ad analizzatori per scansione basati a galvanometro sono la soluzione di posizionamento preferita per una gamma sempre più vasta di industriale, di scientifico, la rappresentazione e le applicazioni mediche del laser. Mentre una serie di approcci d'esplorazione sono ad analizzatori disponibili e basati a galvanometro — «galvos» comunemente chiamati — flessibilità, velocità ed accuratezza di offerta ad un costo attraente. Mentre molte applicazioni della rappresentazione approfittano della capacità del galvo di fornire una velocità costante per qualità superiore di immagine, altre a applicazioni d'esplorazione basate a vettore traggono giovamento dai tempi di reazione veloci di punto dei galvos moderni. Con gli avanzamenti continuati in galvo e nella servo tecnologia, i dispositivi oggi offrono le larghezze di banda a circuito chiuso di parecchi kilohertz anche affinchè i più grandi fasci, i tempi di punto-risposta nella gamma 100-&s, la frequenza massima >2kHz di rms, il singolo livello del microradian- che posizionano la risoluzione, i bassi costi per asse ed il controllo di posizionamento flessibile descrivano vari moti attraverso gli ampi angoli.

Ciò ha permesso ai nuovi livelli di prestazione nella marcatura del laser ed in altre applicazioni di elaborazione materiale, via la perforazione, le applicazioni di alta risoluzione della rappresentazione e della stampa, l'analisi del DNA ed i sistemi di scoperta della droga e costo i sistemi biomedici che portano le capacità di rilevazione e della selezione dal laboratorio di ricerca all'ambulatorio. I requisiti di progettazione di ogni applicazione, tuttavia, enfasi variante del posto su velocità, su accuratezza, sulla dimensione e sul costo.

Fortunatamente, le molte configurazioni di galvo e capacità permettono agli analisti programmatori di selezionare il prodotto ottimale per i requisiti dell'applicazione dell'obiettivo.

Componenti e tecnologia

Un sistema di galvo consiste di tre componenti principali: il galvanometro, lo specchio (o specchi) ed il servo driver che controlla il sistema. Mentre i sistemi di galvo offrono le più alte velocità e prestazione, la progettazione corretta e la selezione adeguata fra queste componenti diventa sempre più importanti a raggiungere la prestazione massima. Mentre i sistemi di galvo hanno raggiunto i tempi di punto 100-&s e frequenze di rms ha raggiunto >2kHz, molti delle regole e dei principi di progettazione che si sono applicati quando sistema-posiziona la prestazione sono stati misurati nei millisecondi non sono più adeguati.

Il galvanometro

Il galvo stesso ha due maggior parti: l'azionatore che manipola il carico dello specchio ed il rivelatore integrale di posizione che fornisce informazioni di posizione dello specchio al sistema a ciclo chiuso.

Due configurazioni dell'azionatore serviscono comunemente gli odierni sistemi ad alto rendimento. Il magnete commovente, in cui il magnete fa parte del rotore e la bobina fa parte dello statore, fornisce le più alte frequenze sistema-sonore a causa della sua progettazione uniforme del rotore. La bobina mobile, in cui la bobina è integrale al rotore ed in cui il magnete fa parte dello statore, offre il più alto rapporto di coppia di torsione--inerzia e il più alta efficienza di coppia di torsione.

Nei due tipi comuni di rivelatori di posizione, i movimenti dell'elemento del rivelatore come componente della struttura del rotore di galvo. Nella progettazione capacitiva dielettrica commovente, una fonte di radiofrequenza guida due condensatori variabili e le correnti differenziali rettificate risultanti riferiscono la posizione dell'azionatore e dello specchio di galvo. Nelle nuove progettazioni ottiche del rivelatore di posizione, una sorgente luminosa illumina le parti di quattro cellule fotoelettriche. Fra la sorgente luminosa ed i ricevitori, una farfalla commovente come le colate di forma più o meno ombra sulle paia delle cellule del ricevitore. Le correnti risultanti riferiscono la posizione dell'azionatore e dello specchio di galvo.

La progettazione del rivelatore di posizionamento notevolmente definisce la precisione di posizionamento del sistema e le sue risposte in frequenza inerziali e sonore colpiscono la velocità del sistema. Le caratteristiche a basso rumore e minime del compatto, di inerzia dei nostri rivelatori ottici brevettati di posizione forniscono il più alta velocità, più di piccola dimensione ed il costo riduttore rispetto ai dispositivi capacitivi, senza sacrificare l'accuratezza o la stabilità. Inoltre, alcuni rivelatori capacitivi possono emettere il rumore elettrico di rf che può interferire con elettronica vicina nel sistema e questo rumore si elimina con i rivelatori ottici di posizione.

Lo specchio

Lo specchio è una componente importante del sistema, specialmente alle velocità aumentate. La sua progettazione può fare o rompere gli scopi di progettazione per la velocità e l'accuratezza.

Al massimo il livello di base, uno specchio o gli specchi devono tenere il diametro richiesto del fascio sopra la gamma angolare richiesta specificata nell'applicazione tipica. Lo spessore dello specchio, il profilo, la sezione trasversale ed i materiali (silice fusa, silicio o berillio il più comunemente sintetico) sono importanti. Influenzano l'inerzia del sistema come pure la frequenza di risonanza e di rigidezza dell'assemblea dello specchio e dell'azionatore.

Aumenti nella rigidezza e nella frequenza di risonanza che notevolmente non aggiungono per ammontare all'inerzia del sistema per permettere ai tempi di reazione più veloci ed all'più alta larghezza di banda. Di conseguenza, la progettazione dello specchio colpisce non solo il percorso ed il costo ottico del sistema di galvo, ma anche la velocità e l'accuratezza del sistema globale.

Nei sistemi del dirigere-fascio di due-asse, una distanza fra le asce di rotazione e la gamma angolare disponibile della progettazione richiede solitamente il secondo specchio nel sistema di essere più grande del prima. A causa di questo, il secondo specchio può essere la componente che limita la velocità di intero sistema di due assi, rendendo la sue progettazione e costruzione critiche. In una progettazione ottimizzata di due-asse, il secondo specchio in un tal sistema fornirà soltanto i leggeri limiti alla velocità del sistema, rispetto al primo specchio.

Il servo driver

La componente finale del sistema di galvo è i servo circuiti che guidano il galvo e controllano la posizione dello specchio. Il servo demodula i segnali in uscita correnti del rivelatore di posizione, li paragona al segnale dominante di posizione e guida l'azionatore per portare il galvo alla posizione desiderata, forzante l'errore fra i segnali quasi a zero.

I servi tipici usano una combinazione della posizione individuata, della corrente di azionamento di galvo, della velocità angolare e dei segnali di integrale-de-errore o di errore di permettere al controllo di sistema a ciclo chiuso alla velocità ed all'accuratezza di posizionamento desiderate. Appena poichè ci sono stati molti avanzamenti nella progettazione degli azionatori e dei rivelatori di posizione, gli sviluppi in corso nella servo elettronica sono stati critici a trar più massimo vantaggio dagli avanzamenti di galvo nella larghezza di banda e nella capacità di rms. Le nuove servo architetture digitali quale Stato-spazio, hanno spinto la prestazione di galvo oltre che cosa era realizzabile con i servi analogici o digitali di PID.

Servo configurazioni analogiche

Due servo configurazioni analogiche comunemente ottimizzare o ponderare i requisiti di accuratezza e di velocità, che fanno concorrenza spesso nell'importanza. Un servo d'integrazione, si è riferito a come classe 1, o il PID (Proporzionale-Integrale-derivato), usa l'errore di posizione integrato per sistemarsi all'più ad alto livello di precisione di posizionamento con il meno errore angolare. Le applicazioni che stimano la precisione sopra la velocità contano spesso sui servo regolatori d'integrazione della classe 1. Un servo d'integrazione, o la classe 0, può fornire le più alte velocità del sistema perché evita il tempo di integrazione. Questa configurazione è usata spesso quando una certa precisione (fino a &rad circa 100) è sacrificata per aumentare la velocità, da 10 per cento o più. Molte delle applicazioni più ad alta velocità contano sui servi d'integrazione della classe 0.

Oltre i servi di PID

Le servo architetture del nuovo stato-spazio digitale hanno ottimizzato la prestazione dei galvos sostanzialmente riducendo o eliminando «il tracking error» che è prevalente in servi (analogici o digitali) di PID. Il tracking error riduttore permette che gli utenti eliminino i ritardi del software nei loro programmi di moto che sono stati inseriti per compensare le variazioni di tempo causate dal tracking error e la prestazione globale di galvo (soprattutto nel tipo applicazioni di vettore) notevolmente è migliorata. Nelle applicazioni di segno del laser, è tipica vedere le velocità di segno aumentare 2x a 4x una volta che questo tracking error si elimina. Altri vantaggi dei servi digitali comprendono spesso la sintonizzazione autoregolatrice o su ordinatore.

Categorie di moto

Mentre ci sono molti tipi di fasci che posizionano i moti o le strutture di comando impiegate in sistemi laser, più può essere classificato come casuale o ripetitivo in natura. Di questi, il più comuni sono vettore, quadro televisivo e punto-e-tenuta posizionanti i moti. Un ingrediente apprezzabile nella riuscita progettazione di sistema laser oggi è il comando ed il controllo intelligenti dei segnali dati al sistema dell'analizzatore.

Posizionamento di vettore

Nelle applicazioni diposizionamento quali la marcatura del laser ed altre forme di elaborazione di materiali industriale, il moto del fascio può essere strutturato in una serie di piccoli vettori o punti angolari per consistenza di processo e capacità di lavorazione materiale massima. L'uso di piccoli punti massimizza l'efficienza minimizzando la variazione di tempo della sistemazione e ritardi connessi con i movimenti di gran-angolo, che possono essere limitati da tensione o le restrizioni correnti, coppia di torsione di galvo, limitazioni termiche o saturazione elettrica all'interno del ciclo del servocomando. Il successo è misurato spesso ai caratteri, ai vettori o ai punti eseguiti al secondo.

Nelle applicazioni diposizionamento più veloci, il sistema è raramente stazionario fra i vettori. Nel rispondere a queste esigenze, non è limitato spesso dai vincoli della dissipazione di coppia di torsione di galvo, di potere di Galvo, dai livelli dell'alimentazione elettrica, ecc. Piuttosto, il parametro di limitazione critico è la larghezza di banda a circuito chiuso, definita e limitata dalle frequenza di risonanza dello specchio e del galvo combinati come pure dalla capacità del servo di controllare e sopprimere le frequenza di risonanza naturali del sistema.

Posizionamento del quadro televisivo

Per le applicazioni stile quadro quale stampa, la microscopia d'esplorazione del laser e l'acquisizione immagine, il fascio o l'apertura è mossa ad una velocità costante durante la rappresentazione attiva, formante le linee attive che si uniscono spesso da un più veloce ritracciano. Durante questo tempo attivo della rappresentazione, l'accelerazione (e quindi il diretti correnti la bobina di galvo) è quasi zero. Durante il ritorno del raggio catodico, l'accelerazione è alta, così corrente attraverso la bobina di galvo è alta.

La frequenza operativa globale del sistema di galvo è limitata dalla parte posteriore della mosca del periodo di scansione e di sua relazione al tempo attivo della rappresentazione, anche descritta come il duty cycle o l'efficienza della ricerca. Sebbene non possa essere ovvia, un'efficienza più rilassata permette spesso ad un'più alta frequenza operativa. Quando più tempo si concede per la mosca indietro, corrente nell'analizzatore è più bassa, la frequenza operativa può essere
più alto e più linee può essere stampato o riunitoe al secondo senza termicamente limitare il sistema.

Le applicazioni del quadro televisivo impiegano tipicamente meno potere del laser e la dimensione di punto o del pixel e la lunghezza del percorso definiscono i requisiti del diametro del fascio e di dimensione di galvo dello specchio. La capacità di eseguire i punti di gran-angolo con la vacillazione dello specchio di inter-ricerca ed il nervosismo bassi della sincronizzazione, insieme all'alta capacità di trattamento di potere di galvo, è critica come livelli estremi di ripetibilità dalla ricerca da esplorare agli alti tassi di ripetizione è richiesta. La struttura rigida dell'azionatore del muovere-magnete, con la sua resistenza termica bassa dalla bobina al caso, come nella famiglia 62xxH dei galvos, le opera una scelta eccellente per molte applicazioni del quadro televisivo.

Una considerazione restante in questo gruppo dell'applicazione è la struttura delle forme d'onda di comando inviate al sistema di galvo. Una forma d'onda cicloidale di comando è raccomandata per dirigere le discontinuità di posizione, di velocità e di accelerazione che possono limitare simultaneamente la qualità e la frequenza operativa di immagine. Un liscio, «accelerazione ha diretto» la prestazione di sistema degli aiuti dell'input limitando il contenuto di frequenza che è passato al sistema di galvo. Ciò tende ad evitare l'eccitazione delle risonanze naturali del sistema, permettendo alla maggior qualità di immagine. Inoltre abbassa l'accelerazione nella fase posteriore della mosca, che riduce il potere nel sistema. Questi due fattori permettono spesso una migliore ripetibilità ad un'più alta frequenza operativa possibile facendo uso degli input più semplici di forma del dente di sega.

Posizionamento della Punto-E-tenuta

il posizionamento della Punto-e-tenuta varia dal vettore che posiziona in quanto che il sistema è ordinato ad un angolo fisso e che è tenuto ancora come possibile mentre l'operazione è realizzata. Questi movimenti di posizionamento variano nella frequenza e nell'ampiezza, sebbene la disposizione altamente accurata e ripetibile del fascio sia richiesta tipicamente.

I parametri di sistema più critici di galvo in questo tipo di posizionamento sono un rivelatore di posizione accurata e stabile e un azionatore efficiente, di alto-coppia di torsione ma di basso inerzia per accelerazione veloce e sistemarsi alla posizione dominante. Secondo gli scopi dell'applicazione e, come nel posizionamento del quadro televisivo, dirigere il segnale di comando limitare il contenuto di frequenza che è passato sopra al sistema dell'analizzatore può migliorare il risultato della punto-e-tenuta.

Tale posizionamento è disponibile in chiare aperture ottiche che variano da 3 - ai diametri del fascio da 50 millimetri attraverso tutte le applicazioni di sistema laser. La classe della bobina mobile di galvo, che caratterizza la ripetibilità unica-microradian, le percentuali di linearità >99.9 del rivelatore di posizione e una deriva uncompensated della scala di 50 PPM per grado di mutamento di temperatura, il più bene servire queste applicazioni.

Prestazione d'ottimizzazione

Il galvanometro a circuito chiuso offre all'analista programmatore una combinazione potente di velocità, accuratezza e basso costo come pure una flessibilità che non è possibile con altre tecnologie dell'analizzatore. La gamma di attributi di galvos soddisfa varie applicazioni. Gli avanzamenti in questa tecnologia, con gli avanzamenti nella tecnologia laser, continuano ad allargare la gamma dell'applicazione del galvanometro, permettendo ai nuovi livelli di rendimento, applicazioni e mercati. La derivazione della prestazione possibile più alta in tutta l'applicazione di galvo richiede una comprensione dei parametri più critici per il posizionamento la velocità e dell'accuratezza, con la progettazione e la selezione adeguate del galvo, dello specchio e di servo driver.