os scanner óticos Galvanômetro-baseados são a solução de posicionamento preferida para uma escala cada vez mais larga de industrial, de científico, a imagem latente, e aplicações médicas do laser. Quando um número de aproximações de varredura estiverem disponíveis, os varredores galvanômetro-baseados — “galvos geralmente chamados” — flexibilidade, velocidade e precisão da oferta a custo atrativo. Quando muitas aplicações da imagem latente se aproveitarem da capacidade do galvo para fornecer uma velocidade constante para a qualidade superior da imagem, outras aplicações de varredura vetor-baseadas tiram proveito do tempo de resposta rápido da etapa de galvos modernos. Com avanços continuados no galvo e na tecnologia servo, os dispositivos oferecem hoje larguras de banda do circuito fechado de diversos quilohertz mesmo para que feixes maiores, tempos da etapa-resposta na escala 100-&s, a frequência máxima >2kHz do rms, o único nível do microradian- que posicionam a definição, uns mais baixos custos pela linha central e o controle de posicionamento flexível descreva uma variedade de movimentos através dos ângulos largos.

Isto permitiu níveis novos de desempenho na marcação do laser e nas outras aplicações do processamento material, através da perfuração, das aplicações de alta resolução da cópia e da imagem latente, da análise do ADN e dos sistemas da descoberta da droga, e o ponto baixo custou os sistemas biomedicáveis que trazem capacidades da seleção e da detecção do laboratório de pesquisa ao escritório do doutor. As exigências de projeto de cada aplicação, contudo, ênfase de variação do lugar na velocidade, na precisão, no tamanho e no custo.

Felizmente, muitas configurações do galvo e capacidades permitem desenhistas de sistema de selecionar o produto ótimo para as exigências da aplicação do alvo.

Componentes e tecnologia

Um sistema do galvo consiste em três componentes principais: o galvanômetro, o espelho (ou espelhos) e o motorista servo que controla o sistema. Enquanto os sistemas do galvo oferecem umas velocidades e um desempenho mais altos, o projeto correto e a seleção apropriada entre estes componentes tornam-se cada vez mais importantes para a realização do desempenho máximo. Enquanto os sistemas do galvo alcançaram tempos da etapa 100-&s e frequências do rms alcançou >2kHz, muitos das regras e dos princípios do projeto que se aplicaram ao sistema-posicionar o desempenho estiveram medidos nos milissegundos são já não adequados.

O galvanômetro

O galvo próprio tem dois maiores parte: o atuador que manipula a carga do espelho e o detector integral da posição que fornece a informação da posição do espelho ao sistema de laço fechado.

Duas configurações do atuador servem geralmente sistemas de capacidade elevada de hoje. O ímã movente, em que o ímã é peça do rotor e a bobina é peça do estator, fornece as frequências sistema-ressonantes as mais altas devido a seu projeto uniforme do rotor. A bobina movente, em que a bobina é integral ao rotor e em que o ímã é peça do estator, oferece a relação a mais alta da torque-à-inércia e a eficiência a mais alta do torque.

Nos dois tipos comuns de detectores da posição, os movimentos do elemento do detector como parte da estrutura do rotor do galvo. No projeto capacitivo dielétrico movente, uma fonte da radiofrequência conduz dois capacitores variáveis, e as correntes diferenciais retificadas resultantes relatam a posição do atuador e do espelho do galvo. Nos projetos óticos novos do detector da posição, uma fonte luminosa ilumina as peças de quatro fotocélulas. Entre a fonte luminosa e os receptores, uma borboleta movente como moldes da forma mais ou menos sombra em pares das pilhas do receptor. As correntes resultantes relatam a posição do atuador e do espelho do galvo.

O projeto do detector de posicionamento define extremamente a precisão de posicionamento do sistema, e suas características de frequência com inércia e ressonante para afetar a velocidade do sistema. As características do estojo compacto, as de baixo nível de ruído e as baixas da inércia de nossos detectores óticos patenteados da posição fornecem uma velocidade mais alta, o tamanho menor, e o custo reduzido comparado com os dispositivos capacitivos, sem sacrificar a precisão ou a estabilidade. Além disso, alguns detectores capacitivos podem emitir-se o ruído elétrico do RF que pode interferir com a eletrônica próxima no sistema e este ruído é eliminado com os detectores óticos da posição.

O espelho

O espelho é um componente importante do sistema, particularmente em velocidades aumentadas. Seu projeto pode fazer ou quebrar os objetivos do projeto para a velocidade e a precisão.

No máximo o nível básico, um espelho ou os espelhos devem guardar o diâmetro exigido do feixe sobre a escala angular exigida especificada na aplicação típica. A espessura do espelho, o perfil, o seção transversal e os materiais (silicone fundido, silicone ou berílio o mais geralmente sintético) são da mais alta importância. Influenciam a inércia do sistema assim como a frequência do rigidez e a ressonante do conjunto do atuador e do espelho.

Aumentos na rigidez e na frequência ressonante que não adicionam extremamente para totalizar a inércia do sistema para permitir um tempo de resposta mais rápido e uma largura de banda mais alta. Consequentemente, o projeto do espelho afeta não somente o trajeto e o custo ótico do sistema do galvo, mas igualmente a velocidade e a precisão do sistema total.

Em sistemas do dirigir-feixe da dois-linha central, uma distância entre os machados da rotação e a escala angular disponível do projeto exigem geralmente o segundo espelho no sistema ser maior do que a primeira. Devido a isto, o segundo espelho pode ser o componente que limita a velocidade do sistema inteiro de duas linhas centrais, fazendo seus projeto e construção críticos. Em um projeto aperfeiçoado da dois-linha central, o segundo espelho em tal sistema fornecerá somente leves limites à velocidade do sistema, em comparação ao primeiro espelho.

O motorista servo

O componente final do sistema do galvo é os circuitos servo que conduzem o galvo e controlam a posição do espelho. O servo demodula os sinais de saída atual do detector da posição, compara-os com o sinal comandado da posição e condu-lo o atuador para trazer o galvo à posição desejada, forçando o erro entre os sinais quase a zero.

Os servos típicos usam uma combinação da posição detectada, da corrente de movimentação do galvo, da velocidade angular, e dos sinais do erro ou do integral--erro permitir o controle de sistema do circuito fechado na velocidade e na precisão de posicionamento desejadas. Apenas porque houve muitos avanços no projeto dos atuadores e dos detectores da posição, os desenvolvimentos em curso na eletrônica servo foram críticos a tomar a vantagem a mais completa de avanços do galvo na largura de banda e na capacidade do rms. As arquiteturas servo digitais novas tais como o Estado-espaço, empurraram o desempenho do galvo além do que era realizável com servos análogos ou digitais do PID.

Configurações servo análogas

Duas configurações servo análogas geralmente para aperfeiçoar ou equilibrar as exigências da velocidade e da precisão, que competem frequentemente na importância. Um servo de integração, referido como a classe 1, ou o PID (Proporcional-Integral-derivado), usam o erro de posição integrado para estabelecer-se ao mais de nível elevado de posicionar a precisão com menos erro angular. As aplicações que avaliam a precisão sobre a velocidade confiam frequentemente em controladores servo de integração da classe 1. Um servo deintegração, ou a classe 0, podem fornecer umas velocidades mais altas do sistema porque evita o tempo de integração. Esta configuração está usada quando alguma precisão (até o &rad aproximadamente 100) é sacrificada para aumentar a velocidade, frequentemente por 10 por cento ou mais. Muitas das aplicações as mais de alta velocidade confiam em servos deintegração da classe 0.

Além dos servos do PID

As arquiteturas servo do estado-espaço digital novo aperfeiçoaram o desempenho dos galvos substancialmente reduzindo ou eliminando de “o erro seguimento” que é predominante em servos (análogos ou digitais) do PID. O erro de seguimento reduzido permite que os usuários eliminem atrasos do software em seus programas do movimento que foram introduzidos para compensar as variações de tempo causadas pelo erro de seguimento, e o desempenho total do galvo (primeiramente no tipo aplicações do vetor) é melhorado extremamente. Em aplicações de marcação do laser, é típico ver velocidades de marcação aumentar 2x a 4x uma vez que este erro de seguimento é eliminado. Outras vantagens de servos digitais incluem frequentemente auto-ajustando ou ajustando computador-ajudado.

Categorias do movimento

Quando houver muitos tipos de feixe que posicionam movimentos ou estruturas de comando empregadas em sistemas do laser, mais pode ser classificado como aleatório ou repetitivo na natureza. Destes, o mais comuns são vetor, quadriculação e etapa-e-posse posicionando movimentos. Um ingrediente apreciável no projeto de sistema bem sucedido do laser é hoje o comando e o controle inteligentes dos sinais dados ao sistema do varredor.

Posicionamento do vetor

Em aplicações deposicionamento tais como a marcação do laser e os outros formulários do processamento de materiais industrial, o movimento do feixe pode ser estruturado em uma série de vetores ou de etapas angulares pequenas para a consistência do processo e a taxa de transferência material máxima. O uso de etapas pequenas maximiza a eficiência minimizando a variação de tempo do estabelecimento, e os atrasos associados com os movimentos do grande-ângulo, que podem ser limitados pela tensão ou limitações atuais, torque do galvo, limitações térmicas ou saturação elétrica dentro do laço do servocontrol. O sucesso é medido frequentemente nos caráteres, vetores ou as etapas executaram o por segundo.

Nas aplicações deposicionamento as mais rápidas, o sistema é raramente estacionário entre vetores. Em encontrar estas procuras, não é limitado frequentemente por limitações da dissipação do torque do galvo, de poder do Galvo, por níveis da fonte de alimentação, etc. Um pouco, o parâmetro de limitação crítico é a largura de banda do circuito fechado, definida e limitada pelas frequências ressonantes do espelho e do galvo combinados, assim como pela capacidade do servo para controlar e suprimir as frequências ressonantes naturais do sistema.

Posicionamento da quadriculação

Para aplicações do quadriculação-estilo tais como a impressão, a microscopia de varredura do laser, e a captação da imagem, o feixe ou a abertura são movidos em uma velocidade constante durante a imagem latente ativa, formando as linhas ativas que são juntadas por um frequentemente mais rápido reconstituem. Durante este tempo ativo da imagem latente, a aceleração (e desse modo o diretos atuais a bobina do galvo) são quase zero. Durante o flyback, a aceleração é alta, tão atual através da bobina do galvo é alta.

A frequência de funcionamento total do sistema do galvo é limitada pela parcela traseira da mosca do período de varredura e de seu relacionamento ao tempo ativo da imagem latente, igualmente descrita como o ciclo de dever ou a eficiência da varredura. Embora não possa ser óbvia, uma eficiência mais relaxado permite frequentemente uma frequência de funcionamento mais alta. Quando mais hora é reservada para a mosca para trás, atual no varredor é mais baixa, a frequência de funcionamento pode ser
mais alto, e mais linhas pode ser imprimido ou o por segundo recolhido sem termicamente limitar o sistema.

As aplicações da quadriculação empregam tipicamente menos poder do laser, e o tamanho do pixel ou de ponto e o comprimento de trajeto definem as exigências do diâmetro do feixe e do tamanho do galvo do espelho. A capacidade para executar etapas do grande-ângulo com baixos balanço do espelho da cruz-varredura e tremor do sincronismo, junto com a capacidade de manipulação alta do poder do galvo, é crítica como níveis extremos de repetibilidade da varredura para fazer a varredura em taxas altas da repetição é exigida. A estrutura rígida do atuador do mover-ímã, junto com sua baixa resistência térmica da bobina ao caso, como na família 62xxH dos galvos, faz-lhe uma escolha excelente para muitas aplicações da quadriculação.

Uma consideração restante neste grupo da aplicação é a estrutura das formas de onda do comando enviadas ao sistema do galvo. Uma forma de onda cycloidal do comando é recomendada controlar as descontinuidades da posição, da velocidade e da aceleração que podem simultaneamente limitar a frequência da qualidade e de funcionamento da imagem. Um liso, “aceleração controlou” a entrada ajuda ao desempenho do sistema limitando o índice da frequência que é passado ao sistema do galvo. Isto tende a evitar a excitação das ressonâncias naturais do sistema, permitindo a maior qualidade da imagem. Igualmente abaixa a aceleração na fase traseira da mosca, que reduz o poder no sistema. Estes dois fatores permitem frequentemente uma repetibilidade melhor em uma frequência de funcionamento mais alta do que é possível usando umas entradas mais simples da forma do dente da serra.

Posicionamento da Etapa-E-posse

o posicionamento da Etapa-e-posse varia do vetor que posiciona naquele que o sistema está comandado a um ângulo fixo e guardado tão ainda como possível quando a operação for executada. Estes movimentos de posicionamento variam na frequência e na amplitude, embora a colocação altamente exata e repetível do feixe é exigida tipicamente.

Os parâmetros de sistema os mais críticos do galvo neste tipo de posicionamento são um detector da posição exata e estável e um atuador eficiente, do alto-torque mas da baixo-inércia para a aceleração rápida e estabelecimento à posição comandada. Segundo os objetivos da aplicação e, como no posicionamento da quadriculação, controlar o sinal do comando limitar o índice da frequência que é passado sobre ao sistema do varredor pode aumentar o resultado da etapa-e-posse.

Tal posicionamento está disponível nas aberturas claras óticas que variam de 3 - aos diâmetros do feixe de 50 milímetros através de todas as aplicações de sistema do laser. A classe da mover-bobina de galvo, que caracteriza a única-microradian repetibilidade, os por cento das linearidades >99.9 do detector da posição e tração uncompensated da escala de 50 ppm pelo grau de mudança de temperatura, melhor saques estas aplicações.

Desempenho de aperfeiçoamento

O galvanômetro do circuito fechado oferece ao desenhista de sistema uma combinação poderosa de velocidade, precisão e baixo custo, assim como uma flexibilidade que não seja possível com outras tecnologias do varredor. A escala de atributos dos galvos satisfaz uma variedade de aplicações. Os avanços nesta tecnologia, junto com avanços na tecnologia laser, continuam a alargar a escala da aplicação do galvanômetro, permitindo níveis de desempenho, aplicações e mercados novos. Derivar o desempenho possível o mais alto em toda a aplicação do galvo exige uma compreensão dos parâmetros os mais críticos posicionando a velocidade e a precisão, junto com o projeto e a seleção apropriados do galvo, do espelho, e do motorista servo.