30光斑振鏡

一、簡介

30光斑振鏡設計波長1064nm，入射孔徑30mm，本產品設計為數字信號傳輸。本產品為了冷卻鏡片預留壓縮空氣連接口，為冷卻入射孔和驅動板預留冷卻水連接口，請在設備上準確連接合適的水和壓縮空氣。

二、工作原理

掃描頭的基本工作是在X-Y方向上偏轉光束并將光束聚焦在工作面上。借助于兩個偏轉鏡片實現光束偏轉，見圖1。光束通過輸入孔徑進入掃描頭，先由綁定在掃描電機1上的鏡片1實現Y方向反射，然后到達與掃描電機2綁定在一起的鏡片2上，實現X方向的偏轉。通過控制掃描電機的位置就能夠精確調整光束的偏轉角度。在掃描頭出光孔處安裝有掃描透鏡，借助它光束聚焦在工作平面上。如果使用F-θ物鏡，圖像域上焦點的位置就和光束的入射角成正比。

2.1 振鏡電機的特性和激光束的動態定位

掃描電機和驅動板可以保證兩個偏轉鏡片的精確動態控制，這使激光束的高速精確定位成為可能，此特性在現代應用中有廣泛的需求。為了保證理想的操作，必須考慮振鏡的下列特性：

絕大多數激光應用要求激光以恒定的處理速度聚焦到工作臺的軌跡上。為達到這個目的，控制器（PC）細分軌跡成為微步階。微步階的步長取決于輸出周期和所需的速度。動態檢流的使用，能夠優化微向量的控制。因此，在快速定位中，也建議使用矢量控制法。對于劇烈的跳轉，確定的定位速度會防止過度的振蕩，同時可縮短定位時間。定位速度通常明顯高于處理速度。對G30系列振鏡而言，推薦的典型光束定位速度為25rad/s ，不得超過40rad/s。根據不同的應用，處理速度必須做相應的調整。例如用G30標記小字符，在f-θ鏡的焦距為160mm時，典型的打標速度是1m/s。在其他應用場合或不同的光路配置下，這個速度肯定是不同的。

振鏡電機運動不會立即追隨著矢量控制指令，有一定的“時滯”（時間滯后）。“時滯”體現振鏡電機響應性質的特點。矢量控制的輸出周期必須遠遠小于時滯。否則，伺服在試圖跟隨單個的微步階時，振鏡電機將不能以恒定速度移動。這將使伺服處于連續調節狀態，增加功率消耗和電機的熱應力。因此，建議使用盡可能短的輸出周期，不要大于“時滯”的 20%。協調“掃描頭”和“激光控制”的應用軟件必須考慮到上述的“振蕩”和“時滯”特性。

環境的波動，尤其是溫度的變化，會引起掃描頭的漂移，一種是位置移動，稱為“偏置漂移”， 另一種是工作區域尺寸增大或減小的變化，稱為“增益漂移”。因此，高精度的應用場合應在掃描頭達到其操作溫度后再開始。并使掃描頭運行環境溫度變化的幅度盡可能的小。

2.1 控制板和掃描頭之間的數據傳輸

掃描頭內鏡片的位置由數字信號傳輸和控制。控制器和掃描頭經一個串行接口互聯，數據傳輸符合XY2-100協議。主要傳輸下列幾個信號：

控制器為X軸、Y軸以及Z軸（可以選擇的）提供位置數據。

掃描頭產生一個狀態信號反饋給控制器。

同步信號SYN和時鐘信號CLK

請嚴格遵照本說明提供的連線說明連接數據線。

狀態信號

掃描頭提供了一個狀態信號PWROK。PWROK=0表示電源出現問題或驅動進入保護狀態。上電初始PWROK=0，大約1秒PWROK信號切換到1。如果上電后1秒內PWROK信號沒有切換到1，或在正常操作期間該信號從1切換到0，必須立即關斷激光。在某些情況，系統可能偏轉激光束到一個不確定的方向上，可能造成身體損傷或設備損害。此時必須立即檢查系統并確定故障原因。一個有缺陷的電源也有可能造成在正常操作期間該信號從1切換到0。參看“電源”部分。當環境溫度過高或負載過重使振鏡溫度超過臨界值時，也會造成在正常操作期間該信號從1切換到0。注意確保安全的操作溫度。

溫度信號

溫度信號通常在0和1之間轉換，當操作溫度達到時（這個可能需要幾分鐘）。在操作過程中，如果溫度低于最低操作溫度或者高于允許的最高溫度，溫度信號就會轉換為0，在這種情況下，系統操作不必立即停止，但是可能會有大的漂移或者其他副作用。如果系統操作不被停止，掃描頭的溫度達到一個較高的臨界值，為避免掃描頭熱損傷，內置的溫度控制裝置就會切斷掃描頭驅動器如果掃描頭溫度降低到極限溫度以下，掃描頭驅動器將會自動重啟。

位置確認

位置確認=1意味著給定值和實際值之間有差異，這個差異小于圖像區域的0.5％。位置確認信號通常在通電幾秒之內轉換為1。

2.4  光學組成

為達到激光應用中理想的光學特性，掃描頭的光學部件必須滿足實際應用以及激光器的需求。為了理想的鏡片反射率，根據客戶所需要的激光功率和波長，選定合適的涂層。根據需要的光斑尺寸和掃描度，選定鏡片尺寸和掃描頭的入光孔徑。用戶必須確保射入的激光參數（波長、功率密度和光斑直徑）符合掃描頭說明書。否則可能會出現以下情況：

偏轉鏡的涂層為特定的波長或波長范圍。如果使用的激光波長脫離了這個值，鏡片不會正常工作，甚至損毀。

偏轉鏡的涂層也有特定的最大激光功率密度。如果施加到鏡片的激光功率密度超過規定的激光功率密度，鏡片可能會損毀。

偏轉鏡有特定的光束直徑要求和最大允許掃描角度要求。如果光束直徑或掃描角度超過特定的最大值，會發生暈散。光束不再被鏡片完全偏射。光束的一部分被掃描頭吸收，在圖像區域的邊緣功率密度下降，功耗增加，進而導致掃描頭內部和物鏡的損壞。

三、注意事項

在安裝或檢查系統前，請確保切斷電源；

嚴禁觸摸偏轉鏡面，清潔鏡面時，必須帶指套，用鏡頭紙照規則清理；

在掃描頭連接好后，會形成一個錐形輻射區；

先打開控制器和掃描頭的電源，再打開激光；否則，激光束可能反射在任意方向；

在此過程中，請注意安全防護，任何時候嚴禁凝視激光束，避免身體直接接觸激光輻射；

注意防塵，保持系統清潔。

振鏡的基本技術參數

（所有角度指光束偏轉角）

⒈ 孔徑       最大入射光束直徑 30mm

⒉ 步階響應   1%     <1.3ms10%    <4.3ms

光學性能

1. 掃描角度    ±20°

2. 零點偏移    <5mrad

3. 非線性      <3.6mrad

4. 偏斜        <2mrad

5. 增益誤差    <5mrad

動態性能

⒈  跟隨誤差    <0.65ms

⒉  重復精度    <24μrad

⒊  長時間漂移（在恒定環境溫度下連續工作 8 小時）<1mrad 

冷卻規格

1 氣流速度       20 l/min（△p＜2 bar）

2 水流速度       5 l/min（△p＜0.1 bar，p＜4bar）

推薦工作速度（在物鏡f=160mm下）

1. 打標速度    1m/s

2. 定位速度    6m/s

3. 高質量書寫速度   160英文字符/秒（打1mm高度的單線字符）

電氣連接

1. 輸入和輸出信號    XY2-100標準

2. 控制值的最大范圍  0到65535

3. 電源需求   ±（15+1.5）V DC   最大電流   6A

校正   

 0到65535對應-24°到+24°

鏡片

1. 波長        1064nm

   2. 反射率      在1064nm下，在全部角度范圍內，每個鏡片大于99.5%

3. 最大激光功率密度連續波              350W/cm²脈沖波（50ns脈寬）  70MW/cm²

4. 最大激光功率        600W

重量（不含物鏡）：      約5.8kg

操作和儲存條件

1. 操作溫度         +15℃～+35℃

2. 存儲溫度         -35℃～+60℃

3. 環境條件         無凝結、無腐蝕