Сканирующие, плоттерные и роботизированные системы лазерной обработки материалов: сравнительные достоинства и недостатки, область применения.

При решении задач лазерной обработки материалов почти всегда требуется обеспечить перемещение точки взаимодействия лазерного луча с материалом. Рассмотрим три наиболее распространённых способа осуществить такое перемещение: использование сканирующей системы, плоттерной системы (координатного стола) или многокоординатного робота.
Сканирующая система, как правило, представляет собой совокупность двух зеркал, поворачивающихся вокруг перпендикулярных друг другу осей. Каждое из этих зеркал в «нулевом» положении отклоняет лазерный луч на 90 градусов. После зеркал по ходу луча находится фокусирующий объектив, как правило – объектив плоского поля. Поворот зеркал приводит к перемещению фокусного пятна по предметной плоскости. Зеркала приводятся в движение гальваноприводами. К достоинствам этого типа систем управления лазерным излучением относятся: высокая скорость перемещения точки обработки (до 10 м/с); высокая точность позиционирования и повторяемость (5 мкм); невысокая стоимость; компактность; возможность задания сложной программы обработки. Недостатком сканирующих систем является сравнительно малый размер поля обработки. Этот недостаток ограничивает сферу применения сканирующих систем маркировкой, очисткой и ударным упрочнением. Этот недостаток делает несущественным имеющее место ограничение по мощности, так как мощные лазеры в этих применениях, как правило, не используются.
Плоттерная система (координатный стол) представляет собой устройство перемещения фокусирующей головки в фиксированной плоскости раздельно по двум координатам. Функционально такая система состоит из станины, направляющих, двигателей и собственно фокусирующей головки. Доставка лазерного излучения до фокусирующей головки осуществляется посредством либо поворотных зеркал («летающая оптика»), либо волоконной оптики, как в современных станках на основе волоконных лазеров. Также распространена схема «неподвижный луч – движущаяся деталь», в которой вышеописанная система двухкоординатного движения перемещает обрабатываемую деталь. Достоинства: возможность создания координатного стола под любой заданный размер; возможность использования лазера любой мощности; сравнительно высокая точность позиционирования и повторяемость (5 – 100 мкм); возможность задания сложной программы обработки; высокая скорость (до 10 м/мин). К недостаткам, а точнее, к конструктивным ограничениям, следует отнести большие вес и размер, а также высокую стоимость координатных столов.
Роботизированные системы лазерной обработки в качестве движущего устройства используют робот, который, как правило, представляет собой механическую руку с 5 – 7 степенями свободы. Главным достоинством роботов является возможность обеспечить любое взаимное расположение детали и лазерного луча. Также робот обеспечивает повторяемость, точность позиционирования, высокую скорость. Специфика роботов – сложность и трудоёмкость программирования – ограничивает их применение технологическими задачами, предполагающими большое число одинаковых операций, как, например, лазерная резка деталей автомобильных кузовов после штамповки. Зато при решении таких задач робот незаменим. Недостатком роботов является их высокая стоимость.
При выборе типа системы управления лазерным лучом для решения определённой технологической задачи следует знать следующие параметры этой задачи: размер поля обработки; размерность траекторий; мощность лазерного излучения; требуемые скорости перемещения луча. В ряде случаев возможно использование гибридной системы управления лучом – например, робот со сканером для лазерной очистки.