콜리메이팅 포커싱 헤드는 기계 장치를 지지 플랫폼으로 사용하여, 이 기계 장치를 통해 앞뒤로 이동하면서 다양한 궤적의 용접을 구현합니다. 용접 정확도는 액추에이터의 정확도에 따라 달라지므로, 낮은 정확도, 느린 응답 속도, 큰 관성 등의 문제가 있습니다. 검류계 스캐닝 시스템은 모터를 사용하여 렌즈를 편향시킵니다. 모터는 특정 전류로 구동되며, 높은 정확도, 작은 관성, 빠른 응답 속도 등의 장점을 가지고 있습니다. 광선이 검류계 렌즈에 조사되면 검류계의 편향으로 인해 레이저 빔의 반사각이 변화합니다. 따라서 레이저 빔은 검류계 시스템을 통해 스캐닝 시야 내의 모든 궤적을 따라 스캔할 수 있습니다. 로봇 용접 시스템에 사용되는 수직 헤드는 이러한 원리를 기반으로 한 응용 사례입니다.
주요 구성 요소는 다음과 같습니다.검류계 스캐닝 시스템본 시스템은 빔 확장 콜리메이터, 집속 렌즈, XY 2축 스캐닝 검류계, 제어 보드 및 호스트 컴퓨터 소프트웨어 시스템으로 구성됩니다. 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 템플릿과 설정된 경로 모드에 따라 검류계 보드를 통해 신호를 변환하고, 공작물 평면에서 빠르게 이동하여 스캐닝 궤적을 형성합니다.
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초점 렌즈와 레이저 검류계의 위치 관계에 따라 검류계의 스캔 모드는 전방 초점 스캔(왼쪽 그림)과 후방 초점 스캔(오른쪽 그림)으로 나눌 수 있습니다. 레이저 빔이 서로 다른 위치로 편향될 때 광경로 차이(빔 전송 거리 차이)가 발생하기 때문에, 전방 초점 스캔 과정에서 레이저 초점면은 왼쪽 그림과 같이 반구형 곡면을 형성합니다. 오른쪽 그림은 후방 초점 스캔 방식을 보여주는데, 이 방식에서는 대물 렌즈가 평면 렌즈입니다. 평면 렌즈는 특수한 광학 설계를 가지고 있습니다.
광학 보정을 도입함으로써 레이저 빔의 반구형 초점면을 평면으로 조정할 수 있습니다. 후방 초점 스캐닝은 레이저 마킹, 레이저 미세 구조 용접 등 높은 가공 정밀도와 작은 가공 범위가 요구되는 응용 분야에 주로 적합합니다. 스캐닝 영역이 커질수록 렌즈의 조리개도 커지지만, 기술적 및 재료적 한계로 인해 대구경 렌즈의 가격이 매우 높아 채택하기 어렵습니다. 대물렌즈 앞에 갈바노미터 스캐닝 시스템을 설치하고 6축 로봇과 결합하는 방식은 갈바노미터 장비에 대한 의존도를 낮추면서 상당한 시스템 정밀도와 우수한 호환성을 확보할 수 있는 실현 가능한 해결책입니다. 이러한 방식은 대부분의 시스템 통합업체에서 채택하고 있으며, 흔히 '플라잉 용접'이라고 불립니다. 모듈 버스바 용접(폴 세척 포함)에 플라잉 용접을 적용하면 가공 범위를 유연하고 효율적으로 확장할 수 있습니다.
전방 초점 스캐닝이든 후방 초점 스캐닝이든, 레이저 빔의 초점을 동적 초점 조절 방식으로 제어할 수는 없습니다. 전방 초점 스캐닝 모드에서 가공할 공작물이 작을 경우, 초점 렌즈의 초점 심도 범위가 제한되어 소형 포맷으로도 초점 스캐닝이 가능합니다. 그러나 스캐닝 평면이 클 경우, 주변부의 점들이 초점이 맞지 않아 가공할 공작물의 표면에 초점을 맞출 수 없게 됩니다. 이는 레이저 초점 심도의 상한 및 하한을 초과하기 때문입니다. 따라서 스캐닝 평면의 모든 위치에서 레이저 빔의 초점을 정확하게 맞춰야 하고 시야각이 넓어야 하는 경우, 고정 초점 렌즈로는 스캐닝 요구 사항을 충족할 수 없습니다.
동적 초점 시스템은 필요에 따라 초점 거리를 변경할 수 있는 광학 시스템입니다. 따라서, 동적 초점 렌즈를 사용하여 광경로 차이를 보정함으로써, 오목 렌즈(빔 확장기)가 광축을 따라 선형으로 이동하여 초점 위치를 제어하고, 가공 대상 표면의 서로 다른 위치에서의 광경로 차이를 동적으로 보정할 수 있습니다. 2D 갈바노미터와 비교하여, 3D 갈바노미터는 주로 "Z축 광학 시스템"을 추가하여 용접 공정 중 초점 위치를 자유롭게 변경하고, 2D 갈바노미터처럼 공작기계나 로봇과 같은 캐리어의 높이를 변경하여 용접 초점 위치를 조정할 필요 없이 공간 곡면 용접을 수행할 수 있도록 설계되었습니다.
다이내믹 포커싱 시스템은 초점 흐림 정도, 스팟 크기를 변경하고, Z축 초점 조정 및 3차원 처리를 구현할 수 있습니다.
작동 거리는 렌즈의 가장 앞쪽 기계적 가장자리에서 대물렌즈의 초점면 또는 스캔면까지의 거리로 정의됩니다. 이를 대물렌즈의 유효 초점 거리(EFL)와 혼동하지 않도록 주의해야 합니다. 유효 초점 거리는 전체 렌즈 시스템이 굴절된다고 가정하는 가상의 평면인 주 평면에서 광학 시스템의 초점면까지 측정됩니다.
게시 시간: 2024년 6월 4일
