Le scanner laser, également appelé galvanomètre laser, se compose d'une tête de balayage optique XY, d'un amplificateur de commande électronique et d'une lentille de réflexion optique. Le signal fourni par le contrôleur informatique pilote la tête de balayage optique via le circuit d'amplification, contrôlant ainsi la déviation du faisceau laser dans le plan XY. En termes simples, le galvanomètre est un galvanomètre à balayage utilisé dans l'industrie laser. Son appellation technique est galvanomètre à balayage haute vitesse ou système de balayage Galvo. Ce galvanomètre peut également être appelé ampèremètre. Son principe de conception est identique à celui d'un ampèremètre. La lentille remplace l'aiguille et le signal de la sonde est remplacé par un signal continu de -5 V à -5 V ou de -10 V à +10 V, contrôlé par ordinateur, pour réaliser l'action prédéterminée. À l'instar des systèmes de balayage à miroirs rotatifs, ce système de commande utilise une paire de miroirs rétractables. La différence réside dans le fait que le moteur pas à pas qui actionne cet ensemble de lentilles est remplacé par un servomoteur. Dans ce système de contrôle, un capteur de position est utilisé. La conception, basée sur une boucle de rétroaction négative, garantit une précision accrue du système, et la vitesse de balayage ainsi que la précision de positionnement répétée de l'ensemble du système atteignent un niveau inédit. La tête de marquage par balayage galvanométrique est principalement composée d'un miroir de balayage XY, d'une lentille de champ, d'un galvanomètre et d'un logiciel de marquage piloté par ordinateur. Les composants optiques sont sélectionnés en fonction des différentes longueurs d'onde du laser. Parmi les options disponibles figurent également les extenseurs de faisceau laser, les lasers, etc. Dans le système de démonstration laser, le balayage optique est vectoriel, et la vitesse de balayage du système détermine la stabilité du motif laser. Ces dernières années, des scanners haute vitesse ont été développés, atteignant des vitesses de balayage de 45 000 points par seconde, permettant ainsi la réalisation d'animations laser complexes.
5.1 Joint soudé par galvanomètre laser
5.1.1 Définition et composition du joint soudé du galvanomètre :
La tête de focalisation par collimation utilise un dispositif mécanique comme plateforme de support. Ce dispositif effectue un mouvement de va-et-vient pour réaliser des soudures selon différentes trajectoires. La précision de la soudure dépendant de la précision de l'actionneur, ce système présente des inconvénients tels qu'une faible précision, une lenteur de réponse et une inertie importante. Le système de balayage galvanométrique utilise un moteur pour déplacer la lentille et permettre sa déviation. Alimenté par un courant spécifique, ce moteur offre une haute précision, une faible inertie et une réponse rapide. Lorsque le faisceau laser éclaire la lentille du galvanomètre, la déviation de ce dernier modifie la trajectoire du faisceau laser. Ainsi, grâce au système galvanométrique, le faisceau laser peut balayer n'importe quelle trajectoire dans le champ de vision.
Les principaux composants du système de balayage galvanométrique sont un collimateur à expansion de faisceau, une lentille de focalisation, un galvanomètre de balayage XY à deux axes, une carte de commande et un logiciel hôte. Le galvanomètre de balayage est principalement constitué de deux têtes de balayage XY, entraînées par des servomoteurs alternatifs à grande vitesse. Le système d'asservissement à deux axes pilote le galvanomètre de balayage XY en envoyant des signaux de commande aux servomoteurs correspondants, afin de le faire dévier selon les axes X et Y. Ainsi, grâce au mouvement combiné des lentilles à miroir XY à deux axes, le système de commande convertit le signal provenant de la carte galvanométrique en fonction du modèle graphique prédéfini par le logiciel hôte, suivant ainsi la trajectoire définie, et se déplace rapidement sur le plan de la pièce pour effectuer un balayage.
5.1.2 Classification des joints de soudage galvanométriques :
1. Objectif de balayage à mise au point frontale
Selon la position de la lentille de focalisation et du galvanomètre laser, le mode de balayage de ce dernier se divise en balayage à focalisation avant (figure 1 ci-dessous) et en balayage à focalisation arrière (figure 2 ci-dessous). En raison de la différence de chemin optique induite par la déviation du faisceau laser (la distance de transmission du faisceau varie), la surface focale du laser lors du balayage en mode de focalisation avant est hémisphérique, comme illustré sur la figure de gauche. La méthode de balayage après focalisation est présentée sur la figure de droite. L'objectif est une lentille de type F. Le miroir de type F possède une conception optique spécifique. Grâce à une correction optique, la surface focale hémisphérique du faisceau laser est aplanie. Le balayage après focalisation est particulièrement adapté aux applications exigeant une grande précision d'usinage et une faible profondeur de traitement, telles que le marquage laser ou le soudage laser de microstructures.
2.lentille de balayage à mise au point arrière
À mesure que la zone de balayage augmente, l'ouverture de la lentille f-thêta augmente également. Cependant, en raison de limitations techniques et matérielles, les lentilles f-thêta à grande ouverture sont très coûteuses, ce qui rend cette solution peu pratique. Le système de balayage galvanométrique frontal de la lentille d'objectif, associé à un robot six axes, constitue une solution relativement viable. Ce système permet de réduire la dépendance à l'équipement galvanométrique, offre une précision système considérable et une bonne compatibilité. Il est désormais largement adopté par les intégrateurs. Cette solution, souvent appelée soudage en vol, est utilisée pour le soudage des barres omnibus des modules, y compris le nettoyage des pôles. Elle permet d'accroître la largeur de traitement de manière flexible et efficace.
galvanomètre 3,3D :
Que ce soit en balayage à focalisation avant ou arrière, la mise au point du faisceau laser ne peut être contrôlée dynamiquement. En mode de balayage à focalisation avant, lorsque la pièce à traiter est petite, la lentille de focalisation possède une certaine profondeur de champ, permettant ainsi un balayage net sur un petit format. Cependant, lorsque la surface à balayer est grande, les points proches de la périphérie sont flous et la mise au point sur la surface de la pièce est impossible car elle dépasse la profondeur de champ du laser. Par conséquent, lorsqu'une mise au point précise du faisceau laser est requise en tout point du plan de balayage et que le champ de vision est large, l'utilisation d'une lentille à focale fixe ne répond pas aux exigences de balayage. Le système de focalisation dynamique est un ensemble de systèmes optiques dont la focale peut être modifiée selon les besoins. Les chercheurs proposent donc d'utiliser une lentille de focalisation dynamique pour compenser la différence de chemin optique et une lentille concave (extenseur de faisceau) se déplaçant linéairement le long de l'axe optique pour contrôler la position de la mise au point et obtenir une compensation dynamique de la différence de chemin optique sur la surface à traiter. Comparé au galvanomètre 2D, le galvanomètre 3D se distingue principalement par l'ajout d'un système optique sur l'axe Z. Ce système permet de modifier librement la position de mise au point pendant le soudage et de réaliser des soudures sur des surfaces courbes, sans nécessiter de changement de support (machine-outil, etc.) comme avec le galvanomètre 2D. La hauteur du robot sert à ajuster la position de mise au point.
Date de publication : 23 mai 2024
