激光振鏡焊接頭原理

發(fā)布日期：2024-04-02 15:38:11 瀏覽量：919

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激光振鏡焊接頭

振鏡焊接頭的定義及組成：

準(zhǔn)直聚焦頭是采用機械裝置做為搭承平臺，通過機械裝置來回移動實現(xiàn)不同軌跡焊縫的焊接，焊接精度取決于執(zhí)行機構(gòu)的精度，所以存在精度低、響應(yīng)速度慢、慣性大的問題，而振鏡掃描系統(tǒng)則通過電機帶著鏡片進行偏轉(zhuǎn)，電機由一定的電流進行驅(qū)動，具有精度高、慣性小、響應(yīng)快等優(yōu)點，當(dāng)光束照射到振鏡鏡片上后，振鏡的偏轉(zhuǎn)改變激光束反射的角度，因此，通過振鏡系統(tǒng)激光束可以在掃描視場上進行任意軌跡的掃描。

振鏡式掃描系統(tǒng)的主要組成部分為擴束準(zhǔn)直鏡、聚焦透鏡、XY 兩軸掃描振鏡、控制板卡以及上位機計算機軟件系統(tǒng)。掃描振鏡主要指 XY 兩個振鏡掃描頭，其由高速往復(fù)伺服電機驅(qū)動。雙軸伺服系統(tǒng)通過向 X、Y 兩軸伺服電機發(fā)送的命令信號，驅(qū)動 XY 雙軸掃描振鏡分別沿 X 軸和 Y 軸偏轉(zhuǎn)。這樣通過 XY 兩軸鏡鏡頭的組合運動，控制系統(tǒng)能根據(jù)上位機軟件預(yù)設(shè)圖形的模板，按照已設(shè)置的路徑方式，通過振鏡板卡將信號轉(zhuǎn)換，在工件平面上快速移動形成掃描軌跡。

振鏡焊接頭的分類

1、前聚焦式掃描鏡頭

根據(jù)聚焦透鏡與激光振鏡之間的位置關(guān)系，可以把振鏡的掃描方式劃分為前聚焦式掃描（下圖1）和后聚式焦掃描（下圖2）。由于激光束偏擺到不同的位置時有光程差的存在（光束傳輸距離不一樣），造成以前聚焦方式掃描過程中的激光焦面為的一個半球曲面，如左圖所示。后聚焦掃描方式如右圖所示，其中的物鏡為 F- ??平場鏡，F(xiàn)- ??平場鏡具有特殊的光學(xué)設(shè)計，通過引入光學(xué)校正，可將激光束的半球形的焦面調(diào)整為平面。后聚焦方式掃描主要適用于對加工精度要求較高，加工范圍不大的應(yīng)用場合，如激光打標(biāo)、激光微結(jié)構(gòu)焊接等。

2、后聚焦式掃描鏡頭

隨著掃描面積的增加，f-theta 鏡頭的口徑也隨之增加，由于技術(shù)和材料的限制，大口徑的 f-theta 鏡頭的價格十分昂貴，該方案也不被接受。物鏡前振鏡掃描系統(tǒng)配合六軸機器人是一種比較可行的方案，可以降低對振鏡設(shè)備依賴，且能兼?zhèn)湎喈?dāng)程度的系統(tǒng)精度，并且擁有良好的兼容性，該方案已被大部分集成商采用，即常說的飛行焊接。模組busbar的焊接，包括極柱清洗都有飛行應(yīng)用，可以靈活高效提高加工幅面。

3、3D振鏡：

不管是前聚焦式掃描還是后聚焦式掃描，均不能控制激光束焦點進行動態(tài)聚焦。對于前聚焦掃描模式，當(dāng)待加工工件較小時，聚焦透鏡具有一定的焦深范圍，所以能進行幅面不大的聚焦掃描。但是，在待掃描平面較大的情況下，靠近外圍的點位會發(fā)生離焦，不能聚焦在被加工工件的表面，因為它超出了激光聚焦的深度范圍。因此，當(dāng)要求激光束在掃描平面的任意位置都能很好地聚焦，且視場較大時，使用固定焦距透鏡就不能滿足掃描的要求了。動態(tài)聚焦系統(tǒng)是一組焦距可以隨需要變化的光學(xué)系統(tǒng)，因此，研究者提出使用動態(tài)聚焦透鏡來補償光程差，通過凹透鏡（擴束鏡）沿光軸方向做直線運動，控制聚焦位置，實現(xiàn)了待加工表面對不同位置光程差的動態(tài)補償。3D 振鏡組成相比于 2D 振鏡主要增加了“Z 軸光學(xué)系統(tǒng)”，使得 3D 振鏡在焊接過程中可以自由改變焦點位置，進行空間曲面焊接，無需像 2D 振鏡通過改變載體如機床、機器人的高度來調(diào)節(jié)焊接焦點位置。