Galvoscanner / Galvo-Kopf
Galvoscanner / Galvo-Kopf
Was ist ein Galvoscanner?
Ein Galvoscanner (auch Galvo-Kopf oder Scankopf) ist ein kompaktes Modul, das einen Laserstrahl mit zwei sehr schnellen Spiegeln über eine Fläche lenkt: einer bewegt die X-Richtung, der andere die Y-Richtung. Das Werkstück bleibt liegen – nur der Strahl „flitzt“ über die Oberfläche. Ergebnis: sehr schnelle Gravuren und Markierungen mit hoher Wiederholgenauigkeit.
Woraus besteht ein Galvo-Kopf?
- Galvo-Antriebe: miniaturisierte Drehspul-Antriebe (ähnlich einem Lautsprecher), die Spiegel sehr präzise um kleine Winkel bewegen.
- Spiegel: hochreflektierende, sehr leichte Spiegel, abgestimmt auf die Wellenlänge (z. B. 1064 nm bei Faserlaser, 10,6 µm bei CO2-Laser).
- Positionssensor: misst den tatsächlichen Spiegelwinkel für eine geschlossene Regelung (PID).
- Treiber/Regler: Elektronik, die Soll-Winkel fährt, beschleunigt/abbremsT und übers Feedback stabilisiert.
- F-Theta-Objektiv: Speziallinse, die den abgelenkten Strahl auf einer Ebene plan abbildet (gleichmäßige Größe & Fokus über das Feld).
Wie funktioniert das (einfach erklärt)?
- Der Laser kommt (meist schon kollimiert) in den Scankopf.
- Der X-Spiegel lenkt den Strahl nach links/rechts, der Y-Spiegel nach vorne/hinten.
- Durch die Winkeländerung entsteht hinter dem F-Theta-Objektiv ein beliebiger Punkt innerhalb des Markierfeldes.
- Die Steuerung „zeichnet“ Linien, Kurven, Schraffuren, indem sie die Spiegel kontinuierlich bewegt und den Laser passend moduliert (ein/aus, Leistung, [[Modulation / Frequenz|Frequenz]]).
Da keine Achsenmassen bewegt werden, sind Beschleunigungen und Geschwindigkeiten möglich, die eine Portalmaschine nicht erreicht.
F-Theta-Objektiv – warum ist das wichtig?
Ohne Korrektur würde ein konstanter Spiegelwinkel keinen konstanten Weg auf der Ebene erzeugen und der Fokus würde zum Rand hin wandern. Ein F-Theta-Objektiv (auch Scanobjektiv) kompensiert das: Der abgelenkte Strahl wird so abgebildet, dass Abstand auf dem Werkstück ≈ f · θ (linear zum Winkel) bleibt und der Fokus über das Feld weitgehend konstant ist.
Verschiedene Brennweiten (z. B. F100/F160/F210/F254) bieten unterschiedliche Feldgrößen: kürzere Brennweite ⇒ kleinerer Spot, kleineres Feld; längere ⇒ größeres Feld, größerer Spot.
Markierfeld & Auflösung
- Feldgröße: typ. 70×70 mm bis 300×300 mm (je nach F-Theta-Linse und Spiegelgröße).
- Spotgröße: hängt von [[Strahlqualität (M²-Wert)|M²]], Wellenlänge und Brennweite ab. Kleiner Spot = höhere Detailauflösung.
- Auflösung: ergibt sich aus Spotgröße und Hatch-Abstand (Linienabstand), oft als DPI/LPI angegeben.
Merke: Größeres Feld und kleiner Spot gleichzeitig geht nur begrenzt – man wählt einen Kompromiss (passende F-Theta-Linse).
Geschwindigkeit, Dynamik & „Delays“
Galvos sind extrem schnell, aber sie sind Massen-Feder-Dämpfer-Systeme. Deshalb brauchen sie clevere Parameter:
- Jump Speed: Tempo bei Strahl aus (Positionieren).
- Mark Speed: Tempo bei Strahl an (Gravieren).
- Acceleration/Deceleration: sanftes Anfahren/Abbremsen, sonst Eckenfehler.
- Delays (Polygon-, Corner-, Laser-on/off-Delay): kurze Pausen, damit Spiegel und Laser synchron sind – sonst entstehen Ausfransungen oder Helligkeitssprünge.
Gute Einstellungen sind entscheidend für Kontrast, Kanten und Rundheit kleiner Details.
Typische Prozesse mit Galvo
- Vektorgravur/-markierung: Konturen, Texte, Logos, Seriennummern – schnell und scharf, besonders auf Metallen (z. B. Stahl, Alu, Messing) mit Faserlaser.
- Flächenfüllung (Hatch): Schraffuren in verschiedenen Winkeln (0°/90°/45°), Cross-Hatch für gleichmäßige Flächen oder Tiefengravur.
- Farbmarkierung (Anlassfarben): mit MOPA-Faserlaser über geeignete Frequenz, Pulsdauer und leichte Defokussierung.
- Mikrostrukturierung: sehr kleine Spots und vielschichtige Füllmuster erzeugen definierte Oberflächentexturen.
Galvo vs. Portal (Flachbett) – Vor- & Nachteile
| Galvo | Portal (z. B. CO₂-Flachbett) | |
|---|---|---|
| Tempo | Extrem schnell (keine Massenbewegung) | Langsamer (Gantry bewegt sich) |
| Feld/Format | Begrenzt (z. B. 110×110 mm) | Große Arbeitsflächen möglich |
| Detail | Sehr fein (kleiner Spot, 1 µm-Bereich möglich) | Gut, aber meist größerer Spot |
| Materialien | Ideal für Metalle (1 µm-Laser) | Ideal für Holz/Acryl (10,6 µm) |
| Schneiden | Metallschnitt nur mit Hochleistung, kleinflächig | Organik/Acryl komfortabel schneidbar |
Kalibrierung & Feldkorrektur (wichtig!)
Damit Kreise als Kreise und Quadrate als Quadrate erscheinen, braucht der Scankopf eine Feldkalibrierung:
- Skalierung & Orthogonalität: X/Y-Winkel müssen zueinander passen.
- Linearisierung: Korrigiert Randverzerrungen (Barrel/Pincushion).
- Fokuslage: Z-Höhe und Feldgröße gehören zusammen (richtige F-Theta-Linse).
Software wie EZCAD oder LightBurn (Galvo) bietet Kalibrier-Routinen mit Testgittern. Einmal sauber kalibriert, stimmen Maße und Rundheit.
Parameter-Tipps für Einsteiger
- Start klein: Geringe Mark Speed, moderates Power%, konservative Delays. Ergebnis prüfen, dann steigern.
- Hatch variieren: 0°/90° oder 0°/60°/120° – minimiert Streifen und ergibt gleichmäßige Flächen.
- Defokus gezielt nutzen: Für Anlassfarben oder homogenere Flächen minimal über Fokus arbeiten (±0,05–0,2 mm).
- Spot sauber halten: Optik/Linse regelmäßig reinigen; verschmutzte F-Theta-Linsen ruinieren Kontrast.
Sicherheit
- Unsichtbares IR (z. B. 1064 nm) bleibt hochgefährlich – Schutz gemäß Laserklasse.
- Sichtfenster nur mit wellenlängenspezifischen Laserschutzscheiben nutzen.
- Reflexionen: Polierte Metalle können gerichtete oder diffuse Reflexionen erzeugen – passende Laserschutzbrille tragen.
- Abgase: Materialabhängig (z. B. Metalle, Beschichtungen, Polymere) – immer Absaugung/Filter verwenden.
Häufige Probleme & schnelle Lösungen
- Ellipse statt Kreis: Feld nicht orthogonal/linearisiert → Kalibrierung durchführen.
- Wellen/Rillen in Flächen: Delays zu kurz oder Hatch zu groß → Delays erhöhen, Hatch verringern/wechseln.
- Helligkeit variiert: Laser-on/off-Timing vs. Spiegelbewegung nicht synchron → Laser-Delays anpassen.
- Unscharfe Ränder: Fokus daneben/Optik verschmutzt → neu fokussieren, Linse reinigen.
Kurz zusammengefasst
Der Galvoscanner lenkt den Laserstrahl mit zwei ultraschnellen Spiegeln über die Fläche. Zusammen mit einem F-Theta-Objektiv entstehen präzise, sehr schnelle Gravuren/Markierungen – ideal für Metalle und Serienarbeit. Feldgröße, Spot, Delays und saubere Kalibrierung entscheiden über Qualität. Sicherheit (Schutzbrille, Einhausung, Absaugung) bleibt Pflicht.
