Динамические характеристики гальванометрического сканатора для лазерной поверхностной обработки

Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы


Авторы

Гилязов М. Р. *, Нагулин К. Ю. **, Гильмутдинов А. Х. ***

Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева, КНИТУ - КАИ, ул. Карла Маркса, 10, Казань, 420111, Россия

*e-mail: mrgilyazov@kai.ru
**e-mail: knagulin@mail.ru
***e-mail: albert.gilmutdinov@kai.ru

Аннотация

Разработан быстродействующий гальванометрический сканатор для лазерного технологического оборудования. Гальво представляет из себя сопряжение металлического ротора и статора, состоящего из постоянных магнитов, статорных пластин специальной формы и катушки.

Сканатор обеспечивает угол отклонения лазерного луча в диапазоне ±22,50 с максимальной частотой 285 Гц. Путем численного моделирования произведена оценка динамических характеристик сканатора. Посредством анализа затухающих колебаний оценена резонансная частота гальво.

После чего проведена оптимизация управляющего сигнала с помощью ПИД-регулирования подаваемого тока. Критерием оптимальности выступила максимальная линейность движения ротора сканатора. Изучено изменение магнитного потока в процессе осцилляции. Оценено время установления амплитуды вынужденных колебаний ротора (0,02 с).

Ключевые слова

гальво-сканатор, лазерная обработка, управление, численное моделирование

Библиографический список

  1. Авдеев А.В., Метельников А.А. Бортовая лазерная силовая установка для борьбы с космическим мусором // Труды МАИ. 2016. № 89. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=72840

  2. Рябцев М.В. Датчик угла поворота многооборотного электропривода // Труды МАИ. 2013. № 63. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=36127

  3. Марчуков Е.Ю., Кулалаев В.В., Вовк М.Ю. Методика расчета разрушения динамической мишени лазерным лучом на заданной дальности // Труды МАИ. 2018. № 99. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=91645

  4. Людоговский П.Л., Комкова МА. Методы измерений геометрических параметров изделий с помощью лазерных координатно-измерительных систем в современных машиностроительных производствах // Известия вузов. Авиационная техника. 2016. № 4. С. 165 – 168.

  5. Полулях К.С. Резонансные методы измерений. – М.: Энергия, 1980. – 120 с.

  6. Волков Н.И., Миловзоров В.П. Электромашинные устройства автоматики. Учебник для вузов. – М.: Высшая школа, 1986. – С. 198 – 204.

  7. Wang D, Chen X. A tutorial on loop-shaping control methodologies for precision positioning systems // Advances in mechanical engineering, 2017, no. 9 (12), available at: http://doi.org/10.1177/1687814017742824.

  8. Schaeffer R. Galvo based laser scanning systems // CircuiTree, 2003, vol. 9, no. 16, pp. 32 – 34.

  9. Chuanqian Peng; Yumei He; Jie Wang. Optimization of pencil beam f-theta lens for high-accuracy metrology. Optical Engineering, available at: https://doi.org/10.1117/1.oe.57.1.015101

  10. Schleifenbaum H., Meiners W., Wissenbach K. Individualisierte Produktion mittels High Power Selective Laser Melting (SLM) // Werkstatttechnik online, Jun 09, 2009, pp. 376 – 383.

  11. Lianhua F., Hongzhong C., Ning Z., Xiping X., Xuanming D. Optical design of f-theta lens for dual wavelength selective laser melting // Advanced Optical Design and Manufacturing Technology and Astronomical Telescopes and Instrumentation (2016), available at: https://doi.org/10.1117/12.2246995

  12. Lopez J., Mishchik K Mincuzzi G., Audouard E., Mottay E., Kling R. Efficient Metal Processing Using High Average Power Ultrafast Laser // Journal of laser micro nanoengineering, 2017, available at: https://doi.org 10.2961/jlmn.2017.03.0020

  13. Johnson J. Optics for Laser Scanners. 2015, available at: www.sintecoptronics.com/ref/OpticsForScanSystem.pdf

  14. Jin K.H., Yahng J.S., Park C.S., Yang H.S., Kim C.Y., Ye J.C., Yee D.S. Telecentric F-theta Lens for High-Speed Terahertz Reflection Three-Dimensional Imaging // Proc. The International Conference on Photonics and Optical Engineering (ICPOE 2014), available at: https://doi.org/10.1109/irmmw-thz.2014.6956093

  15. Xiaoling Sun, Bin Zhou, Weihao Xie, Yuangeng Zhang. The design of laser scanning galvanometer system // Proc. The International Conference on Photonics and Optical Engineering (ICPOE 2014), 2014, available at: https://doi.org/10.1117/12.2082774

  16. Burdenko M. US Patent 5528411, Resonant scanner, available at: https://ieeexplore.ieee.org/document/6956093/

  17. Выскуб В.Г. Система управления оптико-механическим сканатором с магнитоэлектрическим приводом // Известия вузов. Приборостроение. 2005. Т. 48. № 2. С. 68 – 72.

  18. Chen W., Xu Y., Zhang H.X., Liu P., Jiao G.H. Optical lenses design and investigations of a dynamic focusing unit for a CO2 laser scanning system // Proc. Laser Beam Shaping XVII, 27 September 2016, available at: https://doi.org/10.1117/12.2236257

  19. J. Xie. Real-time focus control in broad flat field laser material processing // Optics and Laser Technology, 2008, vol. 40, no. 2, pp. 330 – 336.

  20. Takahashi K., Kwon H.N, Saruta K., Mita M., Fujita H., Toshiyoshi H. A two-dimensional f-theta micro optical lens scanner with electrostatic comb-drive XY-stage // Ieice Electronics Express, 2015, vol. 2, no. 21, pp. 542 – 547.


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2021

Вход