激光打标机扫描振镜关键技术

打标应用中，扫描振镜采用的反射镜类型包含有石英基底材料，厚度在2.0和7.0 mm之间，这取决于反射镜尺寸和角加速度。电解质镀膜在对应的波长范围内（例如，对于高功率半导体激光器和入射角两侧偏转范围超过±12 时，在780 nm和980 nm之间）提供足够的反射率（>98.0%）。这种反射镜通常能承受的功率密度达500 W/cm2，对于传统的打标应用绰绰有余。扫描头引入其他应用场合后带来了其他挑战，比如聚合物焊接。这些应用要求对工件温度进行精确控制，通常通过高温计进行非接触式测量。对于这项技术，工件的热辐射信号必须从激光光斑位置沿激光光路返回到传感器中，比如，通过振镜镜片反射回。高温测量典型波长范围为1.7到2.2 m。由于该波长范围内的介电层对于激光辐射是可穿透的，因此在石英基底背面加上一层铝镀膜便可解决问题。这里应提醒读者，如果要扩展波长范围，则需要调整扫描光学系统。　更高功率的其他新应用，比如激光远程焊接、远程切割、或扫描热处理，要求几百瓦到甚至数千瓦的功率，这对振镜扫描头提出了新的挑战。即使介质反射镜反射率很高（特别有镀铝层后），部分光线（<2%）仍可能透射并被反射镜基底或周围部件吸收。对于低功率激光器而言，这种情况很好处理。不过高功率激光器可能导致装置内部产生大量热量，由此导致明显的热漂移和不合格的长期稳定性波动。因此，扫描装置水冷功能非常必要，但通常不足以解决问题。这是因为它无法避免石英反射镜的热载荷和其导致的影响，比如导致胶层形变甚至变软或者由于转子和轴承发热导致振镜驱动故障。因此，新的镜面技术必不可少。

　　石英的一大缺点是它的热导率很低，这导致它的冷却性能很差。硅基材料，比如硅或碳化硅，可提供较高的热导率。由于碳硅基材料强度更高，因此允许减小其厚度，尽管其密度较高，仍可减轻总体质量。如果使用不透明基底，如Si或SiC，宽波段反射镀铝层可直接镀在镀电介质膜和硅基材料之间介电层上。对反射镜基底机械设计进行仔细的模型计算，可在稳定性、重量、导热性和转动惯量方面获得最优化的设计。

　　对于系统设计，包括伺服电路板、振镜电机和反射镜，有几项参数需要特别精确：

　　反射镜重量；

　　反射镜转矩；

　　镜面形变（机械弹簧）；

　　反射镜和驱动电机之间连接部位形变；

　　反射镜和驱动电机系统的响应频率。

　　以硅为基底，可以减小反射镜厚度（重量），同时形变、应力和较厚的石英基底反射镜相同（见图3）然而，由于该反射镜系统重量，应力和形变仍然较大。硅基底仿真图表明惯量和重量都降低15%，频率几乎保持不变。 

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