振镜扫描

振镜扫描式激光焊接系统的研究一、课题来源及简介二、动态聚焦振镜扫描系统设计三、振镜扫描式激光焊接技术研究四、结论与展望一、课题来源新能源汽车电池包里面有很多并联或串联电池块，这些电池包需要固定焊接在一起，也就是所谓的模组焊接。早期使用的是电阻焊和超声波，目前的工艺均采用激光进行焊接，不良率较低，整体效果较好。什么是振镜？振镜也叫做激光扫描器，可以在X-Y平面内控制激光器的偏转。激光振镜X-Y光学扫描头电子驱动放大器光学反射镜片振镜扫描系统是由XY两轴扫描振镜、聚焦透镜以及计算机控制系统组成，通过XY两轴振镜镜片的配合运动使具有一定功率密度的激光聚焦点在工件平面上按所需的要求快速运动，形成扫描轨迹。振镜扫描式激光焊接机工作原理将需要加工工件图形输入计算机，振镜使激光束沿焊接轨迹扫描，动态聚焦镜组保持聚焦光斑在工件的不同高度部位都有合适的离焦量，计算机控制激光器在需要焊的部位出光，完成焊接工作。(1)定位速度快，可以大大缩短加工时间，提高效率(2)采用计算机控制系统，定位精度高，焊接精度得到大大提高；(3)激光焊接设备与工件距离远，焊接范围明显变大(4)不需要与工件直接接触，可以防止焊渣溅到工作人员的身上具有的优点国内，振镜扫描式激光焊接机主要还是采用物镜前的静态聚焦扫描方式，焊接范围较小，所以只能对一些小零部件进行平面焊接。国外的大公司已经能够生产大范围的动态聚焦振镜扫描系统，其具有高速度、高精度、高稳定性的优点，但是它们的价格一直都居高不下，大都在1万美元左右。二、动态聚焦振镜扫描系统设计动态聚焦振镜扫描系统主要由激光器，扩束准直系统，动态聚焦系统，XY振镜扫描系统等几部分组成。这套系统可以保证每个扫描点都可以很好地聚焦并且都能获得相同的聚焦光斑大小和能量密度。优点；可以对离焦误差进行动态补偿，投射到工作面上的光斑不会发生畸变。动态聚焦系统的光路扩束准直系统一般光学设计中是将望远系统进倒置来进行扩束准直的作用；减小了激光光束的远场发散角，提高了激光光束的准直性利于激光束能量分布均匀减少了热破坏的可能性动态聚焦系统动态聚焦系统是通过将一个聚焦透镜进行来回移动，从而对激光光束焦点的位置进行调整，实现了对扫描平面上离焦误差的实时动态补偿的一种方案它可以来回双向移动，实时补偿离焦误差动态聚焦系统的光路激光束的传输变换分析衡量高斯光束的指标参数主要有远场发散角θ0。和光束质量因子M²。它反映了激光的的平行程度M²因子越大，光束质量越差。动态聚焦振镜系统的参数可行性分析扫描视场的范围能达到300mm´300mme=30mmd=480mmx=xmax=150mm，y=ymax=150mm离焦误差ÄL=43.6mm。假设CO2激光器的输出光斑w0=0.825mm，波长l=10.6mm三、激光焊接技术激光焊接质量的因素光束质量激光功率脉冲波形聚焦光斑的大小脉冲频率焊接速度离焦量这这些因素之中，有些是激光器的固有性质决定的，比如，激光功率，只有激光功率密度达到一定的阈值的时候，才能进行深熔焊接，这可以通过选择合适的具有好的光束质量的激光器来加以解决；有些是由振镜扫描式激光焊接系统所决定的，比如聚焦光斑可以通过合理设计光学系统来获得，离焦量可以通过调节工作台的高度来选择合理的离焦量，焊接速度需要和其他部件的响应速度和激光脉冲频率等协调，可以通过计算机来控制。激光焊接技术激光源的选择要求；高光束质量，长焦距主要种类；YAG固体激光器，CO2气体激光器•输出平均功率不高•获得极小的聚焦光斑，较高的峰值功率密度•用于焊接精度要求比较高的工件YAG固体激光器•输出的激光光束质量高•连续输出很高的激光功率•多数CO2激光器还处在1.5~6kW•最大的CO2激光器已达50kWCO2气体激光器焊接速度分析影响因素振镜的偏转动态聚焦镜基座的电机速度，聚焦光斑的功率密度激光器的开关与振镜定位之间的时序关系对多点进行连续焊接的情况下为了保证焊接的质量，在对多点焊接的时候，必须要保证焊点与焊点之间有一定的重叠量。激光焊接技术离焦量在实际焊接中，工件的表面都要与焦平面保持一小段距离，这个距离就称为离焦量。如果激光焊接的时候，到达工件表面的恰好是焦平面，此时在焦平面处的激光功率密度往往已经超过激光焊接所需的功率密度，在焦平面焊接，可能会出现金属汽化、熔渣飞溅或是打孔现象调整方法；通过调节工作台的高度聚焦光斑在聚焦平面上的光斑尺寸的大小是衡量一台激光焊接设备的一个很重要的指标，一般情况下，其他指标相同的激光焊接设备，光斑直径越小的价格往往更高。实际应用中，也需要根据实际情况再确定光斑尺寸的大小结论与展望振镜扫描式激光焊接机目前在国内主要采用的还是二维振镜扫描技术，应用的范围也比较狭窄。随着国内的重工业机械化程度的提高，汽车工业的蓬勃发展，激光焊接的应用范围将越来越广，所以，三维动态聚焦振镜激光焊接机将必然具有非常良好的发展前景。同时，三维动态聚焦系统还可以应用于激光快速成型、激光模具制造、立体激光雕刻、曲面雕刻、材料表面处理等多种激光加工，这些也都是激光加工行业未来的发展趋势。邮箱；[e-mail]