30光斑振镜

一、简介

30光斑振镜设计波长1064nm，入射孔径30mm，本产品设计为数字信号传输。本产品为了冷却镜片预留压缩空气连接口，为冷却入射孔和驱动板预留冷却水连接口，请在设备上准确连接合适的水和压缩空气。

二、工作原理

扫描头的基本工作是在X-Y方向上偏转光束并将光束聚焦在工作面上。借助于两个偏转镜片实现光束偏转，见图1。光束通过输入孔径进入扫描头，先由绑定在扫描电机1上的镜片1实现Y方向反射，然后到达与扫描电机2绑定在一起的镜片2上，实现X方向的偏转。通过控制扫描电机的位置就能够精确调整光束的偏转角度。在扫描头出光孔处安装有扫描透镜，借助它光束聚焦在工作平面上。如果使用F-θ物镜，图像域上焦点的位置就和光束的入射角成正比。

2.1 振镜电机的特性和激光束的动态定位

扫描电机和驱动板可以保证两个偏转镜片的精确动态控制，这使激光束的高速精确定位成为可能，此特性在现代应用中有广泛的需求。为了保证理想的操作，必须考虑振镜的下列特性：

绝大多数激光应用要求激光以恒定的处理速度聚焦到工作台的轨迹上。为达到这个目的，控制器（PC）细分轨迹成为微步阶。微步阶的步长取决于输出周期和所需的速度。动态检流的使用，能够优化微向量的控制。因此，在快速定位中，也建议使用矢量控制法。对于剧烈的跳转，确定的定位速度会防止过度的振荡，同时可缩短定位时间。定位速度通常明显高于处理速度。对G30系列振镜而言，推荐的典型光束定位速度为25rad/s ，不得超过40rad/s。根据不同的应用，处理速度必须做相应的调整。例如用G30标记小字符，在f-θ镜的焦距为160mm时，典型的打标速度是1m/s。在其他应用场合或不同的光路配置下，这个速度肯定是不同的。

振镜电机运动不会立即追随着矢量控制指令，有一定的“时滞”（时间滞后）。“时滞”体现振镜电机响应性质的特点。矢量控制的输出周期必须远远小于时滞。否则，伺服在试图跟随单个的微步阶时，振镜电机将不能以恒定速度移动。这将使伺服处于连续调节状态，增加功率消耗和电机的热应力。因此，建议使用尽可能短的输出周期，不要大于“时滞”的 20%。协调“扫描头”和“激光控制”的应用软件必须考虑到上述的“振荡”和“时滞”特性。

环境的波动，尤其是温度的变化，会引起扫描头的漂移，一种是位置移动，称为“偏置漂移”， 另一种是工作区域尺寸增大或减小的变化，称为“增益漂移”。因此，高精度的应用场合应在扫描头达到其操作温度后再开始。并使扫描头运行环境温度变化的幅度尽可能的小。

2.1 控制板和扫描头之间的数据传输

扫描头内镜片的位置由数字信号传输和控制。控制器和扫描头经一个串行接口互联，数据传输符合XY2-100协议。主要传输下列几个信号：

控制器为X轴、Y轴以及Z轴（可以选择的）提供位置数据。

扫描头产生一个状态信号反馈给控制器。

同步信号SYN和时钟信号CLK

请严格遵照本说明提供的连线说明连接数据线。

状态信号

扫描头提供了一个状态信号PWROK。PWROK=0表示电源出现问题或驱动进入保护状态。上电初始PWROK=0，大约1秒PWROK信号切换到1。如果上电后1秒内PWROK信号没有切换到1，或在正常操作期间该信号从1切换到0，必须立即关断激光。在某些情况，系统可能偏转激光束到一个不确定的方向上，可能造成身体损伤或设备损害。此时必须立即检查系统并确定故障原因。一个有缺陷的电源也有可能造成在正常操作期间该信号从1切换到0。参看“电源”部分。当环境温度过高或负载过重使振镜温度超过临界值时，也会造成在正常操作期间该信号从1切换到0。注意确保安全的操作温度。

温度信号

温度信号通常在0和1之间转换，当操作温度达到时（这个可能需要几分钟）。在操作过程中，如果温度低于最低操作温度或者高于允许的最高温度，温度信号就会转换为0，在这种情况下，系统操作不必立即停止，但是可能会有大的漂移或者其他副作用。如果系统操作不被停止，扫描头的温度达到一个较高的临界值，为避免扫描头热损伤，内置的温度控制装置就会切断扫描头驱动器如果扫描头温度降低到极限温度以下，扫描头驱动器将会自动重启。

位置确认

位置确认=1意味着给定值和实际值之间有差异，这个差异小于图像区域的0.5％。位置确认信号通常在通电几秒之内转换为1。

2.4  光学组成

为达到激光应用中理想的光学特性，扫描头的光学部件必须满足实际应用以及激光器的需求。为了理想的镜片反射率，根据客户所需要的激光功率和波长，选定合适的涂层。根据需要的光斑尺寸和扫描度，选定镜片尺寸和扫描头的入光孔径。用户必须确保射入的激光参数（波长、功率密度和光斑直径）符合扫描头说明书。否则可能会出现以下情况：

偏转镜的涂层为特定的波长或波长范围。如果使用的激光波长脱离了这个值，镜片不会正常工作，甚至损毁。

偏转镜的涂层也有特定的最大激光功率密度。如果施加到镜片的激光功率密度超过规定的激光功率密度，镜片可能会损毁。

偏转镜有特定的光束直径要求和最大允许扫描角度要求。如果光束直径或扫描角度超过特定的最大值，会发生晕散。光束不再被镜片完全偏射。光束的一部分被扫描头吸收，在图像区域的边缘功率密度下降，功耗增加，进而导致扫描头内部和物镜的损坏。

三、注意事项

在安装或检查系统前，请确保切断电源；

严禁触摸偏转镜面，清洁镜面时，必须带指套，用镜头纸照规则清理；

在扫描头连接好后，会形成一个锥形辐射区；

先打开控制器和扫描头的电源，再打开激光；否则，激光束可能反射在任意方向；

在此过程中，请注意安全防护，任何时候严禁凝视激光束，避免身体直接接触激光辐射；

注意防尘，保持系统清洁。

振镜的基本技术参数

（所有角度指光束偏转角）

⒈ 孔径       最大入射光束直径 30mm

⒉ 步阶响应   1%     <1.3ms10%    <4.3ms

光学性能

1. 扫描角度    ±20°

2. 零点偏移    <5mrad

3. 非线性      <3.6mrad

4. 偏斜        <2mrad

5. 增益误差    <5mrad

动态性能

⒈  跟随误差    <0.65ms

⒉  重复精度    <24μrad

⒊  长时间漂移（在恒定环境温度下连续工作 8 小时）<1mrad 

冷却规格

1 气流速度       20 l/min（△p＜2 bar）

2 水流速度       5 l/min（△p＜0.1 bar，p＜4bar）

推荐工作速度（在物镜f=160mm下）

1. 打标速度    1m/s

2. 定位速度    6m/s

3. 高质量书写速度   160英文字符/秒（打1mm高度的单线字符）

电气连接

1. 输入和输出信号    XY2-100标准

2. 控制值的最大范围  0到65535

3. 电源需求   ±（15+1.5）V DC   最大电流   6A

校正   

 0到65535对应-24°到+24°

镜片

1. 波长        1064nm

   2. 反射率      在1064nm下，在全部角度范围内，每个镜片大于99.5%

3. 最大激光功率密度连续波              350W/cm²脉冲波（50ns脉宽）  70MW/cm²

4. 最大激光功率        600W

重量（不含物镜）：      约5.8kg

操作和储存条件

1. 操作温度         +15℃～+35℃

2. 存储温度         -35℃～+60℃

3. 环境条件         无凝结、无腐蚀