Giải pháp hệ thống quang học xử lý laser

Giải pháp hệ thống quang học xử lý laser
Việc xác địnhxử lý bằng laserGiải pháp cho hệ thống quang học phụ thuộc vào kịch bản ứng dụng cụ thể. Các kịch bản khác nhau dẫn đến các giải pháp khác nhau cho hệ thống quang học. Cần phân tích cụ thể cho từng ứng dụng. Hệ thống quang học được thể hiện trong Hình 1:

Hướng tư duy là: mục tiêu quy trình cụ thể –tia laserĐặc điểm – Thiết kế sơ đồ hệ thống quang học – Thực hiện mục tiêu cuối cùng. Sau đây là một số lĩnh vực ứng dụng khác nhau:
1. Lĩnh vực gia công vi mô chính xác (khắc, ăn mòn, khoan, cắt chính xác, v.v.) Các quy trình điển hình phổ biến trong lĩnh vực gia công vi mô chính xác là gia công vi mô trên các vật liệu như kim loại, gốm sứ và thủy tinh, chẳng hạn như khắc logo cho điện thoại di động, stent y tế, lỗ siêu nhỏ cho vòi phun nhiên liệu khí, v.v. Yêu cầu cốt lõi trong quá trình gia công là: thứ nhất, phải đáp ứng được các điểm sáng hội tụ cực nhỏ, mật độ năng lượng cực cao và vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ nhất, v.v. Đối với các ứng dụng và yêu cầu nêu trên, việc lựa chọn và thiết kếnguồn sáng laservà các thành phần khác được thực hiện.
a. Lựa chọn laser: Việc lựa chọn laser rắn tia cực tím/xanh lá cây (xung nano giây) hoặc laser siêu nhanh (xung pico giây, femto giây) chủ yếu là do hai lý do. Thứ nhất, bước sóng tỷ lệ thuận với điểm sáng hội tụ, và thông thường người ta chọn bước sóng ngắn. Thứ hai, các xung pico giây/femto giây có đặc tính “xử lý lạnh”, năng lượng được xử lý hoàn toàn trước khi khuếch tán nhiệt, giúp đạt được khả năng xử lý lạnh. Nói chung, người ta chọn nguồn sáng laser có đầu ra ánh sáng phân bố đều, với hệ số chất lượng chùm tia M2 thường nhỏ hơn 1,1, cho chất lượng chùm tia vượt trội.
b. Hệ thống mở rộng chùm tia và hệ thống hội tụ thường sử dụng các thấu kính mở rộng chùm tia có độ phóng đại thay đổi (2X – 5X), nhằm mục đích tăng đường kính chùm tia càng nhiều càng tốt. Đường kính chùm tia tỷ lệ nghịch với điểm sáng hội tụ, và kiến ​​trúc mở rộng chùm tia kiểu Galilean thường được sử dụng.
c. Hệ thống hội tụ thường sử dụng thấu kính F-Theta hiệu suất cao (để quét) hoặc thấu kính hội tụ telecentric. Tiêu cự tỷ lệ thuận với điểm sáng hội tụ, và thường sử dụng các thấu kính trường tiêu cự ngắn (chẳng hạn như f = 50mm, 100mm). Như thể hiện trong Hình 1: Nói chung, thấu kính trường sử dụng một nhóm thấu kính đa thành phần (số lượng thấu kính ≥ 3), có thể đạt được trường nhìn rộng, khẩu độ lớn và chỉ số quang sai thấp. Tất cả các thấu kính quang học ở đây đều cần phải xem xét ngưỡng chịu đựng của tia laser.
d. Hệ thống quang giám sát đồng trục: Trong hệ thống quang học, hệ thống thị giác đồng trục (CMOS) thường được tích hợp để định vị chính xác và giám sát quá trình xử lý theo thời gian thực.
2. Gia công vật liệu kích thước lớn Các trường hợp ứng dụng điển hình của gia công vật liệu kích thước lớn bao gồm cắt các tấm vật liệu ô tô, hàn các tấm thép thân tàu và hàn vỏ pin. Các quy trình này đòi hỏi công suất cao, khả năng xuyên thấu cao, hiệu suất cao và độ ổn định khi gia công.
3. Sản xuất bồi đắp bằng laser (in 3D) và phủ lớp Các ứng dụng sản xuất bồi đắp bằng laser (in 3D) và phủ lớp thường bao gồm các quy trình điển hình sau: in kim loại phức tạp trong ngành hàng không vũ trụ, sửa chữa cánh quạt động cơ, v.v.
Việc lựa chọn các thành phần cốt lõi như sau:
a. Lựa chọn laser: Nói chung,laser sợi quang công suất caođược lựa chọn, với công suất thường vượt quá 500W.
b. Tạo hình chùm tia: Hệ thống quang học này cần tạo ra ánh sáng có dạng đỉnh phẳng, do đó tạo hình chùm tia là công nghệ cốt lõi và có thể đạt được bằng cách sử dụng các phần tử quang học nhiễu xạ.
c. Hệ thống lấy nét: Gương và khả năng lấy nét động là những yêu cầu cơ bản trong lĩnh vực in 3D. Đồng thời, thấu kính quét cần sử dụng thiết kế telecentric phía vật thể để đảm bảo tính nhất quán trong quá trình xử lý ở rìa và trung tâm.