מערכת ריתוך רובוטית - ראש ריתוך גלוונומטר

ראש המיקוד הקולימטיבי משתמש במכשיר מכני כפלטפורמה תומכת, ונע קדימה ואחורה דרך המכשיר המכני כדי להשיג ריתוך של ריתוכים עם מסלולים שונים. דיוק הריתוך תלוי בדיוק המפעיל, ולכן ישנן בעיות כגון דיוק נמוך, מהירות תגובה איטית ואינרציה גדולה. מערכת סריקת הגלוונומטר משתמשת במנוע כדי להסיט את העדשה. המנוע מונע על ידי זרם מסוים ויש לו יתרונות של דיוק גבוה, אינרציה קטנה ותגובה מהירה. כאשר קרן האור מוקרנת על עדשת הגלוונומטר, סטיית הגלוונומטר משנה את זווית ההחזרה של קרן הלייזר. לכן, קרן הלייזר יכולה לסרוק כל מסלול בשדה הראייה של הסריקה דרך מערכת הגלוונומטר. הראש האנכי המשמש במערכת הריתוך הרובוטית הוא יישום המבוסס על עיקרון זה.

המרכיבים העיקריים של ה-מערכת סריקת גלוונומטרהם קולימטור הרחבת הקרן, עדשת המיקוד, גלוונומטר סורק דו-צירי XY, לוח בקרה ומערכת תוכנה למחשב מארח. גלוונומטר סורק מתייחס בעיקר לשני ראשי סריקה של גלוונומטר XY, המונעים על ידי מנועי סרוו הדדיים במהירות גבוהה. מערכת הסרוו הדו-צירית מניעה את גלוונומטר הסריקה הדו-צירי XY להסיט את עצמו לאורך ציר ה-X וציר ה-Y בהתאמה על ידי שליחת אותות פקודה למנועי הסרוו של ציר ה-X וה-Y. בדרך זו, באמצעות התנועה המשולבת של עדשת המראה הדו-צירית XY, מערכת הבקרה יכולה להמיר את האות דרך לוח הגלוונומטר בהתאם לתבנית הגרפיקה המוגדרת מראש של תוכנת המחשב המארח ומצב הנתיב שנקבע, ולנוע במהירות על מישור חומר העבודה כדי ליצור מסלול סריקה.

【

בהתאם ליחסי המיקום בין עדשת המיקוד לגלוונומטר הלייזר, ניתן לחלק את מצב הסריקה של הגלוונומטר לסריקת מיקוד קדמית (תמונה שמאלית) וסריקת מיקוד אחורית (תמונה ימין). עקב קיומו של הבדל בנתיב האופטי כאשר קרן הלייזר מוסטת למיקומים שונים (מרחק העברת הקרן שונה), מישור המוקד של הלייזר בתהליך סריקת המיקוד הקודם הוא משטח מעוגל בצורת חצי כדור, כפי שמוצג באיור השמאלי. שיטת הסריקה עם מיקוד אחורי מוצגת באיור הימני, שבה עדשת האובייקטיבית היא עדשת שדה שטוח. לעדשת השדה השטוח יש עיצוב אופטי מיוחד.

מערכת ריתוך רובוטית

על ידי הכנסת תיקון אופטי, ניתן להתאים את מישור המוקד ההמיספרי של קרן הלייזר למישור. סריקת מיקוד אחורי מתאימה בעיקר ליישומים עם דרישות דיוק עיבוד גבוהות וטווח עיבוד קטן, כגון סימון לייזר, ריתוך מיקרו-מבנים בלייזר וכו'. ככל ששטח הסריקה גדל, כך גם צמצם העדשה עולה. עקב מגבלות טכניות וחומריות, מחירן של עדשות בעלות צמצם גדול יקר מאוד, ופתרון זה אינו מקובל. השילוב של מערכת סריקת גלוונומטר מול עדשת האובייקטיב ורובוט בעל שישה צירים הוא פתרון בר ביצוע שיכול להפחית את התלות בציוד גלוונומטר, ויכול להיות בעל רמה ניכרת של דיוק מערכת ותאימות טובה. פתרון זה אומץ על ידי רוב האינטגרטורים, המכונה לעתים קרובות ריתוך מעופף. לריתוך פס האסיפה של המודול, כולל ניקוי העמוד, יש יישומים מעופפים, שיכולים להגדיל את פורמט העיבוד בצורה גמישה ויעילה.

בין אם מדובר בסריקה במיקוד קדמי או במיקוד אחורי, לא ניתן לשלוט במיקוד קרן הלייזר לצורך מיקוד דינמי. במצב סריקה במיקוד קדמי, כאשר חומר העבודה המיועד לעיבוד קטן, לעדשת המיקוד יש טווח עומק מוקד מסוים, כך שהיא יכולה לבצע סריקת מיקוד בפורמט קטן. עם זאת, כאשר המישור המיועד לסריקה גדול, הנקודות הסמוכות להיקף יהיו מחוץ למיקוד ולא ניתן יהיה למקד אותן על פני חומר העבודה המיועד לעיבוד מכיוון שהוא חורג מהגבולות העליונים והתחתונים של עומק המוקד של הלייזר. לכן, כאשר קרן הלייזר נדרשת להיות ממוקדת היטב בכל מיקום במישור הסריקה ושדה הראייה גדול, השימוש בעדשה בעלת אורך מוקד קבוע אינו יכול לעמוד בדרישות הסריקה.

מערכת המיקוד הדינמית היא מערכת אופטית שניתן לשנות את אורך המוקד שלה לפי הצורך. לכן, באמצעות עדשת מיקוד דינמית כדי לפצות על הפרש הנתיב האופטי, העדשה הקעורה (מרחיב הקרן) נעה באופן ליניארי לאורך הציר האופטי כדי לשלוט במיקום המיקוד, ובכך להשיג פיצוי דינמי של הפרש הנתיב האופטי של המשטח המיועד לעיבוד במיקומים שונים. בהשוואה לגלוונומטר הדו-ממדי, הרכב הגלוונומטר התלת-ממדי מוסיף בעיקר "מערכת אופטית בציר Z", המאפשרת לגלוונומטר התלת-ממדי לשנות בחופשיות את מיקום המוקד במהלך תהליך הריתוך ולבצע ריתוך משטחים מעוגלים מרחביים, ללא צורך להתאים את מיקום המיקוד לריתוך על ידי שינוי גובה המנשא כמו מכונת הכלי או הרובוט כמו הגלוונומטר הדו-ממדי.

מערכת המיקוד הדינמית יכולה לשנות את כמות הדה-פוקוס, לשנות את גודל הספוט, לממש התאמת מיקוד בציר Z ועיבוד תלת-ממדי.

מרחק עבודה מוגדר כמרחק מהקצה המכני הקדמי ביותר של העדשה למישור המוקד או למישור הסריקה של האובייקטיב. יש להיזהר לא לבלבל זאת עם אורך המוקד האפקטיבי (EFL) של האובייקטיב. מרחק זה נמדד מהמישור הראשי, מישור היפותטי שבו מניחים שכל מערכת העדשה נשברת, למישור המוקד של המערכת האופטית.