สรุปรายละเอียดเกี่ยวกับหัวเชื่อมเลเซอร์แบบบินได้

สรุปโดยละเอียดของหัวเชื่อมเลเซอร์แบบบินได้

เนื้อหาครอบคลุมชื่อส่วนประกอบ คำจำกัดความ หลักการ พารามิเตอร์การออกแบบ และการคำนวณสูตร และสามารถนำไปใช้ได้กับการเชื่อมแบบสแกนความเร็วสูง(เช่น ระบบกัลวาโนมิเตอร์) หรือการใช้งานเชื่อมโลหะระยะไกล

1. ส่วนประกอบและคำจำกัดความของหัวเชื่อมเลเซอร์แบบบินได้

การเชื่อมแบบบิน (การเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบสแกน) ใช้การโฟกัสแบบไดนามิกผ่านลำแสงเลเซอร์สะท้อนแสงความเร็วสูง และเหมาะสำหรับพื้นที่ขนาดใหญ่และการเชื่อมความเร็วสูงส่วนประกอบหลักมีดังต่อไปนี้:

1. โมดูลปรับลำแสงให้ขนานกัน

เครื่องปรับแนวลำแสง

หน้าที่: แปลงลำแสงเลเซอร์แบบกระจาย (NA=0.1~0.22) ที่ออกมาจากใยแก้วนำแสงให้เป็นลำแสงขนาน

พารามิเตอร์หลัก: ความยาวโฟกัส fcoll, เส้นผ่านศูนย์กลางลำแสงขนาน Dcoll

สูตร:

1.2 ระบบสแกนด้วยกัลวาโนมิเตอร์

กระจกกาลโวแกน X/Y

ฟังก์ชัน: เปลี่ยนทิศทางของลำแสงผ่านกระจกหมุนความเร็วสูง เพื่อให้ได้การสแกนระนาบสองมิติ

พารามิเตอร์สำคัญ: ความเร็วในการสแกน (โดยปกติ ≥10 ม./วินาที), ความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งซ้ำ (<±5 μrad), ขนาดกระจก (ต้องครอบคลุมเส้นผ่านศูนย์กลางลำแสง Dcoll)

มอเตอร์แบบกัลวาโนมิเตอร์: มอเตอร์เซอร์โวหรือมอเตอร์แบบกัลวาโนมิเตอร์ที่มีเวลาตอบสนอง <1 มิลลิวินาที

1.3 โมดูลปรับโฟกัสแบบไดนามิก (เลนส์ F-Theta หรือ กัลวาโนมิเตอร์ + เลนส์ปรับระนาบ)

เลนส์เอฟ-ธีตา

หน้าที่: แปลงมุมเบี่ยงเบนของแกลวาโนมิเตอร์ให้เป็นการเคลื่อนที่เชิงเส้นบนระนาบ เพื่อรักษาระดับความคมชัดให้คงที่

สูตรสำคัญ:

2. หลักการทำงาน

เส้นทางลำแสง: เลเซอร์ → ตัวปรับลำแสง → แกลวาโนมิเตอร์แกน X → แกลวาโนมิเตอร์แกน Y → เลนส์ F-Theta → พื้นผิวชิ้นงาน

การโฟกัสแบบไดนามิก:

เมื่อมุมเบี่ยงเบนของแกลวาโนมิเตอร์เป็น θ ตำแหน่งโฟกัส (x, y) จะถูกแปลงโดยเลนส์ F-Theta ดังนี้:

3. พารามิเตอร์การออกแบบหลักและสูตรต่างๆ

3.1 การคำนวณขนาดจุด

เส้นผ่านศูนย์กลางจุดโฟกัส d (ขีดจำกัดการเลี้ยวเบน):

3.2 ช่วงการสแกนและมุมของกัลวาโนมิเตอร์

ระยะการสแกนสูงสุด L:

3.3 ความเร็วและอัตราเร่งในการเชื่อม

ความเร็วเชิงเส้น v

3.4 ความชัดลึก (DOF)

3.5 ความหนาแน่นของกำลังไฟฟ้าและการป้อนพลังงาน

ความหนาแน่นของพลังงาน I:

ความหนาแน่นของพลังงาน E (การเชื่อมแบบพัลส์):

4. ความผิดปกติและการออกแบบเพื่อการปรับให้เหมาะสม

4.1 การแก้ไขความคลาดเคลื่อนของเลนส์ F-Theta

ความผิดเพี้ยน: ต้องเป็นไปตามเงื่อนไข r∝θ และความผิดเพี้ยนแบบไม่เชิงเส้นควรน้อยกว่า 0.1%

ความโค้งของภาพ: ออกแบบระนาบภาพให้เรียบโดยใช้กลุ่มเลนส์หลายตัว

4.2 ข้อผิดพลาดในการซิงโครไนซ์ของกัลวาโนมิเตอร์

ค่าหน่วงเวลาของแกลวาโนมิเตอร์ X/Y ควรน้อยกว่า 1 ไมโครวินาที เพื่อหลีกเลี่ยงจุดรูปวงรี

5. ตัวอย่างกระบวนการออกแบบ

ข้อกำหนดในการป้อนข้อมูล: ระยะการสแกน L, ขนาดจุด d, ความเร็วในการเชื่อม v เลือกเลนส์ F-Theta: กำหนดค่า fθ ตามสูตร L=2fθtan(θmax)

คำนวณพารามิเตอร์ของแกลวาโนมิเตอร์: ความเร็วเชิงมุม ω=v/fθ และตรวจสอบประสิทธิภาพการทำงานของแกลวาโนมิเตอร์

ตรวจสอบคุณภาพเฉพาะจุด: ปรับแก้ความคลาดเคลื่อนของกลุ่มเลนส์ผ่าน Zemax/OpticStudio

6. ข้อควรระวัง

การจัดการความร้อน: เครื่องวัดกระแสไฟฟ้าและเลนส์จำเป็นต้องใช้ระบบระบายความร้อนด้วยน้ำเมื่อใช้กำลังไฟสูง (เช่น มากกว่า 1 กิโลวัตต์)

ระบบป้องกันการชน: เครื่องวัดกระแสไฟฟ้าจำเป็นต้องมีระบบเบรกฉุกเฉินเพื่อหลีกเลี่ยงการชนกันทางกลไก

การสอบเทียบ: ควรสอบเทียบความตรงของแกนแสงอย่างสม่ำเสมอ (ค่าเบี่ยงเบน <0.05 มม.)