סיכום מפורט של ראשי ריתוך לייזר מעופפים

סיכום מפורט שלראשי ריתוך לייזר מעופפים

הוא מכסה שמות רכיבים, הגדרות, עקרונות, פרמטרי תכנון וחישובי נוסחאות, והוא רלוונטי לריתוך סריקה במהירות גבוהה(כגון מערכות גלוונומטר) או יישומי ריתוך מרחוק.

1. הרכב והגדרה של ראשי ריתוך לייזר מעופפים

ריתוך מעופף (ריתוך בלייזר סורק) מממש מיקוד דינמי באמצעות קרני לייזר מחזירות גלוונומטר במהירות גבוהה, ומתאים לשטחים גדולים ו...ריתוך במהירות גבוההרכיביו העיקריים הם כדלקמן:

1. מודול קולימציה של קרן

קולימטר

פונקציה: המרת פלט הלייזר המתפצל (NA=0.1~0.22) מהסיב האופטי לאלומת קרן מקבילה.

פרמטרים עיקריים: אורך מוקד fcoll, קוטר קרן קולימטיבית Dcoll.

נוּסחָה:

1.2 מערכת סריקת גלוונומטר

מראות גאלבו ציר X/Y

פונקציה: שינוי כיוון קרן האור דרך מראות מסתובבות במהירות גבוהה כדי להשיג סריקה מישורית דו-ממדית.

פרמטרים עיקריים: מהירות סריקה (בדרך כלל ≥10 מטר/שנייה), דיוק מיקום חוזר (<±5 מיקרורדאן), גודל המראה (צריך לכסות את קוטר הקרן Dcoll).

מנוע גלוונומטר: מנוע סרבו או מנוע גלוונומטר עם זמן תגובה של <1ms.

1.3 מודול מיקוד דינמי (עדשת F-Theta או גלוונומטר + עדשת שדה שטוח)

עדשת F-תטא

פונקציה: להמיר את זווית ההסטה של ​​הגלוונומטר לתזוזה ליניארית על המישור כדי לשמור על עקביות המיקוד.

נוסחאות מפתח:

2. עקרון עבודה

מסלול קרן: לייזר → קולימטור → גלוונומטר X → גלוונומטר Y → עדשת F-Theta → משטח חומר העבודה.

מיקוד דינמי:

כאשר זווית ההסטה של ​​הגלוונומטר היא θ, מיקום המיקוד (x, y) מומר על ידי עדשת F-Theta כך:

3. פרמטרים ונוסחאות עיצוב מרכזיות

3.1 חישוב גודל נקודה

קוטר נקודה ממוקדת d (גבול עקיפה):

3.2 טווח סריקה וזווית גלוונומטר

טווח סריקה מקסימלי L:

3.3 מהירות ותאוצה של ריתוך

מהירות ליניארית v

3.4 עומק מיקוד (DOF)

3.5 צפיפות הספק וקלט אנרגיה

צפיפות הספק I:

צפיפות אנרגיה E (ריתוך בפולסים):

4. סטיות ועיצוב אופטימיזציה

4.1 תיקון סטייה בעדשת F-Theta

עיוות: יש לספק את r∝θ, והעיוות הלא ליניארי צריך להיות <0.1%.

עקמומיות שדה: תכנן שדה שטוח באמצעות קבוצות מרובות עדשות.

4.2 שגיאת סנכרון גלוונומטר

עיכוב הגלוונומטר X/Y צריך להיות <1μs כדי למנוע כתמים אליפטיים.

5. דוגמה לתהליך עיצוב

דרישות קלט: טווח סריקה L, גודל נקודה d, מהירות ריתוך v. בחירת עדשת F-Theta: קביעת fθ לפי L=2fθtan(θmax).

חשב את פרמטרי הגלוונומטר: מהירות זוויתית ω=v/fθ, וודא את ביצועי הגלוונומטר.

אימות איכות נקודתית: אופטימיזציה של סטיות בקבוצת העדשות באמצעות Zemax/OpticStudio.

6. אמצעי זהירות

ניהול תרמי: גלוונומטרים ועדשות זקוקים לקירור מים בהספק גבוה (כגון >1kW).

הגנה מפני התנגשויות: גלוונומטרים זקוקים לבלימת חירום כדי למנוע התנגשות מכנית.

כיול: יש לכייל באופן קבוע את הקואקסיאליות של הנתיב האופטי (סטייה <0.05 מ"מ).