ระบบเชื่อมด้วยหุ่นยนต์ – หัวเชื่อมกัลวาโนมิเตอร์

หัวโฟกัสแบบคอลลิเมตติ้งใช้อุปกรณ์กลไกเป็นฐานรองรับ และเลื่อนไปมาผ่านอุปกรณ์กลไกเพื่อให้เกิดการเชื่อมรอยเชื่อมที่มีวิถีที่แตกต่างกัน ความแม่นยำในการเชื่อมขึ้นอยู่กับความแม่นยำของแอคชูเอเตอร์ ดังนั้นจึงมีปัญหา เช่น ความแม่นยำต่ำ ความเร็วในการตอบสนองช้า และความเฉื่อยขนาดใหญ่ ระบบสแกนกัลวาโนมิเตอร์ใช้มอเตอร์เพื่อเบี่ยงเบนเลนส์ มอเตอร์ขับเคลื่อนด้วยกระแสไฟฟ้าจำนวนหนึ่งและมีข้อดีคือมีความแม่นยำสูง ความเฉื่อยต่ำ และการตอบสนองที่รวดเร็ว เมื่อลำแสงถูกฉายรังสีบนเลนส์กัลวาโนมิเตอร์ การโก่งตัวของกัลวาโนมิเตอร์จะเปลี่ยนมุมการสะท้อนของลำแสงเลเซอร์ ดังนั้นลำแสงเลเซอร์จึงสามารถสแกนวิถีใดๆ ในขอบเขตการมองเห็นการสแกนผ่านระบบกัลวาโนมิเตอร์ หัวแนวตั้งที่ใช้ในระบบการเชื่อมด้วยหุ่นยนต์เป็นการใช้งานตามหลักการนี้

ส่วนประกอบหลักของระบบสแกนกัลวาโนมิเตอร์ได้แก่คอลลิเมเตอร์ขยายลำแสง, เลนส์โฟกัส, กัลวาโนมิเตอร์สแกนสองแกน XY, แผงควบคุม และระบบซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์โฮสต์ กัลวาโนมิเตอร์การสแกนส่วนใหญ่หมายถึงหัวสแกนกัลวาโนมิเตอร์ XY สองตัว ซึ่งขับเคลื่อนด้วยเซอร์โวมอเตอร์แบบลูกสูบความเร็วสูง ระบบเซอร์โวแบบสองแกนจะขับเคลื่อนกัลวาโนมิเตอร์การสแกนแบบสองแกน XY เพื่อเบี่ยงเบนไปตามแกน X และแกน Y ตามลำดับ โดยการส่งสัญญาณคำสั่งไปยังเซอร์โวมอเตอร์แกน X และ Y ด้วยวิธีนี้ ด้วยการเคลื่อนไหวรวมกันของเลนส์กระจกสองแกน XY ระบบควบคุมสามารถแปลงสัญญาณผ่านบอร์ดกัลวาโนมิเตอร์ตามเทมเพลตของกราฟิกที่ตั้งไว้ล่วงหน้าของซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์โฮสต์และโหมดเส้นทางที่ตั้งไว้ และเคลื่อนที่อย่างรวดเร็ว บนระนาบของชิ้นงานเพื่อสร้างวิถีการสแกน

-

ตามความสัมพันธ์ของตำแหน่งระหว่างเลนส์โฟกัสและกัลวาโนมิเตอร์แบบเลเซอร์ โหมดการสแกนของกัลวาโนมิเตอร์สามารถแบ่งออกเป็นการสแกนแบบโฟกัสด้านหน้า (ภาพซ้าย) และการสแกนแบบโฟกัสด้านหลัง (ภาพขวา) เนื่องจากมีความแตกต่างของเส้นทางแสงเมื่อลำแสงเลเซอร์เบี่ยงเบนไปยังตำแหน่งที่แตกต่างกัน (ระยะการส่งผ่านลำแสงแตกต่างกัน) ระนาบโฟกัสเลเซอร์ในกระบวนการสแกนการโฟกัสครั้งก่อนจึงเป็นพื้นผิวโค้งครึ่งทรงกลม ดังแสดงในรูปด้านซ้าย วิธีการสแกนแบ็คโฟกัสจะแสดงในรูปด้านขวา ซึ่งเลนส์ใกล้วัตถุจะเป็นเลนส์สนามแบน เลนส์สนามแบนมีการออกแบบด้านการมองเห็นแบบพิเศษ

ระบบเชื่อมหุ่นยนต์

ด้วยการใช้การแก้ไขด้วยแสง ทำให้สามารถปรับระนาบโฟกัสครึ่งทรงกลมของลำแสงเลเซอร์ให้เป็นระนาบได้ การสแกนแบบโฟกัสด้านหลังส่วนใหญ่เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการความแม่นยำในการประมวลผลสูงและช่วงการประมวลผลน้อย เช่น การมาร์กด้วยเลเซอร์ การเชื่อมด้วยเลเซอร์โครงสร้างจุลภาค เป็นต้น เมื่อพื้นที่การสแกนเพิ่มขึ้น รูรับแสงของเลนส์ก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน เนื่องจากข้อจำกัดด้านเทคนิคและวัสดุ ราคาของเฟลนส์รูรับแสงขนาดใหญ่จึงมีราคาแพงมาก และไม่ยอมรับวิธีแก้ปัญหานี้ การผสมผสานระหว่างระบบสแกนกัลวาโนมิเตอร์ที่ด้านหน้าเลนส์ใกล้วัตถุและหุ่นยนต์หกแกนเป็นโซลูชันที่เป็นไปได้ซึ่งสามารถลดการพึ่งพาอุปกรณ์กัลวาโนมิเตอร์ และอาจมีความแม่นยำของระบบในระดับมากและความเข้ากันได้ดี ผู้ประกอบระบบส่วนใหญ่นำแนวทางนี้ไปใช้ ซึ่งมักเรียกว่าการเชื่อมแบบบิน การเชื่อมบัสบาร์ของโมดูล รวมถึงการทำความสะอาดเสา มีการใช้งานแบบลอย ซึ่งสามารถเพิ่มรูปแบบการประมวลผลได้อย่างยืดหยุ่นและมีประสิทธิภาพ

ไม่ว่าจะเป็นการสแกนโฟกัสด้านหน้าหรือการสแกนด้วยโฟกัสด้านหลัง ไม่สามารถควบคุมโฟกัสของลำแสงเลเซอร์สำหรับการโฟกัสแบบไดนามิกได้ สำหรับโหมดการสแกนโฟกัสด้านหน้า เมื่อชิ้นงานที่จะประมวลผลมีขนาดเล็ก เลนส์โฟกัสจะมีช่วงความลึกโฟกัสที่แน่นอน ดังนั้นจึงสามารถทำการสแกนโฟกัสด้วยรูปแบบขนาดเล็กได้ อย่างไรก็ตาม เมื่อระนาบที่จะสแกนมีขนาดใหญ่ จุดที่อยู่ใกล้ขอบจะไม่อยู่ในโฟกัสและไม่สามารถโฟกัสไปที่พื้นผิวของชิ้นงานที่จะประมวลผลได้ เนื่องจากเกินขีดจำกัดบนและล่างของความลึกโฟกัสของเลเซอร์ ดังนั้น เมื่อจำเป็นต้องโฟกัสลำแสงเลเซอร์อย่างดีที่ตำแหน่งใดๆ บนระนาบการสแกนและขอบเขตการมองเห็นกว้าง การใช้เลนส์ทางยาวโฟกัสคงที่จึงไม่สามารถตอบสนองข้อกำหนดในการสแกนได้

ระบบโฟกัสแบบไดนามิกคือระบบออพติคอลที่สามารถเปลี่ยนความยาวโฟกัสได้ตามต้องการ ดังนั้น ด้วยการใช้เลนส์โฟกัสแบบไดนามิกเพื่อชดเชยความแตกต่างของเส้นทางแสง เลนส์เว้า (ตัวขยายลำแสง) จะเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงไปตามแกนแสงเพื่อควบคุมตำแหน่งโฟกัส จึงได้รับการชดเชยแบบไดนามิกของความแตกต่างของเส้นทางแสงของพื้นผิวที่จะประมวลผล ในตำแหน่งที่แตกต่างกัน เมื่อเปรียบเทียบกับกัลวาโนมิเตอร์ 2 มิติ ส่วนประกอบกัลวาโนมิเตอร์ 3 มิติจะเพิ่ม "ระบบออปติคอลแกน Z" เป็นหลัก ซึ่งช่วยให้กัลวาโนมิเตอร์ 3 มิติเปลี่ยนตำแหน่งโฟกัสได้อย่างอิสระในระหว่างกระบวนการเชื่อม และทำการเชื่อมพื้นผิวโค้งเชิงพื้นที่ โดยไม่จำเป็นต้องปรับการเชื่อม ตำแหน่งโฟกัสโดยการเปลี่ยนความสูงของตัวพา เช่น เครื่องมือกล หรือหุ่นยนต์ เช่น กัลวาโนมิเตอร์ 2 มิติ

ระบบโฟกัสแบบไดนามิกสามารถเปลี่ยนระยะพร่ามัว เปลี่ยนขนาดจุด ปรับโฟกัสแกน Z และการประมวลผลสามมิติ

ระยะการทำงานหมายถึงระยะห่างจากขอบกลไกด้านหน้าสุดของเลนส์ถึงระนาบโฟกัสหรือระนาบสแกนของวัตถุ ระวังอย่าสับสนกับความยาวโฟกัสประสิทธิผล (EFL) ของวัตถุ สิ่งนี้วัดจากระนาบหลัก ซึ่งเป็นระนาบสมมุติที่ถือว่าระบบเลนส์ทั้งหมดหักเห จนถึงระนาบโฟกัสของระบบออพติคอล