상세 요약플라잉 레이저 용접 헤드
이 문서에서는 구성 요소 이름, 정의, 원리, 설계 매개변수 및 공식 계산을 다루며 다음과 같은 분야에 적용 가능합니다.고속 스캐닝 용접(예: 검류계 시스템) 또는 원격 용접 응용 분야.
1. 플라잉 용접 레이저 용접 헤드의 구성 및 정의
플라잉 용접(스캐닝 레이저 용접)은 고속 갈바노미터 반사 레이저 빔을 통해 동적 초점 조절을 구현하며, 넓은 면적에 적합합니다.고속 용접핵심 구성 요소는 다음과 같습니다.
1. 빔 콜리메이션 모듈
콜리메이터
기능: 광섬유에서 출력되는 발산형 레이저(NA=0.1~0.22)를 평행 빔으로 변환합니다.
주요 매개변수: 초점 거리 fcoll, 평행광선 직경 Dcoll.
공식:
1.2 검류계 스캐닝 시스템
X/Y축 갈보 미러
기능: 고속 회전 거울을 통해 광선의 방향을 변경하여 2차원 평면 스캐닝을 구현합니다.
주요 매개변수: 스캔 속도(일반적으로 ≥10m/s), 반복 위치 정확도(<±5μrad), 미러 크기(빔 직경 Dcoll을 덮어야 함).
검류계 모터: 응답 시간이 1ms 미만인 서보 모터 또는 검류계 모터.
1.3 동적 초점 조절 모듈 (F-세타 렌즈 또는 갈바노미터 + 평면 초점 렌즈)
F-세타 렌즈
기능: 검류계의 편향각을 평면상의 선형 변위로 변환하여 초점 일관성을 유지합니다.
주요 공식:
2. 작동 원리
빔 경로: 레이저 → 콜리메이터 → X축 검류계 → Y축 검류계 → F-세타 렌즈 → 가공물 표면.
동적 초점 맞추기:
검류계 편향각이 θ일 때, F-Theta 렌즈를 통해 초점 위치(x, y)는 다음과 같이 변환됩니다.
3. 주요 설계 매개변수 및 공식
3.1 스팟 크기 계산
초점 직경 d (회절 한계):
3.2 스캔 범위 및 검류계 각도
최대 스캔 범위 L:
3.3 용접 속도 및 가속도
선속도 v
3.4 초점 심도(DOF)
3.5 전력 밀도 및 에너지 입력
전력 밀도 I:
에너지 밀도 E (펄스 용접):
4. 이상 현상 및 최적화 설계
4.1 F-세타 렌즈 수차 보정
왜곡: r∝θ를 만족해야 하며, 비선형 왜곡은 0.1% 미만이어야 합니다.
상면 곡률: 다중 렌즈 그룹을 통해 평평한 상면을 설계합니다.
4.2 검류계 동기화 오류
타원형 반점이 생기는 것을 방지하려면 X/Y 검류계 지연 시간은 1μs 미만이어야 합니다.
5. 디자인 프로세스 예시
입력 요구 사항: 스캔 범위 L, 스폿 크기 d, 용접 속도 v. F-Theta 렌즈 선택: L=2fθtan(θmax)에 따라 fθ를 결정합니다.
검류계 매개변수(각속도 ω=v/fθ)를 계산하고 검류계 성능을 검증합니다.
이미지 품질을 검증하십시오: Zemax/OpticStudio를 통해 렌즈군 수차를 최적화하십시오.
6. 주의사항
열 관리: 검류계와 렌즈는 고출력(예: 1kW 이상)에서 수냉식 냉각이 필요합니다.
충돌 방지 기능: 검류계는 기계적 충돌을 방지하기 위해 비상 제동이 필요합니다.
교정: 광경로 동축도(편차 <0.05mm)를 정기적으로 교정하십시오.
게시 시간: 2025년 8월 4일
