نظام اللحام الآلي – رأس لحام جلفانومتر

يستخدم رأس التركيز المتوازي جهازًا ميكانيكيًا كمنصة داعمة، ويتحرك ذهابًا وإيابًا عبر هذا الجهاز لتحقيق لحام اللحامات ذات المسارات المختلفة. تعتمد دقة اللحام على دقة المحرك، مما يؤدي إلى مشاكل مثل انخفاض الدقة، وبطء الاستجابة، وكبر القصور الذاتي. يستخدم نظام المسح الجلفانومتري محركًا لتحريك العدسة. يعمل المحرك بتيار كهربائي محدد، ويتميز بدقة عالية، وقصور ذاتي منخفض، واستجابة سريعة. عند تسليط شعاع ضوئي على عدسة الجلفانومتر، يؤدي انحراف الجلفانومتر إلى تغيير زاوية انعكاس شعاع الليزر. وبالتالي، يمكن لشعاع الليزر مسح أي مسار في مجال رؤية المسح عبر نظام الجلفانومتر. يُعد الرأس الرأسي المستخدم في نظام اللحام الروبوتي تطبيقًا قائمًا على هذا المبدأ.

المكونات الرئيسية لـنظام مسح الجلفانومترتتكون هذه الوحدة من مُجمِّع شعاع التوسيع، وعدسة التركيز، وجلفانومتر مسح ثنائي المحور XY، ولوحة التحكم، ونظام برمجيات الحاسوب الرئيسي. يشير الجلفانومتر الماسح بشكل أساسي إلى رأسي المسح XY، واللذين يتم تشغيلهما بواسطة محركات سيرفو ترددية عالية السرعة. يقوم نظام السيرفو ثنائي المحور بتحريك الجلفانومتر الماسح ثنائي المحور XY للانحراف على طول المحورين X وY على التوالي، وذلك عن طريق إرسال إشارات تحكم إلى محركات السيرفو الخاصة بكل محور. وبهذه الطريقة، ومن خلال الحركة المشتركة لعدسة المرآة ثنائية المحور XY، يستطيع نظام التحكم تحويل الإشارة عبر لوحة الجلفانومتر وفقًا لنموذج الرسومات المُعدّ مسبقًا في برنامج الحاسوب الرئيسي ووضع المسار المُحدد، والتحرك بسرعة على مستوى قطعة العمل لتشكيل مسار المسح.

、

بحسب العلاقة الموضعية بين عدسة التركيز وجهاز قياس الغلفانومتر الليزري، يمكن تقسيم نمط مسح الغلفانومتر إلى مسح التركيز الأمامي (الصورة اليسرى) ومسح التركيز الخلفي (الصورة اليمنى). ونظرًا لوجود اختلاف في المسار البصري عند انحراف شعاع الليزر إلى مواضع مختلفة (أي اختلاف مسافة انتقال الشعاع)، فإن مستوى بؤرة الليزر في عملية مسح التركيز الأمامي يكون سطحًا منحنيًا نصف كروي، كما هو موضح في الشكل الأيسر. أما طريقة مسح التركيز الخلفي فتظهر في الشكل الأيمن، حيث تكون العدسة الشيئية عدسة مجال مسطح. تتميز عدسة المجال المسطح بتصميم بصري خاص.

نظام اللحام الآلي

بإدخال التصحيح البصري، يمكن ضبط مستوى التركيز نصف الكروي لشعاع الليزر ليصبح مستوىً مستويًا. يُعدّ المسح بالتركيز الخلفي مناسبًا بشكل أساسي للتطبيقات التي تتطلب دقة معالجة عالية ونطاق معالجة صغير، مثل الوسم بالليزر ولحام البنية المجهرية بالليزر، وما إلى ذلك. مع زيادة مساحة المسح، تزداد فتحة العدسة أيضًا. نظرًا للقيود التقنية والمادية، فإن سعر العدسات ذات الفتحة الكبيرة باهظ جدًا، وهذا الحل غير مقبول. يُعدّ الجمع بين نظام المسح الجلفانومتري أمام العدسة الشيئية وروبوت سداسي المحاور حلاً عمليًا يُمكنه تقليل الاعتماد على معدات الجلفانومتر، ويُمكنه تحقيق درجة عالية من دقة النظام وتوافق جيد. وقد اعتمد معظم مُكاملِي الأنظمة هذا الحل، والذي يُطلق عليه غالبًا اسم اللحام الطائر. يُمكن استخدام اللحام الطائر في لحام قضبان التوصيل في الوحدات، بما في ذلك تنظيف الأقطاب، مما يُتيح زيادة مرونة وكفاءة تنسيق المعالجة.

سواءً كان المسح الضوئي أمامي التركيز أو خلفي التركيز، لا يمكن التحكم في تركيز شعاع الليزر للتركيز الديناميكي. في وضع المسح الضوئي الأمامي التركيز، عندما تكون قطعة العمل المراد معالجتها صغيرة، تتمتع عدسة التركيز بنطاق عمق بؤري محدد، مما يسمح بإجراء مسح ضوئي دقيق حتى مع الأحجام الصغيرة. مع ذلك، عندما يكون سطح المسح كبيرًا، تصبح النقاط القريبة من المحيط خارج نطاق التركيز، ولا يمكن تركيزها على سطح قطعة العمل لأنها تتجاوز الحدين الأعلى والأدنى لعمق بؤرة الليزر. لذلك، عندما يكون مطلوبًا تركيز شعاع الليزر بدقة في أي موضع على سطح المسح، ويكون مجال الرؤية واسعًا، فإن استخدام عدسة ذات بُعد بؤري ثابت لا يفي بمتطلبات المسح.

نظام التركيز الديناميكي هو نظام بصري يمكن تغيير بُعده البؤري حسب الحاجة. ولذلك، باستخدام عدسة تركيز ديناميكية لتعويض فرق المسار البصري، تتحرك العدسة المقعرة (موسع الشعاع) خطيًا على طول المحور البصري للتحكم في موضع التركيز، مما يحقق تعويضًا ديناميكيًا لفرق المسار البصري للسطح المراد معالجته في مواضع مختلفة. بالمقارنة مع الجلفانومتر ثنائي الأبعاد، يضيف الجلفانومتر ثلاثي الأبعاد بشكل أساسي "نظامًا بصريًا على المحور Z"، مما يسمح له بتغيير موضع التركيز بحرية أثناء عملية اللحام وإجراء لحام الأسطح المنحنية مكانيًا، دون الحاجة إلى ضبط موضع تركيز اللحام عن طريق تغيير ارتفاع الحامل، مثل آلة التشغيل أو الروبوت، كما هو الحال في الجلفانومتر ثنائي الأبعاد.

يمكن لنظام التركيز الديناميكي تغيير مقدار عدم التركيز، وتغيير حجم البقعة، وتحقيق ضبط التركيز على المحور Z، والمعالجة ثلاثية الأبعاد.

تُعرَّف مسافة العمل بأنها المسافة من الحافة الميكانيكية الأمامية للعدسة إلى مستوى البؤرة أو مستوى المسح للعدسة الشيئية. يُرجى الانتباه إلى عدم الخلط بينها وبين البعد البؤري الفعال للعدسة الشيئية، والذي يُقاس من المستوى الرئيسي، وهو مستوى افتراضي يُفترض أن نظام العدسات بأكمله ينكسر فيه، إلى مستوى البؤرة للنظام البصري.