O scanner a laser, também chamado de galvanômetro a laser, consiste em uma cabeça de varredura óptica XY, um amplificador de acionamento eletrônico e uma lente de reflexão óptica. O sinal fornecido pelo controlador do computador aciona a cabeça de varredura óptica através do circuito amplificador de acionamento, controlando assim a deflexão do feixe de laser no plano XY. Simplificando, o galvanômetro é um galvanômetro de varredura usado na indústria de lasers. Seu termo técnico é galvanômetro de varredura de alta velocidade ou sistema de varredura galvo. O galvanômetro também pode ser chamado de amperímetro. Seu princípio de funcionamento segue completamente o método de projeto de um amperímetro. A lente substitui a agulha e o sinal da sonda é substituído por um sinal CC controlado por computador de -5V a -5V ou de -10V a +10V, para realizar a ação predeterminada. Assim como o sistema de varredura com espelho rotativo, este sistema de controle típico usa um par de espelhos retráteis. A diferença é que o motor de passo que aciona este conjunto de lentes é substituído por um servomotor. Neste sistema de controle, utiliza-se um sensor de posição. A ideia de projeto com um circuito de realimentação negativa garante ainda mais a precisão do sistema, elevando a velocidade de varredura e a precisão de posicionamento repetido de todo o sistema a um novo patamar. A cabeça de marcação por varredura galvanométrica é composta principalmente por um espelho de varredura XY, uma lente de campo, um galvanômetro e um software de marcação controlado por computador. Os componentes ópticos correspondentes são selecionados de acordo com os diferentes comprimentos de onda do laser. As opções relacionadas também incluem expansores de feixe de laser, lasers, etc. No sistema de demonstração a laser, a forma de onda da varredura óptica é uma varredura vetorial, e a velocidade de varredura do sistema determina a estabilidade do padrão do laser. Nos últimos anos, foram desenvolvidos scanners de alta velocidade, com velocidades de varredura que chegam a 45.000 pontos/segundo, possibilitando a demonstração de animações a laser complexas.
5.1 Junta de soldagem galvanométrica a laser
5.1.1 Definição e composição da junta de soldagem galvanométrica:
A cabeça de colimação e focalização utiliza um dispositivo mecânico como plataforma de suporte. Esse dispositivo mecânico move-se para frente e para trás para realizar a soldagem de soldas com diferentes trajetórias. A precisão da soldagem depende da precisão do atuador, o que acarreta problemas como baixa precisão, baixa velocidade de resposta e grande inércia. O sistema de varredura galvanométrica utiliza um motor para movimentar a lente de deflexão. O motor é acionado por uma determinada corrente e apresenta as vantagens de alta precisão, baixa inércia e resposta rápida. Quando o feixe de laser incide sobre a lente galvanométrica, a deflexão desta altera o feixe. Portanto, o feixe de laser pode varrer qualquer trajetória no campo de visão através do sistema galvanométrico.
Os principais componentes do sistema de escaneamento galvanométrico são o colimador de expansão do feixe, a lente de focalização, o galvanômetro de escaneamento de dois eixos XY, a placa de controle e o software do computador host. O galvanômetro de escaneamento refere-se principalmente às duas cabeças de escaneamento galvanométricas XY, acionadas por servomotores alternativos de alta velocidade. O sistema servo de dois eixos aciona o galvanômetro de escaneamento de dois eixos XY para defletir ao longo dos eixos X e Y, respectivamente, enviando sinais de comando aos servomotores dos eixos X e Y. Dessa forma, através do movimento combinado das lentes espelhadas de dois eixos XY, o sistema de controle converte o sinal através da placa do galvanômetro de acordo com o modelo gráfico predefinido no software do computador host, seguindo o caminho definido, e move-se rapidamente sobre o plano da peça de trabalho para formar uma trajetória de escaneamento.
5.1.2 Classificação de juntas soldadas por galvanômetro:
1. Lente de varredura com foco frontal
De acordo com a relação posicional entre a lente de focalização e o galvanômetro a laser, o modo de varredura do galvanômetro pode ser dividido em varredura com foco frontal (Figura 1 abaixo) e varredura com foco traseiro (Figura 2 abaixo). Devido à existência de diferença no caminho óptico quando o feixe de laser é desviado para diferentes posições (a distância de transmissão do feixe é diferente), a superfície focal do laser durante o processo de varredura no modo de focalização anterior é uma superfície hemisférica, como mostrado na figura à esquerda. O método de varredura com pós-foco é mostrado na figura à direita. A lente objetiva é uma lente plana F. O espelho plano F possui um design óptico especial. Ao introduzir a correção óptica, a superfície focal hemisférica do feixe de laser pode ser ajustada para uma superfície plana. A varredura com pós-foco é adequada principalmente para aplicações que exigem alta precisão de processamento e uma pequena área de processamento, como marcação a laser, soldagem a laser de microestruturas, etc.
2.Lente de varredura com foco traseiro
À medida que a área de escaneamento aumenta, a abertura da lente f-theta também aumenta. Devido a limitações técnicas e de materiais, lentes f-theta de grande abertura são muito caras, o que torna essa solução inviável. O sistema de escaneamento com galvanômetro frontal na lente objetiva, combinado com um robô de seis eixos, é uma solução relativamente viável, que reduz a dependência de equipamentos galvanométricos, oferece um grau considerável de precisão do sistema e possui boa compatibilidade. Essa solução tem sido adotada pela maioria dos integradores, sendo frequentemente chamada de soldagem em voo. A soldagem de barramentos modulares, incluindo a limpeza de polos, possui aplicações em voo, o que permite aumentar a largura de processamento de forma flexível e eficiente.
Galvanômetro 3.3D:
Independentemente de ser uma varredura com foco frontal ou traseiro, o foco do feixe de laser não pode ser controlado para foco dinâmico. No modo de varredura com foco frontal, quando a peça a ser processada é pequena, a lente de foco possui uma determinada faixa de profundidade focal, permitindo realizar a varredura focada em um formato reduzido. No entanto, quando o plano a ser escaneado é grande, os pontos próximos à periferia ficam desfocados e não podem ser focados na superfície da peça a ser processada, pois excedem a faixa de profundidade do foco do laser. Portanto, quando é necessário que o feixe de laser esteja bem focado em qualquer posição no plano de varredura e o campo de visão é amplo, o uso de uma lente de distância focal fixa não atende aos requisitos de varredura. O sistema de foco dinâmico é um conjunto de sistemas ópticos cuja distância focal pode ser alterada conforme a necessidade. Assim, os pesquisadores propõem o uso de uma lente de foco dinâmico para compensar a diferença de caminho óptico e o uso de uma lente côncava (expansor de feixe) que se move linearmente ao longo do eixo óptico para controlar a posição do foco e obter a superfície a ser processada de forma dinâmica, compensando a diferença de caminho óptico em diferentes posições. Em comparação com o galvanômetro 2D, o galvanômetro 3D incorpora principalmente um "sistema óptico de eixo Z", permitindo que ele altere livremente a posição do foco durante o processo de soldagem e realize soldagem de superfícies curvas, sem a necessidade de trocar o equipamento de suporte, como uma máquina-ferramenta, etc., como ocorre com o galvanômetro 2D. A altura do robô é utilizada para ajustar a posição do foco de soldagem.
Data da publicação: 23 de maio de 2024
