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检流计扫描加快激光加工
2008/5/5/10:14 来源：中国金属加工在线

    在过去的二十年中，激光加工系统得到了无数工业应用领域的青睐，如，焊接，切割，刻线，雕版，钻孔，以及打标。检流计扫描系统常被用于使激光光斑在工件上快速而准确的定位。这种系统利用一对可旋转的镜子来实现二维可控的激光光束偏转。激光光束可被精确的定位，通过以一定的速度往复移动光束从而获得规定的图案。扫描头上的控制器单一的决定了激光光斑所走的轮廓。

    与传统方案相比，激光的材料加工由于使用了扫描系统带来了许多的优势：高水平的动力学性能以及加工速度；消除了机械工具磨损；非接触加工；小且精确限定的热影响区域；特有的柔性，无须再加工。

应用

    激光打标是检流计扫描系统的一个关键应用。用激光标志的文字有永久性特点，此外，可读性很好，且不需要耗材的使用。这项应用对于食品包装上的有效期代码或者是ATM卡和身份证上的文字都是很理想的选择。

    扫描系统在其他许多领域也得到了应用，如高精度的材料加工领域，电子工业（硅加工，印刷电路版钻孔），医疗技术领域（激光眼科手术，相干眼底断层扫描仪），快速制造业（激光快速成型技术，激光烧结/熔融），以及用千瓦级功率的激光进行切割或者焊接。

    由于对激光功率，精确度和加工速度的不同要求，市场上有大量的扫描系统配置。图1给出了不同应用的概况，它们的要求，以及合适的扫描头。
配置

    如果不考虑应用的话，激光的材料加工系统从本质上来说依赖以下组件：激光光源，光束整形，光束定位，和控制器。此外还需要使用附加的特定用途的组件，如操作系统，图象处理，或者进程控制设备。图2给出了基本的扫描头系统装置，图3给出了不同的聚焦镜组件的具体描述。
对于聚焦，典型的是使用专门的平场镜片，即，F-Theta镜头，安装在扫描头的光束出射处。这个镜头聚焦经过准直后的激光而不受限于偏转镜的位置，且聚焦后总是在一个平面内。这种F-Theta镜头有许多不同的波长以及焦距可供选择。所得到的象场边长通常是镜头焦距的50%-70%。被用于材料微加工的远心F-Theta镜头将激光束垂直的聚焦在象场，边长典型值为50mm。
焦斑的直径由镜头的焦距 f，可处理的表面面积，以及激光类型和扫描头的孔径等因素决定。对高斯分布的光束来说，其焦斑直径s，可以通过以下公式计算：

    s = λf M2 k / d

    这里，λ是激光波长，M2表征光束质量，d是经过聚焦光学系统前的光束直径。参数k表征激光光束由于孔径或者是在镜头内时产生的衍射效应。为了使焦点处的功率密度达到最大，即，提高加工速度，光束宽度必须扩展至与扫描头孔径相等。这种情况下，k = 1.83。

    在一些应用中，快速移动的透镜系统被置于扫描器前端，用来调节焦距以符合偏转镜和激光在工件上的目标点之间的距离。这种varioSCAN可变扫描光学装置在没有合适的F-Theta镜头可用时尤其有用，例如在光束直径长或者象场较大时，在高的激光功率或者激光波长特别时就可以使用。此外，这些varioSCAN可变扫描光学部件在扫描范围内可实现三维加工，它们可以被单独使用，或者与F-Theta镜头一起使用。

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