác nhau), bề mặt tiêu điểm laser trong quá trình quét ở chế độ hội tụ trước đó là một bề mặt bán cầu, như thể hiện trong hình bên trái. Phương pháp quét sau hội tụ được thể hiện trong hình bên phải. Thấu kính mục tiêu là thấu kính phẳng F. Gương phẳng F có thiết kế quang học đặc biệt. Bằng cách đưa vào hiệu chỉnh quang học, bề mặt tiêu điểm bán cầu của chùm tia laser có thể được điều chỉnh thành bề mặt phẳng. Quét sau hội tụ chủ yếu phù hợp với các ứng dụng yêu cầu độ chính xác gia công cao và phạm vi gia công nhỏ, chẳng hạn như khắc laser, hàn vi cấu trúc laser, v.v.
2.Ống kính quét lấy nét phía sau
Khi diện tích quét tăng lên, khẩu độ của thấu kính f-theta cũng tăng theo. Do những hạn chế về kỹ thuật và vật liệu, thấu kính f-theta khẩu độ lớn rất đắt tiền và giải pháp này không được chấp nhận. Hệ thống quét gương điện kế phía trước kết hợp với robot sáu trục là một giải pháp tương đối khả thi, có thể giảm sự phụ thuộc vào thiết bị gương điện kế, có độ chính xác hệ thống đáng kể và khả năng tương thích tốt. Giải pháp này đã được hầu hết các nhà tích hợp áp dụng. Việc áp dụng này thường được gọi là hàn trên không. Hàn thanh dẫn mô-đun, bao gồm cả làm sạch cực, có ứng dụng trong hàng không vũ trụ, có thể tăng chiều rộng xử lý một cách linh hoạt và hiệu quả.
3.3 Điện kế 3D:
Cho dù là quét lấy nét phía trước hay phía sau, tiêu điểm của chùm tia laser không thể được điều khiển để lấy nét động. Đối với chế độ quét lấy nét phía trước, khi phôi cần gia công nhỏ, thấu kính hội tụ có một phạm vi độ sâu tiêu cự nhất định, do đó nó có thể thực hiện quét lấy nét với định dạng nhỏ. Tuy nhiên, khi mặt phẳng cần quét lớn, các điểm gần rìa sẽ bị mất nét và không thể được hội tụ trên bề mặt của phôi cần gia công vì nó vượt quá phạm vi độ sâu tiêu cự của laser. Do đó, khi cần phải hội tụ tốt chùm tia laser tại bất kỳ vị trí nào trên mặt phẳng quét và trường nhìn lớn, việc sử dụng thấu kính có tiêu cự cố định không thể đáp ứng được yêu cầu quét. Hệ thống lấy nét động là một tập hợp các hệ thống quang học có tiêu cự có thể thay đổi khi cần thiết. Vì vậy, các nhà nghiên cứu đề xuất sử dụng thấu kính hội tụ động để bù lại sự khác biệt về đường đi quang học, và sử dụng thấu kính lõm (bộ mở rộng chùm tia) để di chuyển tuyến tính dọc theo trục quang học nhằm điều khiển vị trí tiêu điểm và đạt được việc bù động sự khác biệt về đường đi quang học trên bề mặt cần gia công tại các vị trí khác nhau. So với gương điện kế 2D, cấu tạo của gương điện kế 3D chủ yếu bổ sung thêm “hệ thống quang học trục Z”, cho phép gương điện kế 3D tự do thay đổi vị trí tiêu điểm trong quá trình hàn và thực hiện hàn bề mặt cong trong không gian mà không cần thay đổi giá đỡ như máy công cụ, v.v. như gương điện kế 2D. Chiều cao của robot được sử dụng để điều chỉnh vị trí tiêu điểm hàn.
Thời gian đăng bài: 23 tháng 5 năm 2024
