激光振鏡焊接頭原理

發(fā)布日期:2024-04-02 15:38:11   瀏覽量 :450
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激光振鏡焊接頭

振鏡焊接頭的定義及組成:

準(zhǔn)直聚焦頭是采用機(jī)械裝置做為搭承平臺(tái),通過機(jī)械裝置來回移動(dòng)實(shí)現(xiàn)不同軌跡焊縫的焊接,焊接精度取決于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的精度,所以存在精度低、響應(yīng)速度慢、慣性大的問題,而振鏡掃描系統(tǒng)則通過電機(jī)帶著鏡片進(jìn)行偏轉(zhuǎn),電機(jī)由一定的電流進(jìn)行驅(qū)動(dòng),具有精度高、慣性小、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn),當(dāng)光束照射到振鏡鏡片上后,振鏡的偏轉(zhuǎn)改變激光束反射的角度,因此,通過振鏡系統(tǒng)激光束可以在掃描視場上進(jìn)行任意軌跡的掃描。

振鏡式掃描系統(tǒng)的主要組成部分為擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡、聚焦透鏡、XY 兩軸掃描振鏡、控制板卡以及上位機(jī)計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)。掃描振鏡主要指 XY 兩個(gè)振鏡掃描頭,其由高速往復(fù)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。雙軸伺服系統(tǒng)通過向 X、Y 兩軸伺服電機(jī)發(fā)送的命令信號(hào),驅(qū)動(dòng) XY 雙軸掃描振鏡分別沿 X 軸和 Y 軸偏轉(zhuǎn)。這樣通過 XY 兩軸鏡鏡頭的組合運(yùn)動(dòng),控制系統(tǒng)能根據(jù)上位機(jī)軟件預(yù)設(shè)圖形的模板,按照已設(shè)置的路徑方式,通過振鏡板卡將信號(hào)轉(zhuǎn)換,在工件平面上快速移動(dòng)形成掃描軌跡。


振鏡焊接頭的分類

1、前聚焦式掃描鏡頭

根據(jù)聚焦透鏡與激光振鏡之間的位置關(guān)系,可以把振鏡的掃描方式劃分為前聚焦式掃描(下圖1)和后聚式焦掃描(下圖2)。由于激光束偏擺到不同的位置時(shí)有光程差的存在(光束傳輸距離不一樣),造成以前聚焦方式掃描過程中的激光焦面為的一個(gè)半球曲面,如左圖所示 。后聚焦掃描方式如右圖所示,其中的物鏡為 F- ??平場鏡,F(xiàn)- ??平場鏡具有特殊的光學(xué)設(shè)計(jì),通過引入光學(xué)校正,可將激光束的半球形的焦面調(diào)整為平面。后聚焦方式掃描主要適用于對(duì)加工精度要求較高,加工范圍不大的應(yīng)用場合,如激光打標(biāo)、激光微結(jié)構(gòu)焊接等。 

2、后聚焦式掃描鏡頭

隨著掃描面積的增加,f-theta 鏡頭的口徑也隨之增加,由于技術(shù)和材料的限制,大口徑的 f-theta 鏡頭的價(jià)格十分昂貴,該方案也不被接受。物鏡前振鏡掃描系統(tǒng)配合六軸機(jī)器人是一種比較可行的方案,可以降低對(duì)振鏡設(shè)備依賴,且能兼?zhèn)湎喈?dāng)程度的系統(tǒng)精度,并且擁有良好的兼容性,該方案已被大部分集成商采用,即常說的飛行焊接。模組busbar的焊接,包括極柱清洗都有飛行應(yīng)用,可以靈活高效提高加工幅面。

3、3D振鏡

 不管是前聚焦式掃描還是后聚焦式掃描,均不能控制激光束焦點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)聚焦。對(duì)于前聚焦掃描模式,當(dāng)待加工工件較小時(shí),聚焦透鏡具有一定的焦深范圍,所以能進(jìn)行幅面不大的聚焦掃描。但是,在待掃描平面較大的情況下,靠近外圍的點(diǎn)位會(huì)發(fā)生離焦,不能聚焦在被加工工件的表面,因?yàn)樗隽思す饩劢沟纳疃确秶?。因此,?dāng)要求激光束在掃描平面的任意位置都能很好地聚焦,且視場較大時(shí),使用固定焦距透鏡就不能滿足掃描的要求了。動(dòng)態(tài)聚焦系統(tǒng)是一組焦距可以隨需要變化的光學(xué)系統(tǒng),因此,研究者提出使用動(dòng)態(tài)聚焦透鏡來補(bǔ)償光程差,通過凹透鏡(擴(kuò)束鏡)沿光軸方向做直線運(yùn)動(dòng),控制聚焦位置,實(shí)現(xiàn)了待加工表面對(duì)不同位置光程差的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。3D 振鏡組成相比于 2D 振鏡主要增加了“Z 軸光學(xué)系統(tǒng)”,使得 3D 振鏡在焊接過程中可以自由改變焦點(diǎn)位置,進(jìn)行空間曲面焊接,無需像 2D 振鏡通過改變載體如機(jī)床、機(jī)器人的高度來調(diào)節(jié)焊接焦點(diǎn)位置。


振鏡使用前常規(guī)測試

準(zhǔn)直聚焦問題補(bǔ)充

準(zhǔn)直聚焦如何選擇:

工作距離定義為從鏡頭最前面的機(jī)械邊緣到物鏡的焦平面或掃描平面的距離。請(qǐng)注意不要將其與物鏡的有效焦距 (EFL) 混淆。這是從主平面到光學(xué)系統(tǒng)的焦平面測量的,主平面是一個(gè)假設(shè)的平面,可以假設(shè)整個(gè)透鏡系統(tǒng)發(fā)生折射。

準(zhǔn)直聚焦選擇主要關(guān)注,加工幅面和安裝高度、還有振鏡數(shù)值孔徑(主要與激光器的發(fā)散角有關(guān),發(fā)散角太大不適合用振鏡)


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