激光指向穩(wěn)定系統(tǒng)大幅提高龍門系統(tǒng)激光加工精度的技術(shù)原理

看激光指向穩(wěn)定系統(tǒng)，是如何大幅提高龍門系統(tǒng)激光加工的精度！

激光加工作為一種無接觸式加工，以其可控性好、加工效率高、材料損耗低等特點，在與傳統(tǒng)加工方式的比較中脫穎而出，成為很多人的選擇，常見的有激光切割和激光焊接。

目前振鏡或焊接頭與龍門系統(tǒng)架相結(jié)合是常見的激光加工組合方案。在加工過程中，焊接頭隨龍門架移動或振鏡掃描，促使激光在靶面移動，進(jìn)而實現(xiàn)高精度的激光切割或焊接操作。然而，隨著機(jī)器規(guī)模增大，光束路徑延長，在加工過程中會出現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)件的膨脹、龍門系統(tǒng)的振動以及導(dǎo)軌平行度以及空氣擾動，這使得要實現(xiàn)微米甚至亞微米精度的控制愈發(fā)困難。在科學(xué)研究應(yīng)用中，雖可采用封閉或抽真空束線管規(guī)避空氣波動，但在龍門架系統(tǒng)中此方法并不適用，多數(shù)情況下需采用自由梁。對此，昊量光電獨代的德國TEM公司的主動式激光光束指向穩(wěn)定系統(tǒng)能夠解決這個問題，其在高速高精度伺服回路中利用兩個或多個快速驅(qū)動反射鏡，達(dá)成亞微米和亞微弧度級別的指向穩(wěn)定精度。

1.光路布置簡單

整套指向穩(wěn)定系統(tǒng)系統(tǒng)包含兩個反射鏡、一個探測器和一個控制器，光路搭建簡單。將其中一個反射鏡放置在激光器出光口，另一個反射鏡放置在加工面前，通過分光鏡或者反射鏡的漏光，采一束樣品光進(jìn)入探測器，樣品光需要的功率大約1mw，探測器可同時檢測近場光和遠(yuǎn)場光，由此將光束的位置可唯yi確定。當(dāng)激光指向發(fā)生變化，探測器所探測到的信號會發(fā)生變化，隨后控制器對信號進(jìn)行處理，并控制反射鏡偏轉(zhuǎn)，將光束調(diào)整會zui開始設(shè)定的位置。

2.響應(yīng)速度快

在進(jìn)行鎖定之前會進(jìn)行自由度的解耦，即將光束的角度X和Y方向以及位置X和Y方向的偏移進(jìn)行解耦，實現(xiàn)通過四個反射鏡控制單一自由度，得到解耦矩陣。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)光束的角度或者位置偏移之后，根據(jù)偏移信息和解耦矩陣可以直接計算得到反射鏡每一個軸需要移動的量，減少多自由度耦合情況下會出現(xiàn)的反復(fù)調(diào)節(jié)。

此外壓電陶瓷可以保證極高的響應(yīng)速度，在光束偏轉(zhuǎn)的第1時間就能夠?qū)⒐饫�回來，通過調(diào)整控制PID算法的參數(shù)可以實現(xiàn)不同響應(yīng)速度的切換，可達(dá)毫秒量級。

3.可調(diào)范圍大

高響應(yīng)速度的壓電陶瓷也存在偏轉(zhuǎn)角度小的問題，與其他品牌只有壓電陶瓷的同類型產(chǎn)品相比，德國TEM公司提供的主動式指向穩(wěn)定系統(tǒng)配套的反射鏡還配有電動馬達(dá)，能夠?qū)崿F(xiàn)大角度的偏轉(zhuǎn)，Max偏轉(zhuǎn)角可達(dá)18°。

根據(jù)大偏轉(zhuǎn)角和大光斑，廠家還提供多種型號的探測器進(jìn)行選擇。如果光斑和偏轉(zhuǎn)角都比較小，可以使用標(biāo)準(zhǔn)的探測器；如果光斑比較大，可以在探測器前端增加縮束系統(tǒng)和使用短焦系列的探測器，實現(xiàn)大范圍的探測。

4.控制精度高

該系統(tǒng)配套的位敏探測器的探測精度極高，可以達(dá)到4nm和4nrad，同時在電路系統(tǒng)中增加穩(wěn)定可靠的降噪系統(tǒng)和放大電路，信噪比大于60db，配合行程分辨率極高的壓電陶瓷，整套系統(tǒng)的精度zui高可以達(dá)到十納米和十納弧度級別。

5.可二次開發(fā)

除了基礎(chǔ)的激光指向穩(wěn)定之外，該系統(tǒng)還可以通過RS232或者以太網(wǎng)口的形式以ASCII碼的方式實現(xiàn)二次開發(fā)，功能包括啟動指向鎖定功能、控制光斑移動（單獨控制一束光的位置移動和角度移動）、讀取光斑位置信息和檢測功率變化等。

德國的TEM公司成立于1988年，涉足的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，包括激光電子學(xué)、光學(xué)測量技術(shù)、控制工程以及自動化技術(shù)等，其研發(fā)設(shè)計生產(chǎn)的主動式激光指向穩(wěn)定系統(tǒng)、功率穩(wěn)定系統(tǒng)、以及相位鎖定等產(chǎn)品能夠有效解決客戶在使用激光器過程中因為環(huán)境以及激光器本身所造成的不穩(wěn)定現(xiàn)象。而作為該公司的主推產(chǎn)品，指向穩(wěn)定系統(tǒng)能夠有效解決激光器的溫漂以及環(huán)境擾動和機(jī)械振動帶來的激光指向變化，如果您目前正收到激光指向相關(guān)的困擾，相信我們的產(chǎn)品能夠解決您的問題！

上海昊量光電作為德國TEM公司在中國大陸地區(qū)總授權(quán)代理商以及指向穩(wěn)定系統(tǒng)產(chǎn)品的獨代，為您提供專業(yè)的產(chǎn)品技術(shù)服務(wù)。如您對于德國TEM公司的產(chǎn)品有興趣或者任何問題，都隨時歡迎通過電話、電子郵件或者微信與我們聯(lián)系。

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