ما الدور الذي تلعبه عدسة الحقل في جهاز وسم الليزر؟

أثناء النقش بالليزر، تلعب المرآة الميدانية دورًا حيويًا. دعونا الآن نفهم ونستكشف وظيفتها.
1. ما هي المرآة الميدانية؟
المرآة الميدانية هي مكوّن رئيسي في النظام البصري لآلة وسم الليزر. وغالبًا ما تُركَّب بعد نظام مسح المرآة. وتتمثل مهمتها الرئيسية في تركيز شعاع الليزر الذي تم انحرافه وانعكاسه بواسطة المرآة إلى بقعة ضوئية صغيرة جدًا ومركزة بشدة، وضمان تشكُّل هذه البقعة لمنطقة مسح مسطحة وخالية من التشويه على سطح الوسم.
ثانيًا. الوظائف الأساسية الثلاث للعدسات الميدانية
تمتد وظائف العدسات الميدانية لما هو أبعد من مجرد "التركيز". وتنعكس هذه الوظائف بشكل خاص في الجوانب الرئيسية الثلاثة التالية:
الوظيفة الأساسية: تركيز الطاقة الليزرية
هذه هي الوظيفة الأساسية الأكثر أهمية لعدسة الحقل. بعد مرور شعاع الليزر عبر موسّع الشعاع وتوجيهه، فإنه على الرغم من كونه شعاعًا موازيًا، إلا أن كثافة الطاقة تكون موزعة نسبيًا ولا يمكن استخدامها مباشرة في المعالجة. وتعمل عدسة الحقل، من خلال تصميم سطحها المنحني الدقيق، على تركيز شعاع الليزر المتوازي الساقط إلى نقطة صغيرة جدًا. ووفقًا لمبادئ البصريات، فإن كثافة الطاقة عند بؤرة التركيز تزداد بشكل أسّي، بحيث تصل إلى العتبة اللازمة للتبخير الفوري أو لتغيير الخصائص الفيزيائية والكيميائية لسطح المادة، وبالتالي تحقيق هدف الوسم والنحت. كلما قل طول بُعد عدسة الحقل البؤري، زادت قدرتها على التركيز، وصار بقعة الضوء أصغر، وكثافة الطاقة أعلى، مما يجعلها أكثر ملاءمة للتشغيل الدقيق.
2. الوظيفة الرئيسية: تحقيق المسح المسطح
هذا ما يميز عدسة الحقل عن العدسات المحدبة العادية. إذا استُخدمت فقط عدسات عادية، فإن موقع بقعة تركيز شعاع الليزر على مستوى الوسم سيتغير عندما ينحرف محرك المرآة الممسحة، مما يؤدي إلى اتخاذ مستوى التركيز شكلاً كرويًا (أي "انحناء الحقل"). وهذا يعني أن حواف مستوى الوسم ستكون أمام أو خلف البؤرة، ما يجعلها ضبابية وضعيفة الطاقة.
من خلال تصميم بصري خاص، يمكن لعدسة الحقل أن "تمهد" المجال البؤري الكروي الناتج عن المسح بالمرآة وتحويله إلى مستوى مستوٍ. فبغض النظر عن الزاوية التي يسقط بها شعاع الليزر على عدسة الحقل، فإنها تستطيع تركيزه على نفس المستوى. ويضمن ذلك أن تبقى أبعاد البقعة الضوئية وكثافة طاقتها متسقة عند كل نقطة ضمن نطاق الوسم بالكامل (مثلاً: 100 مم × 100 مم)، وبالتالي تحقيق تأثير وسم عالي الجودة مع حواف واضحة وعمق موحد في المركز والحواف على حد سواء.
3. دور اتخاذ القرار: تحديد نطاق الوسم وحجم البقعة
يحدد البعد البؤري للعدسة الميدانية بشكل مباشر معاملين رئيسيين في أداء جهاز وسم الليزر:
نطاق الوسم: كلما زاد البعد البؤري للعدسة الميدانية، اتساع نطاق الوسم. على سبيل المثال، قد تبلغ المساحة القصوى للوسم لعدسة ميدانية ببعد بؤري 100 مم 100 مم × 100 مم، بينما قد تصل عدسة ميدانية ببعد بؤري 330 مم إلى 300 مم × 300 مم. ولكن على حساب ذلك، عند الوسم على مساحة كبيرة، تكون كثافة الطاقة أقل نسبيًا.
حجم البقعة: كلما قل البعد البؤري للعدسة الميدانية، صغرت البقعة المنظمة، وازدادت دقة المعالجة. وهي مناسبة للوسم الدقيق جدًا مثل الثقوب الصغيرة، وأكواد الاستجابة السريعة (QR)، والأنماط الدقيقة. ومع ذلك، فإن نطاق وسمها يكون أصغر أيضًا.
لذلك، يحتاج المستخدمون إلى اختيار طول بؤري مناسب لعدسة الحقل بناءً على حجم القطعة المُعالجة ومتطلبات الدقة، وإجراء موازنة بين نطاق الوسم ودقة المعالجة.
ثالثاً: المعايير الفنية الرئيسية وإرشادات اختيار عدسات الحقل
يُعد اختيار عدسة الحقل المناسبة أمراً بالغ الأهمية لتحسين تأثير الوسم:
الطول البؤري: كما ذُكر أعلاه، فهو المعيار الأساسي للاختيار.
الطول البؤري القصير (مثل F=100 مم - 163 مم): نطاق ضيق، دقة عالية، وكثافة طاقة عالية. مناسب للوسم الدقيق لمكونات الإلكترونيات، والأجهزة الطبية، والمجوهرات، وأطباق السيليكون، إلخ.
الطول البؤري المتوسط (مثل F=210 مم - 254 مم): يوفر أفضل توازن بين النطاق والدقة، ويتمتع بأكبر قدر من التنوع. مناسب لوسم الشعارات والأرقام التسلسلية على معظم المنتجات المعدنية والبلاستيكية.
البعد البؤري الطويل (مثل F=330 مم - 420 مم): مناسب للوسم على نطاق واسع، أو للوسم على الأسطح المنحنية ثلاثية الأبعاد (بسبب عمق المجال الأكبر). ينطبق على أجزاء السيارات، والصفائح المعدنية الكبيرة، إلخ.
حجم بقعة الضوء الساقطة: تحتوي عدسة الحقل على حد أقصى للفتحة. من الضروري التأكد من أن قطر شعاع الليزر الخارج من الجالفانوميتر أصغر من حجم بقعة الضوء المسموح بها في عدسة الحقل. وإلا، سيتم حجب الضوء عند الحافة، مما يؤدي إلى فقدان الطاقة واشوهات في شكل البقعة.
عمق المجال: يشير إلى مدى العمق الذي يمكن فيه الحصول على صور واضحة قبل وبعد النقطة البؤرية. يكون عمق مجال عدسة الحقل ذات البعد البؤري الطويل أكبر، ولها متطلبات أقل فيما يتعلق بمسطحية سطح القطعة العمل. وهي أكثر ملاءمة للوسم على الأسطح المنحنية ذات التموجات الخفيفة.
الطلاء: يمكن لطبقات الطلاء المضادة للانعكاس عالية الجودة أن تقلل بشكل كبير من فقدان الانعكاس للليزر على سطح العدسة، وتحسّن كفاءة استخدام الطاقة، وتحمي العدسة من التلف الناتج عن درجات الحرارة العالية. ويجب اختيار الطلاء بناءً على طول موجة الليزر (مثل 1064 نانومتر، 10.6 مايكرومتر، 355 نانومتر).
رابعاً: صيانة ورعاية عدسات الحقل
بما أن عدسات الحقل هي مكونات بصرية دقيقة، فهي تتطلب صيانة دقيقة:
مقاومة التلوث: ستؤدي الأبخرة والمواد المنقذفة الناتجة أثناء المعالجة إلى تلوث سطح عدسة الحقل، مما يؤثر على شفافية الضوء وتأثير الوسم، بل وقد يتسبب في تشقق العدسة بسبب امتصاص حراري موضعي.
طريقة التنظيف: استخدم فوهة هواء احترافية وكحول خالي من الماء وورق تنظيف العدسات. امسح العدسة بلطف من المركز نحو الحافة بحركة حلزونية.
الوقاية من الاصطدام: تجنب أي اصطدامات مادية لمنع تلف السطح البصري.

في الختام، وعلى الرغم من أن عدسة الحقل صغيرة، إلا أنها تُعد أحد المكونات الأساسية للنظام البصري في جهاز الوسم بالليزر. فهي لا تعمل فقط كمُركّز للطاقة، بل تؤدي أيضًا دور "جهاز تسوية" لمستوى المسح، وتُحدد بشكل مباشر دقة ونطاق وتوحيد عملية الوسم. عند اختيار وتكوين نظام الليزر للوسم، من الضروري فهم مبادئ ووظائف عدسة الحقل بشكل كامل، واختيار العدسة المناسبة بناءً على متطلبات التطبيق الفعلية، إلى جانب إجراء الصيانة الدورية. إن هذه الخطوة ضرورية لضمان تشغيل المعدات بأفضل أداء وتحقيق نتائج معالجة مثالية.