los escáneres ópticos Galvanómetro-basados son la solución de colocación preferida para una gama cada vez más amplia de industrial, de científico, proyección de imagen, y usos médicos del laser. Mientras que varios acercamientos de exploración están disponibles, los escáneres galvanómetro-basados — “galvos comúnmente llamados” — flexibilidad, velocidad y exactitud de la oferta en un coste atractivo. Mientras que muchos usos de la proyección de imagen se aprovechan de la capacidad del galvo de proporcionar una velocidad constante para la calidad superior de la imagen, otros usos de exploración vector-basados se benefician a partir de los tiempos de respuesta rápidos del paso de galvos modernos. Con avances continuos en galvo y tecnología serva, los dispositivos ofrecen hoy anchos de banda a circuito cerrado de varios kilociclos incluso para que haces más grandes, los tiempos de la paso-respuesta en la gama 100-&s, la frecuencia máxima >2kHz del rms, el solo nivel del microradian- que coloca la resolución, costos más bajos por eje y el control de colocación flexible describan una variedad de movimientos a través de ángulos amplios.

Esto ha permitido nuevos niveles de funcionamiento en la marca del laser y otros usos del tratamiento de materiales, vía la perforación, usos de alta resolución de la impresión y de la proyección de imagen, análisis de la DNA y sistemas del descubrimiento de la droga, y bajo costo los sistemas biomédicos que traen capacidades de la investigación y de la detección del laboratorio de investigación a la oficina del doctor. Los requisitos de diseño de cada uso, sin embargo, énfasis diverso del lugar en velocidad, exactitud, tamaño y coste.

Afortunadamente, las muchas configuraciones del galvo y capacidades permiten a diseñadores de sistema seleccionar el producto óptimo para los requisitos del uso de la blanco.

Componentes y tecnología

Un sistema del galvo consiste en tres componentes principales: el galvanómetro, el espejo (o espejos) y el conductor servo que controla el sistema. Mientras que los sistemas del galvo ofrecen velocidades y un funcionamiento más altos, el diseño correcto y la selección apropiada entre estos componentes llega a ser cada vez más importantes para la realización de máximo rendimiento. Mientras que los sistemas del galvo han alcanzado tiempos del paso 100-&s y las frecuencias del rms ha alcanzado >2kHz, muchos de las reglas y de los principios del diseño que se aplicaron al sistema-colocar funcionamiento fueron medidos en milisegundos son no más adecuados.

El galvanómetro

El galvo sí mismo tiene dos mayores parte: el actuador que manipula la carga del espejo y el detector integral de la posición que proporciona la información de la posición del espejo al sistema de lazo cerrado.

Dos configuraciones del actuador sirven comúnmente sistemas de alto rendimiento de hoy. El imán móvil, en el cual el imán es parte del rotor y la bobina es parte del estator, proporciona las frecuencias sistema-resonantes más altas debido a su diseño uniforme del rotor. La bobina móvil, en la cual la bobina es integral al rotor y en la cual el imán es parte del estator, ofrece el ratio más alto de la esfuerzo de torsión-a-inercia y la eficacia más alta del esfuerzo de torsión.

En los dos tipos comunes de detectores de la posición, los movimientos del elemento del detector como parte de la estructura del rotor del galvo. En el diseño capacitivo dieléctrico móvil, una fuente de la radiofrecuencia conduce dos condensadores variables, y las corrientes diferenciadas rectificadas resultantes divulgan la posición del actuador y del espejo del galvo. En los nuevos diseños ópticos del detector de la posición, una fuente de luz ilumina las piezas de cuatro fotocélulas. Entre la fuente de luz y los receptores, una mariposa móvil como moldes de la dimensión más o menos sombra sobre los pares de las células del receptor. Las corrientes resultantes divulgan la posición del actuador y del espejo del galvo.

El diseño del detector de colocación define grandemente la exactitud de colocación del sistema, y sus características de frecuencia de inercia y resonante para afectar a la velocidad del sistema. Las características del acuerdo, de poco ruido y bajas de la inercia de nuestros detectores ópticos patentados de la posición proporcionan una velocidad más alta, más tamaño pequeño, y el coste reducido comparado con los dispositivos capacitivos, sin sacrificar exactitud o estabilidad. Por otra parte, algunos detectores capacitivos pueden emitir el ruido eléctrico del RF que puede interferir con electrónica próxima en el sistema y este ruido se elimina con los detectores ópticos de la posición.

El espejo

El espejo es un componente importante del sistema, particularmente a las velocidades crecientes. Su diseño puede hacer o romper las metas del diseño para la velocidad y la exactitud.

A lo más el nivel básico, un espejo o los espejos deben llevar a cabo el diámetro requerido del haz sobre la gama angular requerida especificada en el uso típico. El grueso del espejo, el perfil, el corte transversal y los materiales (silicona fundida, silicio o berilio lo más comúnmente posible sintético) son importantísimos. Influencian la inercia del sistema así como la frecuencia del tiesura y resonante del montaje del actuador y del espejo.

Aumentos en tiesura y la frecuencia resonante que no añaden grandemente para sumar inercia del sistema para permitir tiempos de respuesta más rápidos y un ancho de banda más alto. Por lo tanto, el diseño del espejo afecta no sólo a la trayectoria y al coste óptico del sistema del galvo, pero también a la velocidad y a la exactitud del sistema total.

En sistemas con dos ejes del dirigir-haz, una distancia entre las hachas de la rotación y la gama angular disponible del diseño requiere generalmente el segundo espejo en el sistema ser más grande que la primera. Debido a esto, el segundo espejo puede ser el componente que limita la velocidad del sistema con dos ejes entero, haciendo su diseño y construcción críticos. En un diseño con dos ejes optimizado, el segundo espejo en tal sistema proporcionará solamente límites leves a la velocidad del sistema, con respecto al primer espejo.

El conductor servo

El componente final del sistema del galvo es el conjunto de circuitos servo que conduce el galvo y controla la posición del espejo. El servo desmodula las señales de la salida actual del detector de la posición, las compara con la señal ordenada de la posición y conduce el actuador para traer el galvo a la posición deseada, forzando error entre las señales casi a cero.

Los servos típicos utilizan una combinación de la posición detectada, de la corriente de impulsión del galvo, de la velocidad angular, y del error o de las señales del integral-de-error de permitir control de sistema a circuito cerrado a la velocidad y a la exactitud de colocación deseadas. Apenas pues ha habido muchos avances en el diseño de actuadores y de detectores de la posición, los progresos en curso en electrónica serva han sido críticos a aprovechar más completo de los avances del galvo en ancho de banda y capacidad del rms. Las nuevas arquitecturas servas digitales tales como Estado-espacio, han empujado funcionamiento del galvo más allá de cuál era realizable con los servos análogos o digitales del PID.

Configuraciones servas análogas

Dos configuraciones servas análogas comúnmente optimizar o equilibrar los requisitos de la velocidad y de la exactitud, que compiten a menudo en importancia. Un servo de integración, se refirió como clase 1, o el PID (Proporcional-Integral-derivado), utiliza error de posición integrado para establecer al del más alto nivel de colocar exactitud con el menos error angular. Los usos que valoran la precisión sobre velocidad confían a menudo en reguladores servos de integración de la clase 1. Un servo de no-integración, o la clase 0, puede proporcionar velocidades más altas del sistema porque evita el tiempo de integración. Esta configuración se utiliza cuando una cierta precisión (hasta el &rad aproximadamente 100) se sacrifica para aumentar la velocidad, a menudo por el 10 por ciento o más. Muchos de los usos más de alta velocidad confían en los servos de no-integración de la clase 0.

Más allá de los servos del PID

Las arquitecturas servas del nuevo estado-espacio digital han optimizado el funcionamiento de galvos substancialmente reduciendo o eliminando el “error de seguimiento” que es frecuente en servos (análogos o digitales) del PID. El error de seguimiento reducido permite que los usuarios eliminen retrasos del software en sus programas del movimiento que fueron insertados para compensar las variaciones de tiempo causadas por error de seguimiento, y el funcionamiento total del galvo (sobre todo en el tipo usos del vector) se mejora grandemente. En usos de marcado del laser, es típico ver velocidades de marcado aumentar 2x a 4x una vez que se elimina este error de seguimiento. Otras ventajas de servos digitales incluyen a menudo la adaptación autoajustable o de ayuda de computadora.

Categorías del movimiento

Mientras que hay muchos tipos de haz que colocan movimientos o las estructuras de comando empleadas en sistemas del laser, puede ser clasificado más como al azar o repetidor en naturaleza. De éstos, el mas comunes son vector, trama y paso-y-control colocando movimientos. Un ingrediente apreciable en hoy acertado del diseño de sistemas del laser es el comando y el control inteligentes de las señales dadas al sistema del escáner.

Colocación del vector

En usos de vector-colocación tales como marca del laser y otras formas de tratamiento de materiales industrial, el movimiento del haz se puede estructurar en una serie de pequeños vectores o pasos angulares para la consistencia del proceso y la producción material máxima. El uso de pequeños pasos maximiza eficacia minimizando la variación del tiempo de corrección, y los retrasos asociados a los movimientos del grande-ángulo, que pueden ser limitados por el voltaje o las restricciones actuales, esfuerzo de torsión del galvo, las limitaciones termales o saturación eléctrica dentro del lazo del servocontrol. El éxito se mide a menudo en los caracteres, los vectores o los pasos ejecutados por segundos.

En los usos de vector-colocación más rápidos, el sistema está raramente inmóvil entre los vectores. En cubrir estas demandas, no es limitado a menudo por apremios de disipación del esfuerzo de torsión del galvo, de poder del Galvo, los niveles de la fuente de alimentación, el etc. Bastante, el parámetro limitador crítico es el ancho de banda a circuito cerrado, definido y limitado por las frecuencias resonantes del espejo y del galvo combinados, así como por la capacidad del servo de controlar y de suprimir las frecuencias resonantes naturales del sistema.

Colocación de la trama

Para los usos del trama-estilo tales como impresión, la microscopia de exploración del laser, y la captura de la imagen, el haz o la abertura se mueve en una velocidad constante durante la proyección de imagen activa, formando las líneas activas que son unidas a por un a menudo más rápido retrazan. Durante este tiempo activo de la proyección de imagen, la aceleración (y de tal modo el directos actuales la bobina del galvo) es casi cero. Durante tiempo de retorno, la aceleración es alta, tan actual a través de la bobina del galvo es alta.

La frecuencia de funcionamiento total del sistema del galvo es limitada por la porción trasera de la mosca del período de exploración y de su relación al tiempo activo de la proyección de imagen, también descrita como el ciclo de trabajo o la eficacia de la exploración. Aunque pueda no ser obvia, una eficacia más relajada permite a menudo una frecuencia de funcionamiento más alta. Cuando más hora se da un plazo para la mosca detrás, actual en el escáner es más baja, la frecuencia de funcionamiento puede ser
más alto, y más líneas puede ser impreso o ser recolectado por segundo sin termalmente la limitación del sistema.

Los usos de la trama emplean típicamente menos poder del laser, y el tamaño del pixel o de punto y la longitud de trayectoria definen los requisitos del diámetro del haz y del tamaño del galvo del espejo. Se requiere la capacidad de ejecutar pasos del grande-ángulo con giro excéntrico del espejo de la cruz-exploración y la inquietud bajos de la sincronización, así como alta potencia del galvo, es crítica como niveles extremos de repetibilidad de la exploración de explorar a las altas tarifas de la repetición. La estructura rígida del actuador del mover-imán, junto con su resistencia termal baja de la bobina al caso, como en la familia 62xxH de galvos, le toma una elección excelente para muchos usos de la trama.

Una consideración restante en este grupo del uso es la estructura de las formas de onda del comando enviadas al sistema del galvo. Una forma de onda cycloidal del comando se recomienda para manejar las discontinuidades de la posición, de la velocidad y de la aceleración que pueden limitar simultáneamente la frecuencia de la calidad y de funcionamiento de la imagen. Un liso, “aceleración manejó” funcionamiento de sistema de ayudas de la entrada limitando el contenido de la frecuencia que se pasa al sistema del galvo. Esto tiende a evitar la excitación de las resonancias naturales del sistema, permitiendo mayor calidad de la imagen. También baja la aceleración en la fase trasera de la mosca, que reduce poder en el sistema. Estos dos factores permiten a menudo una mejor repetibilidad en una frecuencia de funcionamiento más alta que posible usando entradas más simples de la forma del diente de la sierra.

Colocación del Paso-Y-control

la colocación del Paso-y-control varía del vector que coloca en ése que el sistema se ordena a un ángulo fijo y tan todavía que se lleva a cabo como sea posible mientras que se realiza la operación. Estos movimientos de colocación se extienden en frecuencia y amplitud, aunque la colocación altamente exacta y repetible del haz se requiere típicamente.

Los parámetros de sistema más críticos del galvo de este tipo de colocación son un detector de la posición exacta y estable y un actuador eficiente, del alto-esfuerzo de torsión pero de la bajo-inercia para la aceleración rápida y establecimiento a la posición ordenada. Dependiendo de las metas del uso y, como en la colocación de la trama, el manejo de la señal del comando de limitar el contenido de la frecuencia que se pasa encendido al sistema del escáner puede aumentar el resultado del paso-y-control.

Tal colocación es disponible en las aberturas claras ópticas que se extienden de 3 a 50 los diámetros del haz del milímetro a través de todos los usos de sistema del laser. La clase de la mover-bobina de galvo, que ofrece sola-microradian repetibilidad, el por ciento de las linearidades >99.9 del detector de la posición y la deriva uncompensated de la escala de 50 PPM por el grado de cambio de temperatura, mejor servicios estos usos.

Funcionamiento óptimo

El galvanómetro a circuito cerrado ofrece a diseñador de sistema una combinación potente de velocidad, exactitud y bajo costo, así como una flexibilidad que no sea posible con otras tecnologías del escáner. La gama de cualidades de los galvos satisface una variedad de usos. Los avances en esta tecnología, junto con avances en tecnología láser, continúan ensanchando la gama del uso del galvanómetro, permitiendo nuevos niveles de funcionamiento, usos y mercados. La derivación del funcionamiento más alto posible en cualquier uso del galvo requiere una comprensión de los parámetros más críticos para colocar velocidad y exactitud, junto con el diseño y la selección apropiados del galvo, del espejo, y del conductor servo.