Page 22 - LFWC_JanFeb2017_eMag

Applications 应用天地

度，允许激光器在兆赫兹范围内工作。

增加重复频率

图 3 给出了以 2MHz 的重复频率
和 6m/s 的扫描速度，产生的鲨鱼皮
图案的表面和 3D 结构。增加吞吐量
意味着增加平均功率，以获得更高的
a) b) 烧蚀率。只是通过使用更高的脉冲能
量增加平均功率，将导致不良的表面
质量，特别是对于不锈钢材料而言。
因此，通过与激光脉冲重复频率一起
增加平均功率，来维持最佳激光峰值
10 µm 10 µm
能量密度。
使用单向和双向扫描模式进行
实验。所实现的特定移除速率（每单
图2：（a）以6m/s的扫描速度和285kHz的重复频率产生的孔阵列，得到21μm的脉冲间隔；最下面的线是
具有21μm的脉冲间隔和<1μm的最大偏差的参考图案。（b）以25m/s的扫描速度和2MHz的重复频率产生 位时间和平均功率移除的材料）不
的另一孔阵列，产生12.5μm（参考线中为25μm）的脉冲间隔。使用带有数字编码器技术的intelliSCANse
扫描系统（上图）来创建这些阵列。 受所使用的扫描模式的影响。对于
8.2MHz 的最高激光重复频率，获得
获得专利的偏斜误差（SE）技术。数 控制算法的轨迹需要仔细规划，避免 的表面加工质量仍然良好。只观察到
字编码器的使用允许位置角度关系具 超出系统动力学的加速度。因为 PID 熔化的“蠕虫”和液滴的少量增加，
有更好的线性度，这对于激光脉冲沿 控制器具有有限的带宽，所以振镜系 并且在两种扫描模式之间没有差异。
扫描路径的均匀分布至关重要。 统不会没有跟踪误差，这可能限制应 这些结果引申出如下结论 ：使用上述
与依赖于附接到振镜轴端部的盘 用中振镜系统的总体精度。性能必须 设置和参数的烧蚀过程，振镜频率可
标尺的常见角度位置编码器不同，SE 通过实验测量。使用德国 Reflexxes 提升到兆赫兹范围，对加工结果没有
编码器配有偏转光束的小反射镜。当 公司的 Reflexxes Motion Libraries 在 任何负面影响。
振镜轴旋转时，光束在固定的标尺上 线运动生成软件来规划轨迹。
扫描。受益于该编码器设计所实现的 为了评估振镜系统在高速下的精 新的扫描控制算法
低惯性和高信号质量，即使在非常高 确度，在振镜静止时拍摄孔的参考图 虽然在实验中应用的方法显示与
的扫描速度下，振镜也能保持动态性 案，见图 2。 基于标准振镜的系统相比，生产率显
能和精度，超过了通过振镜技术可获 扫描速度为 6m/s 和重复频率为 著增加，但在某种程度上是以牺牲灵
得的通常速度范围。 285kHz 产生的脉冲间隔为 21μm（见 活性为代价的。到目前为止，只实现
通常，用于闭环 PID 位置控制的 图 2a）。所产生的孔的位置与基准线 了矩形加工区域 ──对于要处理的
参数，必须调谐到振镜的期望动态值。 中孔的位置之间，没有可见的偏差。 不同几何形状，必须仔细调谐参数以
为了避免闭环 PID 位置控制的不稳定 在图 2b 中，扫描速度增加到 25m/s， 实现满意的精度，并且复杂的编程限
行为，在动力学（带宽）和振镜运行 重复频率设置为 2.1MHz，所得到的 制了其可用性。此外，稳定振镜速度
的最大速度之间进行折衷。 脉冲间隔为 12.5μm，并且可以看到， 所需的前驱长度限制了占空比，特别
为了能实施该实验，专门开发了 孔的位置与参考线中孔的位置之间， 是对于短线（小结构）。
一套特殊的调谐系统，允许最高速度， 有 5μm 的最大偏差。 为了解决这些问题，计划进
消除振镜速度限制，这是以牺牲不适 这些结果表明，新的振镜系统可 行进一步的实验，其中将使用配有
当的位置轨迹的输入公差为代价的。 以实现具有高精度的 25m/s 的扫描速 SCANahead 控制平台的 excelliSCAN
下转第23页

20 Jan/ Feb 2017 www.laserfocusworld.com.cn Laser Focus World China 激光世界