Galvanometer-ansässige optische Belegleser sind die bevorzugte Positionierungslösung für ein in zunehmendem Maße breites Spektrum von industriellem, von wissenschaftlichem, Darstellung und medizinische Laser-Anwendungen. Während einige Überprüfungsansätze verfügbare, Galvanometer-ansässige Scanner sind — allgemein genannte „Galvos“ — Angebotflexibilität, -geschwindigkeit und -genauigkeit zu attraktiven Kosten. Während viele Darstellungsanwendungen die Fähigkeit des Galvos nutzen, eine konstante Geschwindigkeit für überlegene Bildqualität zur Verfügung zu stellen, profitieren andere Vektor-ansässige Überprüfungsanwendungen von den schnellen Einstellzeiten von modernen Galvos. Mit anhaltenden Fortschritten im Galvo und in der Servotechnologie, bieten die Geräte heute Regelbandbreite einiger kHz sogar an, damit größere Strahlen, Einstellzeiten in der Strecke 100-&s, maximale Effektivwert-Frequenz >2kHz, einzelnes microradian- Niveau, das Entschließung, geringere Kosten pro Achse und flexible in Position bringen, Positioniersteuerung eine Vielzahl von Bewegungen über breiten Winkeln beschreibt.

Dieses hat neuen Leistungsniveaus in Laser-Markierung und in anderen Werkstoffverarbeitungsanwendungen, über Bohrung, Druck der hohen Auflösung und Darstellungsanwendungen, DNA-Analyse und Drogenentdeckungssysteme ermöglicht, und niedriges Kosten biomedizinische Systeme, die der Arztpraxis Siebungs- und Entdeckungsfähigkeiten vom Forschungslabor holen. Die Entwurfsanforderungen jeder Anwendung jedoch unterschiedlicher Nachdruck des Platzes auf Geschwindigkeit, Genauigkeit, Größe und Kosten.

Glücklicherweise ermöglichen die vielen Galvokonfigurationen und die Fähigkeiten Systemprogrammierern, das optimale Produkt für die Anforderungen der Zielanwendung vorzuwählen.

Komponenten und Technologie

Ein Galvosystem besteht aus drei Hauptkomponenten: der Galvanometer, der Spiegel (oder Spiegel) und der Servofahrer, der das System steuert. Während Galvosysteme höhere Geschwindigkeiten und Leistung anbieten, wird der korrekte Entwurf und die richtige Auswahl unter diesen Komponenten zum Erzielen von Höchstleistung in zunehmendem Maße wichtig. Während Galvosysteme Zeiten des Schrittes 100-&s erreicht haben und Effektivwert-Frequenzen >2kHz erreicht haben, wurden viele der Entwurfsregeln und -prinzipien, die zutrafen, als, Leistung System-in Position bringend, in Millisekunden sind nicht mehr ausreichend gemessen.

Der Galvanometer

Der Galvo selbst hat zwei Großteile: der Auslöser, der die Spiegellast und den integralen Positionsdetektor manipuliert, der Spiegelpositionsangabe zum Regelkreis zur Verfügung stellt.

Zwei Auslöserkonfigurationen dienen allgemein heutige leistungsstarke Systeme. Der bewegliche Magnet, in dem der Magnet ein Teil des Rotors ist und die Spule ein Teil des Ständers ist, stellt die höchsten System-Resonanzfrequenzen wegen seines einheitlichen Rotorentwurfs zur Verfügung. Die bewegliche Spule, in der die Spule in der integral ist zum Rotor und der Magnet ein Teil des Ständers ist, bietet das höchste Drehmoment-zuträgheitsverhältnis und die höchste Drehmoment-Leistungsfähigkeit an.

In den zwei allgemeinen Arten von Positionsdetektoren, die Detektorelementbewegungen als Teil der Galvorotorstruktur. Im beweglichen dielektrischen kapazitiven Entwurf berichten Hochfrequenzquell-Antriebe zwei Drehkondensatoren und die resultierenden korrigierten differenzialen Strom über die Position des Galvoauslösers und -spiegels. In den neuen optischen Positionsdetektorentwürfen belichtet eine Lichtquelle Teile von vier Fotozellen. Zwischen der Lichtquelle und den Empfängern, einem beweglichen Schmetterling wie Formformen mehr oder weniger Schatten auf Paare der Empfängerzellen. Die resultierenden Strom berichten über die Position des Galvoauslösers und -spiegels.

Der Entwurf des Positionierungsdetektors definiert groß die Positionierungsgenauigkeit des Systems und seine Trägheits- und Eigenfrequenzeigenschaften, die Geschwindigkeit des Systems zu beeinflussen. Die Vertrags-, lärmarmen und niedrigenträgheitseigenschaften unserer patentierten optischen Positionsdetektoren liefern höhere Geschwindigkeit, kleiner und die Minderkosten, die mit kapazitiven Geräten verglichen werden, ohne Genauigkeit oder Stabilität zu opfern. Außerdem können einige kapazitive Detektoren elektrische Geräusche Rfs verursachen, die nahe gelegene Elektronik im System behindern können und diese Geräusche mit optischen Positionsdetektoren beseitigt werden.

Der Spiegel

Der Spiegel ist eine wichtige Komponente des Systems, besonders mit erhöhten Geschwindigkeiten. Sein Entwurf kann die Entwurfsziele für Geschwindigkeit und Genauigkeit machen oder brechen.

Höchstens müssen grundlegendes Niveau, ein Spiegel oder Spiegel den erforderlichen Strahldurchmesser über der erforderlichen eckigen Strecke halten, die in der typischen Anwendung spezifiziert wird. Die Spiegelstärke, das Profil, der Querschnitt und die Materialien (am allgemeinsten synthetisches fixiertes Silikon, Silikon oder Beryllium) sind höchst wichtig. Sie beeinflussen die Trägheit des Systems sowie die Steifheit und die Eigenfrequenz der Auslöser- und Spiegelversammlung.

Zunahmen der Steifheit und der Eigenfrequenz, die nicht groß hinzufügen, um sich auf Systemträgheit zu belaufen, schnelleren Antwortzeiten und höherer Bandbreite zu ermöglichen. Deshalb beeinflußt der Spiegelentwurf nicht nur den Strahlengang und die Kosten des Galvosystems, aber auch die Geschwindigkeit und die Genauigkeit des Gesamtsystems.

In den Zweiachsensteuernstrahlnsystemen erfordert ein Abstand zwischen den Drehachsen und der verfügbaren eckigen Strecke des Entwurfs normalerweise den zweiten Spiegel im System, als der erste größer zu sein. Deswegen kann der zweite Spiegel die Komponente sein, die die Geschwindigkeit des gesamten Zweiachsensystems begrenzt und seinen Entwurf und Bau kritisch macht. In einem optimierten Zweiachsenentwurf stellt der zweite Spiegel in solch einem System nur geringfügige Grenzen zur Systemgeschwindigkeit, verglichen mit dem ersten Spiegel zur Verfügung.

Der Servofahrer

Die abschließende Komponente des Galvosystems ist der Servoschaltkreis, der den Galvo fährt und die Position des Spiegels steuert. Das Servo demoduliert die des PositionsStromabgabesignale Detektors, vergleicht sie mit dem befohlenen Positionssignal und fährt den Auslöser, um den Galvo zur gewünschten Position zu holen und fast zwingt Fehler zwischen den Signalen bis null.

Typische Servos verwenden eine Kombination der ermittelten Position, des GalvoAnsteuerungsstroms, der Winkelgeschwindigkeit und der Fehler- oder Integral-vonfehlersignale, Regelkreissteuerung an der gewünschten Einstellgeschwindigkeit und an der Genauigkeit zu ermöglichen. Gerade da es viele Fortschritte im Entwurf von Auslösern und von Positionsdetektoren gegeben hat, sind laufende Entwicklungen in der Servoelektronik zum Ziehen des vollsten Nutzens aus Galvofortschritten in der Bandbreite und in Effektivwert-Fähigkeit kritisch gewesen. Neue digitale Servoarchitektur wie Staats-Raum, hat Galvoleistung gedrückt über, was hinaus mit analogen oder digitalen PID-Servos erreichbar war.

Analoge Servokonfigurationen

Zwei analoge Servokonfigurationen allgemein die Geschwindigkeits- und Genauigkeitsanforderungen optimieren oder balancieren, die häufig in der Bedeutung konkurrieren. Ein Integrierungsservo, bezog sich als Klasse 1, oder PID (Proportional-Integral-Ableitung), verwendet integrierten Stellungsfehler, um zum höchsten Stand der Positionierung von Genauigkeit mit dem wenigen eckigen Fehler zu vereinbaren. Anwendungen, die Präzision über Geschwindigkeit bewerten, beruhen häufig auf Integrierungsservoprüfern der klasse 1. Ein nicht-Integrierungsservo oder Klasse 0, können höhere Systemgeschwindigkeiten zur Verfügung stellen, weil sie die Integrationszeit vermeidet. Diese Konfiguration wird verwendet, wenn etwas Präzision (bis zu &rad ungefähr 100) geopfert wird, um die Geschwindigkeit, häufig durch 10 Prozent zu erhöhen oder mehr. Viele der Hochgeschwindigkeitsanwendungen beruhen auf nicht-Integrierungsservos der klasse 0.

Über PID-Servos hinaus

Servoarchitektur des neuen digitalen Staatsraumes hat die Leistung von Galvos optimiert, indem sie im Wesentlichen den „Gleichlauffehler“ verringerten oder beseitigten, der in (analogen oder digitalen) Servos PID überwiegend ist. Verringerter Gleichlauffehler erlaubt Benutzern, Software-Verzögerungen in ihren Bewegungsprogrammen zu beseitigen, die eingefügt wurden, um die Zeitveränderungen zu entschädigen, die durch Gleichlauffehler verursacht wurden, und die Gesamtgalvoleistung (hauptsächlich in der Vektorart Anwendungen) wird erheblich verbessert. In Markierungsanwendungen Lasers ist sie typisch, Markierungsgeschwindigkeiten zu sehen, 2x auf 4x zu erhöhen, sobald dieser Gleichlauffehler beseitigt wird. Andere Vorteile von digitalen Servos umfassen häufig das selbsteinstellende oder computergestützte Abstimmen.

Bewegungs-Kategorien

Während es viele Arten Strahl die Bewegungen oder Befehlsstrukturen in Position bringend gibt, die in Laser-Systemen eingesetzt werden, kann als gelegentliches oder sich wiederholendes in der Natur höchst klassifiziert werden entweder. Von diesen sind die allgemeinsten der Vektor, Raster und Schritt-undgriff, die Bewegungen in Position bringen. Ein beträchtlicher Bestandteil im erfolgreichen Laser-Systemdesignheutigen tag ist der intelligente Befehl und die Steuerung der Signale, die zum Scanner-System gegeben werden.

Vektor-Positionierung

In Vektor-Positionierungsanwendungen wie Laser-Markierung und anderen Formen der industriellen Werkstoffverarbeitung, Strahlnbewegung möglicherweise wird strukturiert in eine Reihe kleine eckige Vektoren oder Schritte für Prozessübereinstimmung und maximalen materiellen Durchsatz. Der Gebrauch von kleinen Schritten maximiert Leistungsfähigkeit, indem er die Erholungszeitveränderung und die Verzögerungen, die mit Großwinkelbewegungen verbunden sind herabsetzt, die möglicherweise werden begrenzt durch Spannung oder gegenwärtige Beschränkungen, Galvodrehmoment, thermische Beschränkungen oder elektrische Sättigung innerhalb der Servosteuerungsschleife. Erfolg wird häufig in den Charakteren, in Vektoren oder in Schritten gemessen, die pro zweiten durchgeführt werden.

In den schnellsten Vektor-Positionierungsanwendungen ist das System selten zwischen Vektoren stationär. Wenn man diese Nachfragen befriedigt, wird es häufig nicht durch Galvodrehmoment-, Galvoverlustleistungsbeschränkungen, Stromversorgungsniveaus, etc. begrenzt. Eher ist der kritische Begrenzungsparameter die Regelbandbreite, definiert und durch die Eigenfrequenzen des kombinierten Spiegels und des Galvo sowie durch die Fähigkeit des Servo begrenzt, die natürlich vorkommenden Eigenfrequenzen des Systems zu steuern und zu unterdrücken.

Raster-Positionierung

Für Raster-ähnliche Anwendungen wie Drucken, wird Überprüfungslaser-Mikroskopie und Bildgefangennahme, der Strahl oder die Öffnung an einer konstanten Geschwindigkeit während der aktiven Darstellung bewegt und bildet aktive Leitungen, die durch ein häufig schnelleres zurückverfolgen verbunden werden. Während dieser aktiven Darstellungszeit ist Beschleunigung (und dadurch die gegenwärtigen durchgehenden die Galvospule) fast null. Während des Rücklaufs ist die Beschleunigung hoch, so gegenwärtig durch die Galvospule ist hoch.

Die Gesamtarbeitsfrequenz des Galvosystems wird durch den hinteren Teil der Fliege des Scan-Zeitraums und seines Verhältnisses zur aktiven Darstellungszeit begrenzt, auch beschrieben als der Arbeitszyklus oder die Leistungsfähigkeit des Scans. Obgleich sie möglicherweise nicht auf der Hand liegt, ermöglicht eine entspanntere Leistungsfähigkeit häufig einer höheren Arbeitsfrequenz. Wenn mehr Zeit für Fliege zurück gewährt wird, gegenwärtig im Scanner, die ist Arbeitsfrequenz ist möglicherweise niedriger
höher und mehr Linien kann pro zweites gedruckt werden oder erfasst werden, ohne das System thermisch zu begrenzen.

Rasteranwendungen setzen gewöhnlich weniger Laser-Energie und das Pixel oder die Spotgröße und die Weglänge ein, die Strahldurchmesser- und Spiegel Galvogrößenanforderungen zu definieren. Die Fähigkeit, Großwinkelschritte mit niedrigem Querscan-Spiegel durchzuführen wackeln und TIMING-Bammel, zusammen mit hoher Galvoenergieumschlagskapazität, sind kritisch, da extreme Niveaus der Wiederholbarkeit vom Scan, zum mit hoher Wiederholungsrate zu scannen angefordert werden. Die steife Struktur des Bewegenmagnetauslösers, zusammen mit seinem niedrigen thermischen Widerstand von Spule zu Fall, wie in der Familie 62xxH von Galvos, trifft es eine ausgezeichnete Wahl für viele Rasteranwendungen.

Eine restliche Erwägung in dieser Anwendungsgruppe ist die Struktur der Befehlswellenformen, die zum Galvosystem geschickt werden. Eine cycloidal Befehlswellenform wird empfohlen, um Positions-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungsunstimmigkeiten zu handhaben, die die Bildqualität und die Arbeitsfrequenz gleichzeitig begrenzen können. Ein glattes, „Beschleunigung handhabte“ Input unterstützt Systemleistung, indem es den Frequenzinhalt begrenzte, der zum Galvosystem geführt wird. Dieses neigt, Erregung der natürlichen Resonanzen des Systems zu vermeiden und ermöglicht größerer Bildqualität. Es senkt auch die Beschleunigung in der hinteren Phase der Fliege, die Energie im System verringert. Diese zwei Faktoren erlauben häufig eine bessere Wiederholbarkeit bei einer höheren Arbeitsfrequenz, als möglich unter Verwendung des einfacheren Sägezahn-Forminput ist.

Schritt-Und-Griff-Positionierung

die Schritt-und-Griffpositionierung schwankt vom Vektor, der in den in Position bringt, den das System zu einem örtlich festgelegten Winkel befohlen wird und so noch gehalten, wie möglich, während die Operation durchgeführt wird. Diese Positionierungsbewegungen erstrecken sich in der Frequenz und im Umfang, obwohl in hohem Grade genaue und wiederholbare Strahlnplatzierung gewöhnlich angefordert wird.

Der kritischste Galvosystemparameter in dieser Art der Positionierung ist ein Detektor der genauen und stabilen Stellung und ein leistungsfähiger, drehmomentstarker aber Niedrigträgheitsauslöser für schnelle Beschleunigung und Vereinbaren in die befohlene Position. Abhängig von den Zielen der Anwendung und, wie, bei der Rasterpositionierung, kann die Leitung des Befehlssignals, den Frequenzinhalt zu begrenzen, der an das Scanner-System weitergeleitet wird, das Schritt-undgriffergebnis erhöhen.

Solche Positionierung ist in den optischen klaren Öffnungen verfügbar, die von 3 - bis zu 50 Millimeter-Strahldurchmessern über allen Laser-Systemanwendungen reichen. Die Bewegenspulenklasse von Galvo, der einzel--microradian Wiederholbarkeit, Prozente der Positionsdetektorlinearitäten >99.9 und uncompensated Skalaantrieb von 50 PPMs pro Grad Temperaturwechsel kennzeichnet, gut Aufschläge diese Anwendungen.

Optimierungsleistung

Der Regelgalvanometer bietet dem Systemprogrammierer eine starke Kombination der Geschwindigkeit, der Genauigkeit und der niedrigen Kosten sowie der Flexibilität an, die nicht mit anderen Scanner-Technologien möglich ist. Die Strecke der Galvosattribute stellt eine Vielzahl von Anwendungen zufrieden. Fortschritte in dieser Technologie, zusammen mit Fortschritten in Lasertechnologie, fahren fort, den Einsatzbereich des Galvanometers zu verbreitern und ermöglichen neuen Leistungsniveaus, Anwendungen und Märkten. Die Ableitung der höchstmöglichen Leistung in jeder möglicher Galvoanwendung erfordert ein Verständnis der kritischsten Parameter für Einstellgeschwindigkeit und Genauigkeit, zusammen mit dem richtigen Entwurf und der Auswahl des Galvo, des Spiegels und des Servofahrers.