les balayeurs optiques basés sur galvanomètre sont la solution de positionnement préférée pour de plus en plus un large éventail d'industriel, de scientifique, représentation, et applications médicales de laser. Tandis qu'un certain nombre d'approches de balayage sont les scanners disponibles et basés sur galvanomètre — « galvos » généralement appelés — flexibilité, vitesse et exactitude d'offre à un coût attrayant. Tandis que beaucoup d'applications de représentation tirent profit de la capacité du galvo de fournir une vitesse constante pour la qualité supérieure d'image, d'autres applications de balayage basées sur vecteur tirent bénéfice des temps de réponse rapides d'étape des galvos modernes. Avec des avances continues dans le galvo et la technologie servo, les dispositifs offrent aujourd'hui des largeurs de bande en circuit fermé de plusieurs kilohertz même pour que de plus grandes poutres, des temps d'étape-réponse dans la gamme 100-&s, la fréquence maximum >2kHz de RMS, le niveau simple de microradian- plaçant la résolution, des coûts inférieurs par axe et le contrôle de positionnement flexible décrive un grand choix de mouvements à travers des angles larges.

Ceci a permis de nouveaux niveaux de représentation dans l'inscription de laser et d'autres applications de traitement matériel, par l'intermédiaire du perçage, les applications de haute résolution d'impression et de représentation, des systèmes de découverte de l'analyse d'ADN et de la drogue, et des systèmes biomédicaux de coût bas qui apportent des capacités de criblage et de détection du laboratoire de recherches au bureau du docteur. Les conditions de conception de chaque application, cependant, accent variable d'endroit sur la vitesse, l'exactitude, la taille et le coût.

Heureusement, les nombreuses configurations de galvo et capacités permettent à des concepteurs de systèmes de choisir le produit optimal pour les conditions de l'application de cible.

Composants et technologie

Un système de galvo se compose de trois composantes principales : le galvanomètre, le miroir (ou miroirs) et le conducteur servo qui commande le système. Pendant que les systèmes de galvo offrent des vitesses et une représentation plus élevées, la conception correcte et la sélection appropriée parmi ces composants devient de plus en plus importante pour réaliser des performances maximales. Pendant que les systèmes de galvo ont atteint des temps de l'étape 100-&s et des fréquences de RMS ont atteint >2kHz, plusieurs des règles et des principes de conception qui se sont appliqués système-en plaçant la représentation ont été mesurés en millisecondes ne sont plus appropriés.

Le galvanomètre

Le galvo lui-même a deux parties principales : le déclencheur qui manoeuvre la charge de miroir et le détecteur intégral de position qui fournit des informations de position de miroir au système à boucle fermée.

Deux configurations de déclencheur servent généralement les systèmes performants d'aujourd'hui. L'aimant mobile, en lequel l'aimant fait partie du rotor et la bobine fait partie du redresseur, fournit les plus hautes fréquences système-résonnantes en raison de sa conception uniforme de rotor. La bobine mobile, dans laquelle la bobine est intégrale au rotor et dans laquelle l'aimant fait partie du redresseur, offre le rapport de couple-à-inertie le plus élevé et l'efficacité de couple la plus élevée.

Dans les deux types communs de détecteurs de position, les mouvements d'élément de détecteur en tant qu'élément de la structure de rotor de galvo. Dans la conception capacitive diélectrique mobile, une source de radiofréquence conduit deux condensateurs variables, et les courants différentiels rectifiés en résultant rapportent la position du déclencheur et du miroir de galvo. Dans les nouvelles conceptions optiques de détecteur de position, une source lumineuse illumine des pièces de quatre cellules photo-électriques. Entre la source lumineuse et les récepteurs, un papillon mobile comme des fontes de forme davantage ou moins d'ombre sur des paires des cellules de récepteur. Les courants en résultant rapportent la position du déclencheur et du miroir de galvo.

La conception du détecteur de positionnement définit considérablement l'exactitude de positionnement du système, et ses caractéristiques de fréquence de résonance à inertie et pour affecter la vitesse du système. Les caractéristiques de contrat, à faible bruit et basses d'inertie de nos détecteurs optiques brevetés de position assurent une vitesse plus élevée, plus de petite taille, et un coût réduit comparé aux dispositifs capacitifs, sans sacrifier l'exactitude ou la stabilité. D'ailleurs, quelques détecteurs capacitifs peuvent émettre le bruit électrique de rf qui peut interférer l'électronique voisine dans le système et ce bruit est éliminé avec les détecteurs optiques de position.

Le miroir

Le miroir est un composant important du système, en particulier aux vitesses accrues. Sa conception peut faire ou casser les buts de conception pour la vitesse et l'exactitude.

Tout au plus le niveau de base, un miroir ou les miroirs doivent tenir le diamètre exigé de poutre sur la gamme angulaire exigée spécifique dans l'application typique. L'épaisseur de miroir, le profil, la section transversale et les matériaux (silice fondue, silicium ou béryllium le plus généralement synthétique) sont de la plus haute importance. Ils influencent l'inertie du système aussi bien que la fréquence de résonance de rigidité et de l'ensemble de déclencheur et de miroir.

Augmentations de rigidité et de fréquence de résonance qui ne s'ajoutent pas considérablement pour se monter à l'inertie de système pour permettre des temps de réponse plus rapides et une largeur de bande plus élevée. Par conséquent, la conception de miroir affecte non seulement le chemin et le coût optique du système de galvo, mais également la vitesse et l'exactitude du système global.

Dans les systèmes biaxiaux d'orienter-poutre, une distance entre les haches de la rotation et la gamme angulaire disponible de la conception exige habituellement du deuxième miroir dans le système d'être plus grand que la première. Pour cette raison, le deuxième miroir peut être le composant qui limite la vitesse du système biaxial entier, rendant sa conception et construction critiques. Dans une conception biaxiale optimisée, le deuxième miroir dans un tel système fournira seulement de légères limites à la vitesse de système, par rapport au premier miroir.

Le conducteur servo

Le composant final du système de galvo est les circuits servo qui conduisent le galvo et commandent la position du miroir. Le servo démodule les signaux de sortie actuels du détecteur de position, les compare au signal commandé de position et conduit le déclencheur pour apporter le galvo à la position désirée, forçant l'erreur entre les signaux presque à zéro.

Les servos typiques emploient une combinaison de la position détectée, du courant d'entraînement de galvo, de la vitesse angulaire, et des signaux d'erreur ou d'intégral-de-erreur de permettre les commandes système en circuit fermé à la vitesse et à l'exactitude de positionnement désirées. Juste comme il y a eu beaucoup d'avances dans la conception des déclencheurs et des détecteurs de position, les développements actuels dans l'électronique servo ont été critiques à profiter plus plein des avances de galvo dans la largeur de bande et la capacité de RMS. Les nouvelles architectures servo numériques telles que l'État-espace, ont poussé la représentation de galvo au delà de ce qui était réalisable avec les servos analogues ou numériques de PID.

Configurations servo analogues

Deux configurations servo analogues généralement optimiser ou équilibrer les conditions de vitesse et d'exactitude, qui concurrencent souvent dans l'importance. Un servo de intégration, s'est rapporté comme classe 1, ou PID (Proportionnel-Intégral-dérivé), emploie l'erreur de position intégrée pour arranger au de plus haut niveau de placer l'exactitude avec le moins écart angulaire. Les applications qui évaluent la précision au-dessus de la vitesse se fondent souvent sur les contrôleurs servo de intégration de la classe 1. Un servo de non-intégration, ou la classe 0, peut fournir des vitesses plus élevées de système parce qu'elle évite le temps d'intégration. Cette configuration est employée quand de la précision (jusqu'à &rad approximativement 100) est sacrifiée pour augmenter la vitesse, souvent par 10 pour cent ou davantage. Plusieurs des applications les plus à grande vitesse se fondent sur les servos de non-intégration de la classe 0.

Au delà des servos de PID

Les architectures servo du nouvel état-espace numérique ont optimisé la représentation des galvos sensiblement en réduisant ou en éliminant la « erreur de cheminement » qui est répandue dans des servos (analogues ou numériques) de PID. L'erreur de cheminement réduite permet à des utilisateurs d'éliminer des retards de logiciel dans leurs programmes de mouvement qui ont été insérés pour compenser les variations de temps provoquées par erreur de cheminement, et la représentation globale de galvo (principalement dans type applications de vecteur) est considérablement améliorée. Dans des applications de repérage de laser, elle est typique pour voir des vitesses de repérage augmenter 2x à 4x une fois qu'on élimine cette erreur de cheminement. D'autres avantages des servos numériques incluent souvent l'accord autorégulateur ou assisté par ordinateur.

Catégories de mouvement

Tandis qu'il y a beaucoup de types de poutre plaçant des mouvements ou des structures de commande utilisées dans des systèmes de laser, plus peut être classifié en tant qu'aléatoire ou répétitif en nature. De ces derniers, les plus communs sont vecteur, trame et étape-et-prise plaçant des mouvements. Un ingrédient appréciable dans la conception de système réussie de laser est aujourd'hui le commandement et le contrôle intelligents des signaux donnés au système de scanner.

Dirigez le positionnement

Dans des applications de vecteur-positionnement telles que l'inscription de laser et d'autres formes de traitement industriel de matériaux, le mouvement de poutre peut être structuré dans une série de petits vecteurs ou étapes angulaires pour la cohérence de processus et la sortie matérielle maximum. L'utilisation de petites étapes maximise l'efficacité en réduisant au minimum la variation de temps de stabilisation, et des retards liés aux mouvements de grand-angle, qui peuvent être limités par tension ou restrictions actuelles, couple de galvo, limitations thermiques ou saturation électrique dans la boucle de servocommande. Le succès est souvent mesuré dans les caractères, les vecteurs ou les étapes exécutés par seconde.

Dans les applications de vecteur-positionnement les plus rapides, le système est rarement stationnaire entre les vecteurs. En satisfaisant ces exigences, il n'est pas souvent limité par des contraintes de dissipation de couple de galvo, de puissance de Galvo, des niveaux d'alimentation d'énergie, etc. En revanche, le paramètre limiteur critique est la largeur de bande en circuit fermé, définie et limitée par les fréquences de résonance du miroir et du galvo combinés, aussi bien que par la capacité du servo de commander et supprimer les fréquences de résonance naturelles du système.

Positionnement de trame

Pour des applications de style de la trame telles que l'impression, la microscopie de balayage de laser, et la capture d'image, la poutre ou l'ouverture est déplacée à une vitesse constante pendant la représentation active, formant les lignes actives qui sont jointes par souvent un plus rapide retracent. Pendant ce temps actif de représentation, l'accélération (et de ce fait les traversants actuels la bobine de galvo) est presque zéro. Pendant le retour rapide, l'accélération est haute, si actuel par la bobine de galvo est haute.

La fréquence globale de fonctionnement du système de galvo est limitée par la partie arrière de mouche de la période de balayage et de ses relations au temps actif de représentation, également décrite comme coefficient d'utilisation ou efficacité du balayage. Bien qu'elle puisse ne pas être évidente, une efficacité plus décontractée permet souvent une plus haute fréquence de fonctionnement. Quand plus d'heure est accordée pour la mouche de retour, actuel dans le scanner est inférieure, la fréquence de fonctionnement peut être
plus haut, et plus de lignes peut être imprimé ou recueilli par seconde sans limiter thermiquement le système.

Les applications de trame utilisent typiquement moins de puissance de laser, et la taille de pixel ou de tache et la longueur de trajet définissent les conditions de diamètre de poutre et de taille de galvo de miroir. Il est critique en tant que niveaux extrêmes de répétabilité de balayage balayer la capacité d'exécuter des étapes de grand-angle avec le bas shimmy de miroir de croix-balayage et frousse de synchronisation, ainsi que la capacité de manipulation élevée de puissance de galvo, aux taux élevés de répétition sont exigées. La structure rigide du déclencheur de déplacer-aimant, avec sa basse résistance thermique de bobine au cas, comme dans la famille 62xxH des galvos, lui fait un excellent choix pour beaucoup d'applications de trame.

Une considération restante dans ce groupe d'application est la structure des formes d'onde de commande envoyées au système de galvo. Une forme d'onde cycloidal de commande est recommandée pour contrôler les discontinuités de position, de vitesse et d'accélération qui peuvent simultanément limiter la fréquence de qualité et de fonctionnement d'image. Un lisse, « accélération a contrôlé » l'entrée facilite des performances système en limitant le contenu de fréquence qui est passé au système de galvo. Ceci tend à éviter l'excitation des résonances naturelles du système, permettant une plus grande qualité d'image. Il abaisse également l'accélération pendant la phase arrière de mouche, qui réduit la puissance dans le système. Ces deux facteurs permettent souvent une meilleure répétabilité à une plus haute fréquence de fonctionnement qu'est possible utilisant des entrées plus simples de forme de dent de scie.

Positionnement d'Étape-Et-prise

le positionnement d'Étape-et-prise varie du vecteur plaçant parce que que le système est commandé à un angle fixe et tenu aussi toujours comme possible tandis que l'opération est effectuée. Ces mouvements de positionnement s'étendent dans la fréquence et l'amplitude, bien que le placement fortement précis et qu'on peut répéter de poutre soit typiquement exigé.

Les paramètres de système les plus critiques de galvo dans ce type de positionnement sont un détecteur de position précise et stable et un déclencheur efficace, de haut-couple mais de bas-inertie pour l'accélération rapide et arranger dans la position commandée. Selon les buts de l'application et, comme dans le positionnement de trame, la gestion du signal de commande pour limiter le contenu de fréquence qui est transmis au système de scanner peut augmenter le résultat d'étape-et-prise.

Un tel positionnement est disponible dans les ouvertures claires optiques s'étendant de 3 - aux diamètres de poutre de 50 millimètres à travers toutes les applications de système de laser. La classe de déplacer-bobine du galvo, qui comporte la répétabilité simple-microradian, les pour cent des linéarités >99.9 de détecteur de position et la dérive incompensée d'échelle de 50 pages par minute par degré de changement de température, mieux services ces applications.

Représentation de linéarisation

Le galvanomètre en circuit fermé offre au concepteur de systèmes une combinaison puissante de vitesse, exactitude et coût bas, aussi bien qu'une flexibilité qui n'est pas possible avec d'autres technologies de scanner. La gamme des attributs de galvos satisfait un grand choix d'applications. Les avances en cette technologie, avec des avances en technologie laser, continuent à élargir la gamme de l'application du galvanomètre, permettant de nouveaux niveaux des performances, applications et marchés. La dérivation de la représentation plus élevée possible dans n'importe quelle application de galvo exige une compréhension des paramètres les plus critiques pour placer la vitesse et l'exactitude, avec la conception et la sélection appropriées du galvo, du miroir, et du conducteur servo.