ระบบเชื่อมด้วยหุ่นยนต์ – หัวเชื่อมแบบกัลวาโนมิเตอร์

หัวเชื่อมแบบปรับลำแสงใช้กลไกเป็นฐานรองรับ และเคลื่อนที่ไปมาผ่านกลไกนั้นเพื่อทำการเชื่อมชิ้นงานที่มีวิถีการเคลื่อนที่แตกต่างกัน ความแม่นยำในการเชื่อมขึ้นอยู่กับความแม่นยำของตัวขับเคลื่อน ดังนั้นจึงมีปัญหาต่างๆ เช่น ความแม่นยำต่ำ ความเร็วในการตอบสนองช้า และความเฉื่อยสูง ระบบสแกนด้วยกัลวาโนมิเตอร์ใช้มอเตอร์ในการเบี่ยงเบนเลนส์ มอเตอร์ทำงานด้วยกระแสไฟฟ้าที่กำหนด และมีข้อดีคือมีความแม่นยำสูง ความเฉื่อยต่ำ และการตอบสนองที่รวดเร็ว เมื่อลำแสงตกกระทบเลนส์กัลวาโนมิเตอร์ การเบี่ยงเบนของกัลวาโนมิเตอร์จะเปลี่ยนมุมสะท้อนของลำแสงเลเซอร์ ดังนั้นลำแสงเลเซอร์จึงสามารถสแกนวิถีการเคลื่อนที่ใดๆ ก็ได้ในขอบเขตการมองเห็นของระบบกัลวาโนมิเตอร์ หัวเชื่อมแนวตั้งที่ใช้ในระบบเชื่อมแบบหุ่นยนต์เป็นการประยุกต์ใช้หลักการนี้

ส่วนประกอบหลักของระบบสแกนแกลวาโนมิเตอร์ส่วนประกอบต่างๆ ได้แก่ ตัวขยายลำแสง เลนส์โฟกัส เครื่องวัดรังสีแกลวาโนมิเตอร์แบบสองแกน XY แผงควบคุม และระบบซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์หลัก เครื่องวัดรังสีแกลวาโนมิเตอร์แบบสแกนนั้นหมายถึงหัวสแกนแกลวาโนมิเตอร์ XY สองหัว ซึ่งขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์เซอร์โวแบบเคลื่อนที่ไปมาความเร็วสูง ระบบเซอร์โวแบบสองแกนจะขับเคลื่อนเครื่องวัดรังสีแกลวาโนมิเตอร์แบบสแกนสองแกน XY ให้เบี่ยงเบนไปตามแกน X และแกน Y ตามลำดับ โดยการส่งสัญญาณคำสั่งไปยังมอเตอร์เซอร์โวแกน X และ Y ด้วยวิธีนี้ ผ่านการเคลื่อนที่ร่วมกันของเลนส์กระจกแบบสองแกน XY ระบบควบคุมสามารถแปลงสัญญาณผ่านแผงเครื่องวัดรังสีแกลวาโนมิเตอร์ตามแม่แบบของกราฟิกที่ตั้งไว้ล่วงหน้าในซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์หลักและโหมดเส้นทางที่ตั้งไว้ และเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วบนระนาบของชิ้นงานเพื่อสร้างเส้นทางการสแกน

、

จากความสัมพันธ์เชิงตำแหน่งระหว่างเลนส์โฟกัสและแกลวาโนมิเตอร์เลเซอร์ โหมดการสแกนของแกลวาโนมิเตอร์สามารถแบ่งออกเป็น การสแกนโฟกัสด้านหน้า (ภาพซ้าย) และการสแกนโฟกัสด้านหลัง (ภาพขวา) เนื่องจากความแตกต่างของเส้นทางแสงเมื่อลำแสงเลเซอร์เบี่ยงเบนไปยังตำแหน่งต่างๆ (ระยะการส่งผ่านลำแสงแตกต่างกัน) ระนาบโฟกัสของเลเซอร์ในกระบวนการสแกนโฟกัสแบบแรกจึงเป็นพื้นผิวโค้งครึ่งทรงกลม ดังแสดงในภาพซ้าย วิธีการสแกนโฟกัสด้านหลังแสดงในภาพขวา ซึ่งเลนส์วัตถุเป็นเลนส์ระนาบ เลนส์ระนาบมีดีไซน์ทางแสงแบบพิเศษ

ระบบเชื่อมด้วยหุ่นยนต์

ด้วยการปรับแก้ทางแสง ระนาบโฟกัสครึ่งทรงกลมของลำแสงเลเซอร์สามารถปรับให้เป็นระนาบได้ การสแกนแบบโฟกัสย้อนกลับเหมาะสำหรับงานที่ต้องการความแม่นยำในการประมวลผลสูงและช่วงการประมวลผลขนาดเล็ก เช่น การทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์ การเชื่อมโครงสร้างจุลภาคด้วยเลเซอร์ เป็นต้น เมื่อพื้นที่การสแกนเพิ่มขึ้น รูรับแสงของเลนส์ก็จะเพิ่มขึ้นด้วย เนื่องจากข้อจำกัดทางเทคนิคและวัสดุ ราคาของเลนส์ที่มีรูรับแสงขนาดใหญ่จึงสูงมาก และวิธีนี้จึงไม่เป็นที่ยอมรับ การผสมผสานระบบสแกนแบบกัลวาโนมิเตอร์ไว้ด้านหน้าเลนส์วัตถุและหุ่นยนต์หกแกนเป็นวิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้ ซึ่งสามารถลดการพึ่งพาอุปกรณ์กัลวาโนมิเตอร์ และมีความแม่นยำของระบบและความเข้ากันได้ที่ดีในระดับหนึ่ง วิธีนี้ได้รับการนำไปใช้โดยผู้รวมระบบส่วนใหญ่ ซึ่งมักเรียกว่าการเชื่อมแบบบิน การเชื่อมโมดูลบัสบาร์ รวมถึงการทำความสะอาดขั้ว มีการใช้งานแบบบิน ซึ่งสามารถเพิ่มรูปแบบการประมวลผลได้อย่างยืดหยุ่นและมีประสิทธิภาพ

ไม่ว่าจะเป็นการสแกนแบบโฟกัสหน้าหรือแบบโฟกัสหลัง การโฟกัสของลำแสงเลเซอร์นั้นไม่สามารถควบคุมได้สำหรับการโฟกัสแบบไดนามิก สำหรับโหมดการสแกนแบบโฟกัสหน้า เมื่อชิ้นงานที่จะทำการประมวลผลมีขนาดเล็ก เลนส์โฟกัสจะมีช่วงความลึกโฟกัสที่จำกัด ดังนั้นจึงสามารถทำการสแกนแบบโฟกัสได้ในรูปแบบขนาดเล็ก อย่างไรก็ตาม เมื่อระนาบที่จะสแกนมีขนาดใหญ่ จุดที่อยู่ใกล้ขอบจะอยู่นอกโฟกัสและไม่สามารถโฟกัสบนพื้นผิวของชิ้นงานที่จะทำการประมวลผลได้ เนื่องจากเกินขีดจำกัดบนและล่างของความลึกโฟกัสของเลเซอร์ ดังนั้น เมื่อต้องการให้ลำแสงเลเซอร์โฟกัสได้ดีในทุกตำแหน่งบนระนาบการสแกนและมีขอบเขตการมองเห็นกว้าง การใช้เลนส์ที่มีความยาวโฟกัสคงที่จึงไม่สามารถตอบสนองความต้องการในการสแกนได้

ระบบโฟกัสแบบไดนามิกเป็นระบบออปติคอลที่สามารถเปลี่ยนระยะโฟกัสได้ตามต้องการ ดังนั้น การใช้เลนส์โฟกัสแบบไดนามิกเพื่อชดเชยความแตกต่างของเส้นทางแสง เลนส์เว้า (ตัวขยายลำแสง) จะเคลื่อนที่เชิงเส้นไปตามแกนออปติคอลเพื่อควบคุมตำแหน่งโฟกัส จึงทำให้เกิดการชดเชยแบบไดนามิกของความแตกต่างของเส้นทางแสงของพื้นผิวที่จะทำการประมวลผลในตำแหน่งต่างๆ เมื่อเปรียบเทียบกับกัลวาโนมิเตอร์ 2 มิติ องค์ประกอบของกัลวาโนมิเตอร์ 3 มิติ ส่วนใหญ่จะเพิ่ม "ระบบออปติคอลแกน Z" ซึ่งช่วยให้กัลวาโนมิเตอร์ 3 มิติสามารถเปลี่ยนตำแหน่งโฟกัสได้อย่างอิสระในระหว่างกระบวนการเชื่อม และทำการเชื่อมพื้นผิวโค้งในอวกาศได้โดยไม่จำเป็นต้องปรับตำแหน่งโฟกัสการเชื่อมโดยการเปลี่ยนความสูงของตัวพา เช่น เครื่องมือกลหรือหุ่นยนต์ เหมือนกับกัลวาโนมิเตอร์ 2 มิติ

ระบบโฟกัสแบบไดนามิกสามารถเปลี่ยนปริมาณการเบลอภาพ เปลี่ยนขนาดจุดโฟกัส ปรับโฟกัสตามแกน Z และประมวลผลภาพสามมิติได้

ระยะการทำงาน (Working distance) หมายถึงระยะห่างจากขอบกลไกด้านหน้าสุดของเลนส์ไปยังระนาบโฟกัสหรือระนาบการสแกนของเลนส์วัตถุ โปรดระวังอย่าสับสนกับความยาวโฟกัสประสิทธิผล (Effective focal length: EFL) ของเลนส์วัตถุ ซึ่งวัดจากระนาบหลัก (principal plane) ซึ่งเป็นระนาบสมมติที่ระบบเลนส์ทั้งหมดหักเหแสง ไปยังระนาบโฟกัสของระบบออปติคอล