激光打標機掃描振鏡關鍵技術

打標應用中,掃描振鏡采用的反射鏡類型包含有石英基底材料,厚度在2.0和7.0 mm之間,這取決於反射鏡尺寸和角加速度。電解質鍍膜在對應的波長範圍內(例如,對於高功率半導體激光器和入射角兩側偏轉範圍超過&plusmn;12 時,在780 nm和980 nm之間)提供足夠的反射率(>98.0%)。這種反射鏡通常能承受的功率密度達500 W/cm2,對於傳統的打標應用綽綽有餘。掃描頭引入其他應用場合後帶來了其他挑戰,比如聚合物焊接。這些應用要求對工件溫度進行精確控製,通常通過高溫計進行非接觸式測量。對於這項技術,工件的熱輻射信號必須從激光光斑位置沿激光光路返回到傳感器中,比如,通過振鏡鏡片反射回。高溫測量典型波長範圍為1.7到2.2 m。由於該波長範圍內的介電層對於激光輻射是可穿透的,因此在石英基底背麵加上一層鋁鍍膜便可解決問題。這裏應提醒讀者,如果要擴展波長範圍,則需要調整掃描光學係統。 更高功率的其他新應用,比如激光遠程焊接、遠程切割、或掃描熱處理,要求幾百瓦到甚至數千瓦的功率,這對振鏡掃描頭提出了新的挑戰。即使介質反射鏡反射率很高(特別有鍍鋁層後),部分光線(<2%)仍可能透射並被反射鏡基底或周圍部件吸收。對於低功率激光器而言,這種情況很好處理。不過高功率激光器可能導致裝置內部產生大量熱量,由此導致明顯的熱漂移和不合格的長期穩定性波動。因此,掃描裝置水冷功能非常必要,但通常不足以解決問題。這是因為它無法避免石英反射鏡的熱載荷和其導致的影響,比如導致膠層形變甚至變軟或者由於轉子和軸承發熱導致振鏡驅動故障。因此,新的鏡麵技術必不可少。

  石英的一大缺點是它的熱導率很低,這導致它的冷卻性能很差。矽基材料,比如矽或碳化矽,可提供較高的熱導率。由於碳矽基材料強度更高,因此允許減小其厚度,盡管其密度較高,仍可減輕總體質量。如果使用不透明基底,如Si或SiC,寬波段反射鍍鋁層可直接鍍在鍍電介質膜和矽基材料之間介電層上。對反射鏡基底機械設計進行仔細的模型計算,可在穩定性、重量、導熱性和轉動慣量方麵獲得最優化的設計。

  對於係統設計,包括伺服電路板、振鏡電機和反射鏡,有幾項參數需要特別精確:

  反射鏡重量;

  反射鏡轉矩;

  鏡麵形變(機械彈簧);

  反射鏡和驅動電機之間連接部位形變;

  反射鏡和驅動電機係統的響應頻率。

  以矽為基底,可以減小反射鏡厚度(重量),同時形變、應力和較厚的石英基底反射鏡相同(見圖3)然而,由於該反射鏡係統重量,應力和形變仍然較大。矽基底仿真圖表明慣量和重量都降低15%,頻率幾乎保持不變。 

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