Podrobný prehľad lietajúcich laserových zváracích hláv

Podrobný súhrnLietajúce laserové zváracie hlavy

Zahŕňa názvy komponentov, definície, princípy, konštrukčné parametre a výpočty vzorcov a je použiteľný prevysokorýchlostné skenovacie zváranie(ako napríklad galvanometrické systémy) alebo aplikácie diaľkového zvárania.

1. Zloženie a definícia laserových zváracích hláv typu Flying Welding

Zváranie s letmým pohybom (skenovacie laserové zváranie) realizuje dynamické zaostrovanie pomocou vysokorýchlostných galvanometrických odrážajúcich laserových lúčov a je vhodné pre veľkoplošné avysokorýchlostné zváranieJeho základné komponenty sú nasledovné:

1. Modul kolimácie lúčov

Kolimátor

Funkcia: Prevod divergentného laserového lúča (NA=0,1~0,22) z optického vlákna na paralelný lúč.

Kľúčové parametre: Ohnisková vzdialenosť fcoll, priemer kolimovaného lúča Dcoll.

Vzorec：

1.2 Galvanometrický skenovací systém

Galvo zrkadlá osi X/Y

Funkcia: Zmena smeru svetelného lúča pomocou vysokorýchlostných rotujúcich zrkadiel na dosiahnutie dvojrozmerného skenovania roviny.

Kľúčové parametre: Rýchlosť skenovania (zvyčajne ≥10 m/s), presnosť opakovaného polohovania (<±5 μrad), veľkosť zrkadla (musí pokryť priemer lúča Dcoll).

Galvanometrický motor: Servomotor alebo galvanometrický motor s dobou odozvy <1 ms.

1.3 Modul dynamického zaostrovania (šošovka F-Theta alebo galvanometer + šošovka s plochým poľom)

F-Theta šošovka

Funkcia: Prevod uhla vychýlenia galvanometra na lineárny posun v rovine, aby sa zachovala konzistencia zaostrenia.

Kľúčové vzorce:

2. Princíp fungovania

Dráha lúča: Laser → Kolimátor → X galvanometer → Y galvanometer → Šošovka F-Theta → Povrch obrobku.

Dynamické zaostrovanie:

Keď je uhol vychýlenia galvanometra θ, objektív F-Theta prevedie polohu zaostrenia (x, y) ako:

3. Kľúčové parametre návrhu a vzorce

3.1 Výpočet veľkosti bodu

Priemer zaostrenej škvrny d (difrakčný limit):

3.2 Rozsah skenovania a uhol galvanometra

Maximálny dosah skenovania L:

3.3 Rýchlosť a zrýchlenie zvárania

Lineárna rýchlosť v

3.4 Hĺbka ostrosti (DOF)

3.5 Hustota výkonu a energetický vstup

Hustota výkonu I:

Hustota energie E (pulzné zváranie):

4. Aberácie a optimalizačný návrh

4.1 Korekcia aberácie objektívu F-Theta

Skreslenie: Musí spĺňať r∝θ a nelineárne skreslenie by malo byť <0,1%.

Zakrivenie poľa: Navrhnite ploché pole pomocou skupín viacerých šošoviek.

4.2 Chyba synchronizácie galvanometra

Oneskorenie galvanometra X/Y by malo byť <1 μs, aby sa predišlo eliptickým škvrnám.

5. Príklad návrhového procesu

Vstupné požiadavky: Rozsah skenovania L, veľkosť bodu d, rýchlosť zvárania v. Vyberte šošovku F-Theta: Určte fθ podľa L=2fθtan(θmax).

Vypočítajte parametre galvanometra: Uhlová rýchlosť ω=v/fθ a overte výkon galvanometra.

Overenie kvality bodu: Optimalizácia aberácií skupiny šošoviek pomocou programu Zemax/OpticStudio.

6. Bezpečnostné opatrenia

Tepelný manažment: Galvanometre a šošovky potrebujú pri vysokom výkone (napríklad > 1 kW) vodné chladenie.

Ochrana pred kolíziou: Galvanometre potrebujú núdzové brzdenie, aby sa predišlo mechanickej kolízii.

Kalibrácia: Pravidelne kalibrujte koaxialitu optickej dráhy (odchýlka <0,05 mm).