레이저 스캐너(레이저 검류계라고도 함)는 XY 광학 스캐닝 헤드, 전자 구동 증폭기 및 광학 반사 렌즈로 구성됩니다. 컴퓨터 컨트롤러에서 제공되는 신호는 구동 증폭기 회로를 통해 광학 스캐닝 헤드를 구동하여 XY 평면에서 레이저 빔의 편향을 제어합니다. 간단히 말하면, 이 검류계는 레이저 산업에서 사용되는 스캐닝 검류계입니다. 전문 용어로는 고속 스캐닝 검류계 또는 갈보 스캐닝 시스템이라고 합니다. 이 검류계는 전류계라고도 불립니다. 설계 방식은 전류계의 설계 방식을 그대로 따릅니다. 바늘 대신 렌즈가 사용되고, 프로브 신호는 컴퓨터로 제어되는 -5V~-5V 또는 -10V~-+10V DC 신호로 대체되어 미리 정해진 동작을 수행합니다. 회전 미러 스캐닝 시스템과 마찬가지로, 이 제어 시스템은 한 쌍의 후퇴식 미러를 사용합니다. 차이점은 이 렌즈 세트를 구동하는 스테퍼 모터가 서보 모터로 대체되었다는 점입니다. 이 제어 시스템에서는 위치 센서와 네거티브 피드백 루프 설계 개념을 통해 시스템의 정확도를 더욱 향상시켰으며, 전체 시스템의 스캔 속도와 반복 위치 정확도를 새로운 차원으로 끌어올렸습니다. 검류계 스캐닝 마킹 헤드는 주로 XY 스캐닝 미러, 필드 렌즈, 검류계 및 컴퓨터 제어 마킹 소프트웨어로 구성됩니다. 레이저 파장에 따라 적절한 광학 부품을 선택할 수 있으며, 관련 옵션으로는 레이저 빔 확장기, 레이저 등이 있습니다. 레이저 시연 시스템에서 광학 스캐닝 파형은 벡터 스캔이며, 시스템의 스캔 속도가 레이저 패턴의 안정성을 결정합니다. 최근에는 초당 45,000포인트에 달하는 스캔 속도를 구현하는 고속 스캐너가 개발되어 복잡한 레이저 애니메이션 시연이 가능해졌습니다.
5.1 레이저 검류계 용접 접합부
5.1.1 검류계 용접 접합부의 정의 및 구성:
콜리메이션 초점 헤드는 기계 장치를 지지 플랫폼으로 사용합니다. 이 기계 장치는 앞뒤로 움직여 다양한 궤적의 용접을 구현합니다. 용접 정확도는 액추에이터의 정확도에 따라 달라지므로, 정확도가 낮거나 응답 속도가 느리거나 관성이 큰 등의 문제가 발생할 수 있습니다. 검류계 스캐닝 시스템은 모터를 사용하여 렌즈를 편향시킵니다. 모터는 특정 전류로 구동되며, 높은 정밀도, 작은 관성, 빠른 응답 속도 등의 장점을 가지고 있습니다. 레이저 빔이 검류계 렌즈에 조사되면 검류계의 편향으로 인해 레이저 빔의 궤적이 변화합니다. 따라서 레이저 빔은 검류계 시스템을 통해 스캐닝 시야 내의 모든 궤적을 따라 스캔할 수 있습니다.
검류계 스캐닝 시스템의 주요 구성 요소는 빔 확장 콜리메이터, 초점 렌즈, XY 2축 스캐닝 검류계, 제어 보드 및 호스트 컴퓨터 소프트웨어 시스템입니다. 스캐닝 검류계는 주로 고속 왕복 서보 모터로 구동되는 두 개의 XY 검류계 스캐닝 헤드를 의미합니다. 2축 서보 시스템은 X축 및 Y축 서보 모터에 명령 신호를 보내 XY 2축 스캐닝 검류계를 각각 X축과 Y축 방향으로 이동시킵니다. 이러한 방식으로 XY 2축 미러 렌즈의 결합된 움직임을 통해 제어 시스템은 호스트 컴퓨터 소프트웨어에 미리 설정된 그래픽 템플릿에 따라 설정된 경로에 맞춰 검류계 보드를 통해 신호를 변환하고 공작물 평면에서 빠르게 이동하여 스캐닝 궤적을 형성합니다.
5.1.2 검류계 용접 접합부의 분류:
1. 전방 초점 스캐닝 렌즈
초점 렌즈와 레이저 검류계의 위치 관계에 따라 검류계의 스캐닝 모드는 전방 초점 스캐닝(아래 그림 1)과 후방 초점 스캐닝(아래 그림 2)으로 나눌 수 있습니다. 레이저 빔이 서로 다른 위치로 편향될 때 광경로 차이(빔 전송 거리 차이)가 발생하기 때문에, 전방 초점 모드 스캐닝 과정에서 레이저 초점면은 왼쪽 그림과 같이 반구형이 됩니다. 후방 초점 스캐닝 방식은 오른쪽 그림에 나타나 있습니다. 대물 렌즈는 F-플랜 렌즈입니다. F-플랜 미러는 특수한 광학 설계를 가지고 있습니다. 광학 보정을 통해 레이저 빔의 반구형 초점면을 평면으로 조정할 수 있습니다. 후방 초점 스캐닝은 레이저 마킹, 레이저 미세 구조 용접 등 높은 가공 정밀도와 좁은 가공 범위가 요구되는 응용 분야에 주로 적합합니다.
2.후방 초점 스캐닝 렌즈
스캐닝 영역이 증가함에 따라 f-theta 렌즈의 조리개도 증가합니다. 그러나 기술적 및 재료적 한계로 인해 대구경 f-theta 렌즈는 매우 고가이므로 이러한 방식은 채택되지 않습니다. 6축 로봇과 결합된 대물렌즈 전면 검류계 스캐닝 시스템은 비교적 실현 가능한 솔루션으로, 검류계 장비에 대한 의존도를 낮추고 시스템 정확도를 높이며 호환성이 우수합니다. 이러한 솔루션은 대부분의 시스템 통합업체에서 채택하고 있습니다. 모듈 버스바 용접(폴 클리닝 포함)은 플라이트 용접이라고도 불리며, 가공 폭을 유연하고 효율적으로 확장할 수 있는 응용 분야를 가지고 있습니다.
3.3D 검류계:
전방 초점 스캐닝이든 후방 초점 스캐닝이든, 레이저 빔의 초점을 동적 초점으로 제어하는 것은 불가능합니다. 전방 초점 스캐닝 모드에서 가공 대상물이 작을 경우, 초점 렌즈의 초점 심도 범위가 제한되어 소형 포맷에서도 초점 스캐닝이 가능합니다. 그러나 스캐닝 평면이 클 경우, 주변부의 점들은 초점이 맞지 않아 가공 대상물의 표면에 초점을 맞출 수 없게 됩니다. 이는 레이저 초점 심도 범위를 벗어나기 때문입니다. 따라서 스캐닝 평면의 모든 위치에서 레이저 빔의 초점을 정확하게 맞춰야 하고 시야각이 넓은 경우, 고정 초점 렌즈로는 스캐닝 요구 사항을 충족할 수 없습니다. 동적 초점 시스템은 필요에 따라 초점 거리를 변경할 수 있는 광학 시스템입니다. 따라서 연구자들은 광경로 차이를 보정하기 위해 동적 초점 렌즈를 사용하고, 광축을 따라 선형으로 이동하는 오목 렌즈(빔 확장기)를 이용하여 초점 위치를 제어함으로써 가공 대상 표면의 다양한 위치에서 광경로 차이를 동적으로 보정하는 방법을 제안합니다. 2D 검류계와 비교하여 3D 검류계는 주로 "Z축 광학 시스템"을 추가하여 용접 공정 중 초점 위치를 자유롭게 변경하고 2D 검류계처럼 공작기계 등의 캐리어를 교체할 필요 없이 공간 곡면 용접을 수행할 수 있도록 구성되었습니다. 로봇의 높이를 이용하여 용접 초점 위치를 조정합니다.
게시 시간: 2024년 5월 23일
