De op galvanometer-gebaseerde optische scanners zijn de aangewezen het plaatsen oplossing voor een meer en meer brede waaier van industriële, wetenschappelijke, weergave, en medische lasertoepassingen. Terwijl een aantal aftastenbenaderingen beschikbaar zijn, op galvanometer-gebaseerde scanners — algemeen geroepen „galvos“ — aanbiedingsflexibiliteit, snelheid en nauwkeurigheid aan aantrekkelijke kosten. Terwijl vele weergavetoepassingen uit de capaciteit van galvo voordeel halen om een constante snelheid voor superieure beeldkwaliteit te verstrekken, profiteren andere vector-gebaseerde aftastende toepassingen van de snelle tijden van de stapreactie van moderne galvos. Met voortdurende vooruitgang in galvo en servotechnologie, bieden de apparaten closed-loop vandaag bandbreedte van verscheidene kilohertz zelfs voor grotere stralen, stap-reactie tijden in de 100-&s-waaier, maximum rms frequentie >2kHz, enige microradian-niveau het plaatsen resolutie, lagere kosten per as en flexibele plaatsende controle aan om een verscheidenheid van moties over brede hoeken te beschrijven.

Dit heeft nieuwe niveaus van prestaties in laser het merken en andere materiële verwerkingstoepassingen, via boring, hoge resolutiedruk en weergavetoepassingen, DNA-analyse en drugontdekkingssystemen, en lage kosten biomedische systemen toegelaten die onderzoek en opsporingsmogelijkheden van het onderzoeklaboratorium aan de spreekkamer brengen. De ontwerpvereisten van elke toepassing, echter, leggen variërende nadruk op snelheid, nauwkeurigheid, grootte en kosten.

Gelukkig, laten de vele galvoconfiguraties en de mogelijkheden systeemontwerpers toe om het optimale product voor de vereisten van de doeltoepassing te selecteren.

Componenten en Technologie

Een galvosysteem bestaat uit drie belangrijkste onderdelen: de galvanometer, de spiegel (of spiegels) en de servobestuurder die het systeem controleert. Aangezien de galvosystemen hogere snelheden en prestaties aanbieden, worden het correcte ontwerp en de juiste selectie onder deze componenten meer en meer belangrijk voor het bereiken van maximumprestaties. Aangezien de galvosystemen 100-&s-staptijden hebben bereikt en rms de frequenties >2kHz hebben bereikt, veel van de ontwerpregels en de principes dat van toepassing geweest bij de systeem-plaatsende prestaties in milliseconden werden gemeten niet meer adequaat zijn.

De Galvanometer

Galvo zelf bestaat uit twee belangrijke delen: actuator die de spiegellading en de integrale positiedetector manipuleert die de informatie van de spiegelpositie aan het gesloten lijnsysteem verstrekt.

Twee actuator configuraties dienen de krachtige systemen algemeen van vandaag. De bewegende magneet, waarin de magneet deel van de rotor uitmaakt en de rol deel van de stator uitmaakt, verstrekt de hoogste systeem-resonerende frequenties wegens zijn eenvormig rotorontwerp. De bewegende rol, waarin de rol aan de rotor integraal is en waarin de magneet deel van de stator uitmaakt, biedt hoogste de torsie-aan-inertie verhouding en de hoogste torsieefficiency aan.

In de twee gemeenschappelijke types van positiedetectors, de bewegingen van het detectorelement als deel van de structuur van de galvorotor. In het bewegende diëlektrische capacitieve ontwerp, melden de een radiofrequentiebronschijven twee veranderlijke condensatoren, en de resulterende gerectificeerde differentiële stromen de positie van galvoactuator en de spiegel. In de nieuwe optische ontwerpen van de positiedetector, verlicht een lichtbron delen van vier fotocellen. Tussen de lichtbron en de ontvangers, giet een bewegende vlinder zoals vorm min of meer schaduw op paren ontvangerscellen. De resulterende stromen melden de positie van galvoactuator en de spiegel.

Het ontwerp van de plaatsende detector bepaalt zeer de het plaatsen nauwkeurigheid van het systeem, en zijn traagheids en resonerende frequentiekenmerken beïnvloeden de snelheid van het systeem. De compacte, met geringe geluidssterkte en lage inertieeigenschappen van onze gepatenteerde optische positiedetectors verstrekken hogere snelheid, kleinere grootte, en lagere die kosten met capacitieve apparaten, zonder nauwkeurigheid of stabiliteit worden vergeleken te offeren. Voorts kunnen sommige capacitieve detectors het elektrolawaai van rf uitzenden dat zich in nabijgelegen elektronika in het systeem kan mengen en dit lawaai met optische positiedetectors wordt geëlimineerd.

De Spiegel

De spiegel is een belangrijke component van het systeem, in het bijzonder bij verhoogde snelheden. Zijn ontwerp kan de ontwerpdoelstellingen voor snelheid en nauwkeurigheid maken of breken.

Hoogstens moeten het basisniveau, een spiegel of de spiegels de vereiste straaldiameter over de vereiste hoekige waaier houden die in de typische toepassing wordt gespecificeerd. De de de het spiegeldikte, profiel, dwarsdoorsnede en materialen (meest meestal synthetisch gesmolten kiezelzuur, silicium of beryllium) zijn van het grootste belang. Zij beïnvloeden de inertie van het systeem evenals de stijfheid en resonerende frequentie van de actuator en spiegelassemblage.

De verhogingen van stijfheid en resonerende frequentie die niet zeer aan totale systeeminertie toevoegen laten snellere reactietijden en hogere bandbreedte toe. Daarom beïnvloedt het spiegelontwerp niet alleen de optische weg en kosten van het galvosysteem, maar ook de snelheid en de nauwkeurigheid van het algemene systeem.

In twee-as sturen-straalsystemen, vereisen een afstand tussen de assen van omwenteling en de beschikbare hoekige waaier van het ontwerp gewoonlijk de tweede spiegel in het systeem om groter te zijn dan de eerste. Wegens dit, kan de tweede spiegel de component zijn die de snelheid van het volledige twee assysteem beperkt, zijn ontwerp en bouw kritiek maken die. In geoptimaliseerd een twee-as ontwerp, zal de tweede spiegel in zulk een systeem slechts lichte grenzen aan systeemsnelheid, vergeleken met de eerste spiegel verstrekken.

De Servobestuurder

De definitieve component van het galvosysteem is het servoschakelschema dat galvo drijft en de positie van de spiegel controleert. Servo demoduleert de huidige de outputsignalen van de positiedetector, vergelijkt hen met het gebevolen positiesignaal en drijft actuator om galvo in de gewenste positie te brengen, die fout tussen de signalen dwingen bijna aan nul.

Typische servos gebruiken een combinatie de ontdekte positie, de huidige, hoeksnelheid van de galvoaandrijving, en fout of integraal-van-foutensignalen om closed-loop systeemcontrole bij de gewenste het plaatsen snelheid en de nauwkeurigheid toe te laten. Enkel aangezien er vele vooruitgang in het ontwerp van actuators en positiedetectors is geweest, zijn de aan de gang zijnde ontwikkelingen in servoelektronika kritiek aan het nemen van het meest volledige voordeel van galvovooruitgang in bandbreedte en rms vermogen geweest. De nieuwe digitale servoarchitectuur zoals staat-Ruimte, heeft galvoprestaties geduwd voorbij wat met analoge of digitale PID servos uitvoerbaar was.

Analoge Servoconfiguraties

Twee analoge servoconfiguraties optimaliseren of brengen algemeen de snelheid en nauwkeurigheidsvereisten in evenwicht, die vaak in belang concurreren. Servo integreren, verwezen naar als Klasse 1, of (evenredig-integraal-Afgeleid) PID, gebruikt geïntegreerde positiefout op het hoogste niveau van het plaatsen nauwkeurigheid met de minste hoekige fout te regelen. De toepassingen die precisie vaak over snelheid taxeren baseren zich bij het integreren van Klasse 1 servocontrolemechanismen. Servo niet-integreert, of Klasse 0, kan hogere systeemsnelheden verstrekken omdat het de integratietijd vermijdt. Deze configuratie wordt gebruikt wanneer wat precisie (tot ongeveer 100 &rad) wordt geofferd om de snelheid, vaak met 10 percenten of meer te verhogen. Veel van de hoog-snelheidstoepassingen baseren zich bij niet-integreert Klasse 0 servos.

Voorbij PID Servos

De nieuwe digitale staat-ruimte servoarchitectuur heeft de prestaties van galvos door geoptimaliseerd de „het volgen fout“ wezenlijk te verminderen of te elimineren die in PID (analoge of digitale) servos overwegend is. De verminderde het volgen fout staat gebruikers toe om softwarevertragingen in hun motieprogramma's te elimineren die werden opgenomen om de tijdvariaties te compenseren die door fout worden veroorzaakt te volgen, en de algemene galvoprestaties (hoofdzakelijk in vectortypetoepassingen) zijn zeer beter. In laser die toepassingen merken, is het typisch om het merken van snelhedenverhoging 2x aan 4x te zien zodra deze het volgen fout wordt geëlimineerd. Andere voordelen van digitale servos omvatten vaak het self-tuning of met computer stemmen.

Motiecategorieën

Terwijl er vele types van straal plaatsende moties of bevelstructuren die in lasersystemen zijn worden aangewend, kunnen de meesten als of willekeurig of herhaald in aard worden geclassificeerd. Hiervan, is het gemeenschappelijkst vector, rooster en stap-en-greep plaatsende moties. Een merkbaar ingrediënt in het succesvolle ontwerp van het lasersysteem vandaag is het intelligente bevel en de controle van de signalen die aan het scannersysteem worden gegeven.

Het vector Plaatsen

In vector-plaatst toepassingen zoals laser merk en andere vormen van industriële materialenverwerking, kan de straalmotie in een reeks kleine hoekige vectoren of stappen voor procesconsistentie en maximum materiële productie worden gestructureerd. Het gebruik van kleine stappen maximaliseert efficiency door de regelende tijdvariatie te minimaliseren, en vertragingen verbonden aan groot-hoekbewegingen, die door voltage of huidige beperkingen, galvotorsie, thermische beperkingen of elektroverzadiging binnen de servobesturingslijn kunnen worden beperkt. Het succes wordt vaak gemeten in karakters, vectoren of stappen per seconde worden uitgevoerd die.

In de snelste vector-plaatst toepassingen, is het systeem zelden stationair tussen vectoren. Bij het ontmoeten van deze eisen, wordt het niet vaak beperkt door galvotorsie, Galvo-de beperkingen van de machtsdissipatie, voedingniveaus, enz. Eerder, is de kritieke beperkende parameter de closed-loop bandbreedte, die door de resonerende frequenties van de gecombineerde spiegel en galvo, evenals door de servocapaciteit wordt bepaald en wordt beperkt om het systeem natuurlijk te controleren en te onderdrukken - voorkomende resonerende frequenties.

Rooster het Plaatsen

Voor rooster-stijl toepassingen zoals druk, vangen de microscopie van de aftastenlaser, en het beeld, worden de straal of de opening bewogen bij een constante snelheid tijdens de actieve weergave, die actieve lijnen vormen die door vaak sneller reconstitueren worden aangesloten bij. Tijdens dit actieve weergavekeer, is de versnelling (en daardoor de stroom door de galvorol) bijna nul. Tijdens flyback, is de versnelling hoog, zodat is de stroom door de galvorol hoog.

De algemene werkende frequentie van het galvosysteem wordt beperkt door het vlieg achtergedeelte van de aftastenperiode en zijn verhouding tot de actieve die weergavetijd, ook als plichtscyclus of efficiency van het aftasten wordt beschreven. Hoewel het niet kan duidelijk zijn, laat een meer ontspannen efficiency vaak een hogere werkende frequentie toe. Wanneer meer tijd voor vliegrug wordt toegestaan, huidig in de scanner is lager, kan de werkende frequentie zijn
hoger, en meer lijnen kan per seconde worden gedrukt of worden verzameld zonder het systeem thermaal te beperken.

De roostertoepassingen wenden typisch minder lasermacht aan, en de pixel of vlekgrootte en de weglengte bepalen de straaldiameter en de groottevereisten van spiegelgalvo. De capaciteit om groot-hoekstappen met lage wobble en de timing van de dwars-aftastenspiegel jitter, samen met de hoge behandelende capaciteit van de galvomacht uit te voeren, is kritiek aangezien de extreme niveaus van herhaalbaarheid van aftasten aan aftasten aan hoge herhalingstarieven worden vereist. De stijve structuur van be*wegen-magneetactuator, samen met zijn lage thermische weerstand van rol tegen geval, zoals in de 62xxH-familie van galvos, maakt tot het een uitstekende keus voor vele roostertoepassingen.

Een resterende overweging in deze toepassingsgroep is de structuur van de bevelgolfvorm die naar het galvosysteem wordt verzonden. Een cirkelvormige bevelgolfvorm wordt geadviseerd om positie, snelheids en versnellingsdiscontinuïteit te beheren die de beeldkwaliteit en de werkende frequentie kan gelijktijdig beperken. Vlot, „de versnelling beheerde“ prestaties van de inputsteunregeling door de frequentieinhoud te beperken die wordt overgegaan tot het galvosysteem. Dit neigt om opwinding van de natuurlijke resonanties van het systeem te vermijden, toelatend grotere beeldkwaliteit. Het vermindert ook de versnelling in de vlieg achterfase, die macht in het systeem vermindert. Deze twee factoren staan vaak een betere herhaalbaarheid bij een hogere werkende frequentie toe dan gebruikend eenvoudigere de vorminput van de zaagtand mogelijk is.

Stap-en-greep het Plaatsen

Stap-en-greep het plaatsen varieert van het vector plaatsen in die zin dat het systeem aan een vaste hoek wordt gebevolen en zo nog mogelijk gehouden terwijl de handeling wordt uitgevoerd. Deze het plaatsen bewegingen strekken zich in frequentie en omvang uit, hoewel de hoogst nauwkeurige en herhaalbare straalplaatsing typisch wordt vereist.

De kritiekste parameters van het galvosysteem in dit type van het plaatsen zijn een nauwkeurige en stabiele positiedetector en efficiënt, hoog-torsie maar laag-inertieactuator voor snelle versnelling en het regelen in de gebevolen positie. Afhankelijk van de doelstellingen van de toepassing en, zoals in rooster plaatsen, die het bevelsignaal beheren om de frequentieinhoud te beperken die aan het scannersysteem wordt doorgegeven het stap-en-greepresultaat kan verbeteren.

Dergelijke plaatsen is beschikbaar in optische duidelijke openingen die zich van 3 uitstrekken - aan 50 mm-straaldiameters over alle toepassingen van het lasersysteem. De be*wegen-rolklasse van galvo, die enig-microradian herhaalbaarheid, de lineariteit>99.9 percenten van de positiedetector en uncompensated schaalafwijking van 50 p.p.m. per graad van temperatuurverandering kenmerkt, dient het best deze toepassingen.

Het optimaliseren van Prestaties

De closed-loop galvanometer biedt de systeemontwerper een krachtige combinatie van snelheid, nauwkeurigheid en lage kosten, evenals een flexibiliteit aan die niet mogelijk met andere scannertechnologieën is. De waaier van galvosattributen stelt een verscheidenheid van toepassingen tevreden. De vooruitgang in deze technologie, samen met vooruitgang in lasertechnologie, blijft de de toepassingswaaier van de galvanometer verwijden, toelatend nieuwe prestatieniveaus, toepassingen en markten. Het afleiden van de hoogste mogelijke prestaties in om het even welke galvotoepassing vereist een inzicht in de kritiekste parameters voor het plaatsen snelheid en nauwkeurigheid, samen met het juiste ontwerp en de selectie van galvo, de spiegel, en de servobestuurder.