מבוא לגלונומטר לייזר

סורק לייזר, הנקרא גם גלונומטר לייזר, מורכב מראש סריקה אופטי XY, מגבר כונן אלקטרוני ועדשת השתקפות אופטית. האות המסופק על ידי בקר המחשב מניע את ראש הסריקה האופטי דרך מעגל המגבר המניע, ובכך שולט על הסטייה של קרן הלייזר במישור XY. בפשטות, הגלוונומטר הוא גלוונומטר סורק המשמש בתעשיית הלייזר. המונח המקצועי שלו נקרא מערכת סריקה גלבונומטר סריקה במהירות גבוהה Galvo. מה שנקרא גלוונומטר יכול להיקרא גם מד זרם. רעיון העיצוב שלו עוקב לחלוטין אחר שיטת העיצוב של מד זרם. העדשה מחליפה את המחט, והאות של הגשש מוחלף באות -5V-5V או -10V-+10V DC הנשלט על ידי מחשב. , כדי להשלים את הפעולה שנקבעה מראש. כמו מערכת סריקת המראות המסתובבות, מערכת בקרה טיפוסית זו משתמשת בזוג מראות נסוגות. ההבדל הוא שמנוע הצעד שמניע את סט העדשות הזה מוחלף במנוע סרוו. במערכת בקרה זו נעשה שימוש בחיישן מיקום. הרעיון העיצובי של לולאת משוב שלילי מבטיח עוד יותר את הדיוק של המערכת, ומהירות הסריקה ודיוק המיקום החוזר של המערכת כולה מגיעים לרמה חדשה. ראש הסימון של סריקת הגלוונומטר מורכב בעיקר ממראה סריקה XY, עדשת שדה, גלוונומטר ותוכנת סימון מבוקרת מחשב. בחר רכיבים אופטיים מתאימים לפי אורכי גל לייזר שונים. אפשרויות קשורות כוללות גם מרחיבי קרן לייזר, לייזרים וכו'. במערכת הדגמת הלייזר, צורת הגל של הסריקה האופטית היא סריקה וקטורית, ומהירות הסריקה של המערכת קובעת את יציבות תבנית הלייזר. בשנים האחרונות פותחו סורקים מהירים, עם מהירויות סריקה שמגיעות ל-45,000 נקודות/שנייה, מה שמאפשר להדגים אנימציות לייזר מורכבות.

מפרק ריתוך 5.1 לייזר גלוונומטר

5.1.1 הגדרה והרכב של מפרק ריתוך גלוונומטר:

ראש מיקוד הקולימציה משתמש במכשיר מכני כפלטפורמה תומכת. המכשיר המכני נע קדימה ואחורה כדי להשיג ריתוך של ריתוך מסלולים שונים. דיוק הריתוך תלוי בדיוק של המפעיל, ולכן יש בעיות כמו דיוק נמוך, מהירות תגובה איטית ואינרציה גדולה. מערכת סריקת הגלוונומטר משתמשת במנוע כדי לשאת את העדשה להסטה. המנוע מונע על ידי זרם מסוים ויש לו את היתרונות של דיוק גבוה, אינרציה קטנה ותגובה מהירה. כאשר הקרן מוארת על עדשת הגלוונומטר, הסטת הגלוונומטר משנה את קרן הלייזר. לכן, קרן הלייזר יכולה לסרוק כל מסלול בשדה הראייה הסריקה דרך מערכת הגלוונומטר.

המרכיבים העיקריים של מערכת סריקת הגלוונומטר הם קולימטור הרחבת קרן, עדשת מיקוד, גלוונומטר סריקה דו-צירי XY, לוח בקרה ומערכת תוכנת מחשב מארח. הגלוונומטר הסורק מתייחס בעיקר לשני ראשי הסריקה של גלוונומטר XY, המונעים על ידי מנועי סרוו חוזרים במהירות גבוהה. מערכת הסרוו הדו-צירית מניעה את גלוונומטר הסריקה הדו-צירי XY להסטה לאורך ציר ה-X וציר ה-Y בהתאמה על ידי שליחת אותות פקודה למנועי הסרוו בציר ה-X וה-Y. בדרך זו, באמצעות התנועה המשולבת של עדשת המראה הדו-צירית XY, מערכת הבקרה יכולה להמיר את האות דרך לוח הגלוונומטר לפי התבנית הגרפית המוגדרת מראש של תוכנת המחשב המארח בהתאם לנתיב שנקבע, ולנוע במהירות על מישור חומר עבודה ליצירת מסלול סריקה.

5.1.2 סיווג חיבורי ריתוך גלוונומטר:

1. עדשת סריקה ממוקדת קדמית

בהתאם ליחס המיקום בין עדשת המיקוד לגלונומטר הלייזר, ניתן לחלק את מצב הסריקה של הגלוונומטר לסריקת מיקוד קדמי (איור 1 למטה) וסריקת פוקוס מיקוד אחורית (איור 2 להלן). בשל קיומו של הבדל נתיב אופטי כאשר קרן הלייזר מוסטת למיקומים שונים (מרחק העברת הקרן שונה), משטח מוקד הלייזר במהלך תהליך הסריקה הקודם של מצב המיקוד הוא משטח חצי כדורי, כפי שמוצג באיור השמאלי. שיטת הסריקה לאחר מיקוד מוצגת בתמונה מימין. עדשת האובייקטיב היא עדשת F-plan. למראה F-plan יש עיצוב אופטי מיוחד. על ידי הכנסת תיקון אופטי, ניתן להתאים את משטח המוקד חצי הכדור של קרן הלייזר לשטוח. סריקת פוסט פוקוס מתאימה בעיקר ליישומים הדורשים דיוק עיבוד גבוה וטווח עיבוד קטן, כגון סימון לייזר, ריתוך מיקרו-מבנה בלייזר וכו'.

2.עדשת סריקה ממוקדת אחורית

ככל ששטח הסריקה גדל, גדל גם הצמצם של עדשת f-theta. בשל מגבלות טכניות וחומריות, עדשות f-theta בעלות צמצם גדול הן יקרות מאוד ופתרון זה אינו מקובל. מערכת סריקת הגלוונומטר הקדמית של העדשה האובייקטיבית בשילוב עם הרובוט בעל שישה צירים היא פתרון אפשרי יחסית, שיכול להפחית את התלות בציוד הגלוונומטר, בעל מידה ניכרת של דיוק מערכת ותאימות טובה. פתרון זה אומץ על ידי רוב האינטגרטורים. לאמץ, המכונה לעתים קרובות ריתוך טיסה. לריתוך של פס מודול, כולל ניקוי עמודים, יש יישומי טיסה, שיכולים להגדיל את רוחב העיבוד בצורה גמישה ויעילה.

3.3D גלוונומטר:

לא משנה אם זו סריקה ממוקדת קדמי או סריקה ממוקדת אחורי, לא ניתן לשלוט במוקד קרן הלייזר לצורך מיקוד דינמי. במצב סריקת הפוקוס הקדמי, כאשר חומר העבודה לעיבוד קטן, לעדשת המיקוד יש טווח עומק מוקד מסוים, כך שהיא יכולה לבצע סריקה ממוקדת בפורמט קטן. עם זאת, כאשר המטוס לסריקה גדול, הנקודות הקרובות לפריפריה יהיו מחוץ לפוקוס ולא ניתן יהיה למקד אותן על פני השטח של חומר העבודה המיועד לעיבוד מכיוון שהוא חורג מטווח העומק של מיקוד הלייזר. לכן, כאשר קרן הלייזר נדרשת להיות ממוקדת היטב בכל מיקום במישור הסריקה ושדה הראייה גדול, השימוש בעדשת אורך מוקד קבוע אינו יכול לעמוד בדרישות הסריקה. מערכת המיקוד הדינמית היא סט של מערכות אופטיות שאורך המוקד שלהן יכול להשתנות לפי הצורך. לכן, החוקרים מציעים להשתמש בעדשת מיקוד דינמית כדי לפצות על ההבדל בנתיב האופטי, ולהשתמש בעדשה קעורה (מרחיב קרן) כדי לנוע ליניארית לאורך הציר האופטי כדי לשלוט במיקום המיקוד ולהשיג. הבדל נתיב בעמדות שונות. בהשוואה לגלונומטר התלת מימד, הרכב הגלוונומטר התלת מימדי מוסיף בעיקר "מערכת אופטית בציר Z", כך שהגלוונומטר התלת מימדי יכול לשנות בחופשיות את מיקום המיקוד במהלך תהליך הריתוך ולבצע ריתוך משטח מעוקל מרחבי, ללא צורך בשינוי המנשא כגון כלי מכונה וכו' כמו הגלוונומטר הדו מימדי. גובה הרובוט משמש להתאמת מיקום מיקוד הריתוך.