激光振鏡焊接頭原理

發布日期:2024-04-02 15:38:11   瀏覽量 :143
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激光振鏡焊接頭

振鏡焊接頭的定義及組成:

準直聚焦頭是采用機械裝置做為搭承平臺,通過機械裝置來回移動實現不同軌跡焊縫的焊接,焊接精度取決于執行機構的精度,所以存在精度低、響應速度慢、慣性大的問題,而振鏡掃描系統則通過電機帶著鏡片進行偏轉,電機由一定的電流進行驅動,具有精度高、慣性小、響應快等優點,當光束照射到振鏡鏡片上后,振鏡的偏轉改變激光束反射的角度,因此,通過振鏡系統激光束可以在掃描視場上進行任意軌跡的掃描。

振鏡式掃描系統的主要組成部分為擴束準直鏡、聚焦透鏡、XY 兩軸掃描振鏡、控制板卡以及上位機計算機軟件系統。掃描振鏡主要指 XY 兩個振鏡掃描頭,其由高速往復伺服電機驅動。雙軸伺服系統通過向 X、Y 兩軸伺服電機發送的命令信號,驅動 XY 雙軸掃描振鏡分別沿 X 軸和 Y 軸偏轉。這樣通過 XY 兩軸鏡鏡頭的組合運動,控制系統能根據上位機軟件預設圖形的模板,按照已設置的路徑方式,通過振鏡板卡將信號轉換,在工件平面上快速移動形成掃描軌跡。


振鏡焊接頭的分類

1、前聚焦式掃描鏡頭

根據聚焦透鏡與激光振鏡之間的位置關系,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- ??平場鏡具有特殊的光學設計,通過引入光學校正,可將激光束的半球形的焦面調整為平面。后聚焦方式掃描主要適用于對加工精度要求較高,加工范圍不大的應用場合,如激光打標、激光微結構焊接等。 

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,由于技術和材料的限制,大口徑的 f-theta 鏡頭的價格十分昂貴,該方案也不被接受。物鏡前振鏡掃描系統配合六軸機器人是一種比較可行的方案,可以降低對振鏡設備依賴,且能兼備相當程度的系統精度,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進行動態聚焦。對于前聚焦掃描模式,當待加工工件較小時,聚焦透鏡具有一定的焦深范圍,所以能進行幅面不大的聚焦掃描。但是,在待掃描平面較大的情況下,靠近外圍的點位會發生離焦,不能聚焦在被加工工件的表面,因為它超出了激光聚焦的深度范圍。因此,當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,使用固定焦距透鏡就不能滿足掃描的要求了。動態聚焦系統是一組焦距可以隨需要變化的光學系統,因此,研究者提出使用動態聚焦透鏡來補償光程差,通過凹透鏡(擴束鏡)沿光軸方向做直線運動,控制聚焦位置,實現了待加工表面對不同位置光程差的動態補償。3D 振鏡組成相比于 2D 振鏡主要增加了“Z 軸光學系統”,使得 3D 振鏡在焊接過程中可以自由改變焦點位置,進行空間曲面焊接,無需像 2D 振鏡通過改變載體如機床、機器人的高度來調節焊接焦點位置。


振鏡使用前常規測試

準直聚焦問題補充

準直聚焦如何選擇:

工作距離定義為從鏡頭最前面的機械邊緣到物鏡的焦平面或掃描平面的距離。請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系統的焦平面測量的,主平面是一個假設的平面,可以假設整個透鏡系統發生折射。

準直聚焦選擇主要關注,加工幅面和安裝高度、還有振鏡數值孔徑(主要與激光器的發散角有關,發散角太大不適合用振鏡)


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