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激光打標機振鏡新技術--減少熱應力

作者: 發表時間:2018-07-23 20:24:43瀏覽量:631

打標應用中,掃描振鏡采用的反射鏡類型包含有石英基底材料,厚度在2.0和7.0 mm之間,這取決于反射鏡尺寸和角加速度。電解質鍍膜在對應的波長范圍內(例如,對于高功率半導體激光器和入射角兩側偏轉范圍超過±12 時,在780 nm和980 nm之間)提供足夠的反射率(>98.0%)。這種反射鏡通常能承受的功率密度達500 W/cm2,對于傳統的打標應用綽綽有余...
  打標應用中,掃描振鏡采用的反射鏡類型包含有石英基底材料,厚度在2.0和7.0 mm之間,這取決于反射鏡尺寸和角加速度。電解質鍍膜在對應的波長范圍內(例如,對于高功率半導體激光器和入射角兩側偏轉范圍超過±12 時,在780 nm和980 nm之間)提供足夠的反射率(>98.0%)。這種反射鏡通常能承受的功率密度達500 W/cm2,對于傳統的打標應用綽綽有余。掃描頭引入其他應用場合后帶來了其他挑戰,比如聚合物焊接。這些應用要求對工件溫度進行精確控制,通常通過高溫計進行非接觸式測量。對于這項技術,工件的熱輻射信號必須從激光光斑位置沿激光光路返回到傳感器中,比如,通過振鏡鏡片反射回。高溫測量典型波長范圍為1.7到2.2 m。由于該波長范圍內的介電層對于激光輻射是可穿透的,因此在石英基底背面加上一層鋁鍍膜便可解決問題。這里應提醒讀者,如果要擴展波長范圍,則需要調整掃描光學系統。

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  更高功率的其他新應用,比如激光遠程焊接、遠程切割、或掃描熱處理,要求幾百瓦到甚至數千瓦的功率,這對振鏡掃描頭提出了新的挑戰。即使介質反射鏡反射率很高(特別有鍍鋁層后),部分光線(<2%)仍可能透射并被反射鏡基底或周圍部件吸收。對于低功率激光器而言,這種情況很好處理。不過高功率激光器可能導致裝置內部產生大量熱量,由此導致明顯的熱漂移和不合格的長期穩定性波動。因此,掃描裝置水冷功能非常必要,但通常不足以解決問題。這是因為它無法避免石英反射鏡的熱載荷和其導致的影響,比如導致膠層形變甚至變軟或者由于轉子和軸承發熱導致振鏡驅動故障。因此,新的鏡面技術必不可少。

  石英的一大缺點是它的熱導率很低,這導致它的冷卻性能很差。硅基材料,比如硅或碳化硅,可提供較高的熱導率。由于碳硅基材料強度更高,因此允許減小其厚度,盡管其密度較高,仍可減輕總體質量。如果使用不透明基底,如Si或SiC,寬波段反射鍍鋁層可直接鍍在鍍電介質膜和硅基材料之間介電層上。對反射鏡基底機械設計進行仔細的模型計算,可在穩定性、重量、導熱性和轉動慣量方面獲得優化的設計。


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