حلول أنظمة المعالجة البصرية بالليزر

حلول أنظمة المعالجة البصرية بالليزر
تحديدمعالجة الليزريعتمد حل النظام البصري على سيناريو التطبيق المحدد. وتؤدي السيناريوهات المختلفة إلى حلول مختلفة للنظام البصري. ويتطلب كل تطبيق تحليلاً خاصاً. يوضح الشكل 1 النظام البصري:

مسار التفكير هو: أهداف عملية ملموسة –ليزرالخصائص – تصميم مخطط النظام البصري – تحقيق الهدف النهائي. فيما يلي بعض مجالات التطبيق المختلفة:
1. مجال المعالجة الدقيقة (التعليم، الحفر، الثقب، القطع الدقيق، إلخ). تشمل العمليات الشائعة في مجال المعالجة الدقيقة المعالجة الميكرومترية على مواد مثل المعادن والسيراميك والزجاج، مثل تعليم شعارات الهواتف المحمولة، والدعامات الطبية، والثقوب الدقيقة لفوهات حقن الوقود الغازي، وما إلى ذلك. يتمثل الشرط الأساسي في عملية المعالجة في: أولاً، يجب أن توفر بقع ضوئية مركزة صغيرة للغاية، وكثافة طاقة عالية للغاية، وأصغر منطقة تأثير حراري، وما إلى ذلك. بالنسبة للتطبيقات والمتطلبات المذكورة أعلاه، يتم اختيار وتصميممصادر ضوء الليزرويتم تنفيذ مكونات أخرى.
أ. اختيار الليزر: يُفضّل استخدام ليزر الأشعة فوق البنفسجية/الأخضر الصلب (نانو ثانية) أو الليزر فائق السرعة (بيكوثانية، فيمتوثانية) لسببين رئيسيين. أولهما أن الطول الموجي يتناسب طرديًا مع بقعة الضوء المركزة، ولذلك يُختار عادةً طول موجي قصير. وثانيهما أن نبضات البيكوثانية/الفيمتوثانية تتميز بخاصية "المعالجة الباردة"، حيث تُستكمل معالجة الطاقة قبل الانتشار الحراري، مما يُحقق المعالجة الباردة. عمومًا، يُختار مصدر ضوء ليزر ذو خرج ضوئي مكاني، بمعامل جودة شعاع M² أقل من 1.1، مما يُوفر جودة شعاع فائقة.
ب. عادةً ما تستخدم أنظمة توسيع الشعاع وأنظمة التجميع عدسات توسيع شعاع ذات تكبير متغير (2X - 5X)، في محاولة لزيادة قطر الشعاع قدر الإمكان. يتناسب قطر الشعاع عكسيًا مع بقعة الضوء المركزة، ويُستخدم عادةً تصميم توسيع شعاع غاليليو.
ج. يستخدم نظام التركيز عادةً عدسات F-Theta عالية الأداء (للمسح الضوئي) أو عدسات تركيز مركزية. يتناسب البعد البؤري طرديًا مع بقعة الضوء المركزة، وتُستخدم عمومًا عدسات مجال بؤري قصير (مثل f = 50 مم، 100 مم). كما هو موضح في الشكل 1: تستخدم عدسة المجال عادةً مجموعة عدسات متعددة العناصر (عدد العدسات ≥ 3)، مما يُتيح مجال رؤية واسعًا وفتحة عدسة كبيرة ومؤشرات انحراف منخفضة. يجب مراعاة عتبة تلف الليزر في جميع العدسات البصرية المستخدمة هنا.
د. نظام المراقبة البصرية المحورية: في النظام البصري، يتم عادةً دمج نظام رؤية محوري (CMOS) لتحديد المواقع بدقة والمراقبة في الوقت الحقيقي لعملية المعالجة.
٢. معالجة المواد الكبيرة: تشمل سيناريوهات التطبيق النموذجية لمعالجة المواد الكبيرة قطع صفائح مواد السيارات، ولحام ألواح الصلب لهياكل السفن، ولحام أغلفة بطاريات السيارات. تتطلب هذه العمليات طاقة عالية، وقدرة اختراق عالية، وكفاءة عالية، واستقرارًا في المعالجة.
3. التصنيع الإضافي بالليزر (الطباعة ثلاثية الأبعاد) وتطبيقات التكسية تتضمن عادةً العمليات النموذجية التالية: الطباعة المعدنية المعقدة في مجال الطيران والفضاء، وإصلاح شفرات المحركات، وما إلى ذلك.
يتم اختيار المكونات الأساسية على النحو التالي:
أ. اختيار الليزر: بشكل عام،ليزرات الألياف عالية الطاقةيتم اختيارها، بقدرة تتجاوز عادةً 500 واط.
ب. تشكيل الشعاع: يحتاج هذا النظام البصري إلى إخراج ضوء مسطح القمة، لذا فإن تشكيل الشعاع هو التقنية الأساسية، ويمكن تحقيقه باستخدام العناصر البصرية الحيودية.
ج. نظام التركيز: تُعدّ المرايا والتركيز الديناميكي من المتطلبات الأساسية في مجال الطباعة ثلاثية الأبعاد. في الوقت نفسه، يجب أن تستخدم عدسة المسح تصميمًا متحد المركز من جانب الجسم لضمان التناسق في معالجة الحواف والمركز.