¿Cuál es el papel del lente de campo en una máquina de marcado láser?

Durante el grabado láser, el espejo de campo desempeña un papel crucial. Conozcamos ahora y exploremos su función.
1. ¿Qué es un espejo de campo?
El espejo de campo es un componente clave en el sistema óptico de una máquina de marcado láser. Por lo general, se instala después del sistema de escaneo por espejos. Su tarea principal consiste en enfocar el haz láser que ha sido desviado y reflejado por el espejo en un punto de luz altamente concentrado y extremadamente pequeño, y garantizar que este punto forme un área de escaneo plana y sin distorsión sobre la superficie de marcado.
II. Las Tres Funciones Principales de las Lentes de Campo
Las funciones de las lentes de campo van mucho más allá de "enfocar". Se manifiestan específicamente en los siguientes tres aspectos clave:
Función Principal: Concentrar la Energía del Láser
Esta es la función más fundamental de la lente de campo. Después de que el haz láser atraviesa el expansor de haz y se colima, aunque es un haz paralelo, su densidad energética es relativamente dispersa y no puede utilizarse directamente para el procesamiento. La lente de campo, mediante su diseño preciso de superficie curva, concentra el haz láser paralelo incidente en un punto muy pequeño. Según los principios ópticos, la densidad de energía en el punto focal aumentará exponencialmente, alcanzando el umbral necesario para la vaporización instantánea o para modificar las propiedades físicas y químicas de la superficie del material, logrando así el propósito de marcado y grabado. Cuanto menor sea la longitud focal de la lente de campo, mayor será su capacidad de enfoque, más pequeño será el punto de luz y mayor la densidad de energía, lo que la hace más adecuada para procesos de precisión.
2. Función clave: Lograr el escaneo de campo plano
Esto es lo que distingue la lente de campo de las lentes convexas ordinarias. Si solo se utilizan lentes comunes, cuando el motor del espejo de escaneo desvía el haz, la posición del foco del rayo láser sobre el plano de marcado cambiará, dando como resultado una forma esférica del plano focal (es decir, "curvatura de campo"). Esto significa que los bordes del plano de marcado quedarán delante o detrás del foco, volviéndose borrosos e insuficientes en energía.
La lente de campo, mediante un diseño óptico especial, puede "aplanar" el campo focal esférico formado por el escaneo del espejo en un plano. Independientemente del ángulo con que el rayo láser incida sobre la lente de campo, esta puede enfocarlo en el mismo plano. Esto garantiza que, dentro de todo el rango de marcado (por ejemplo, 100 mm x 100 mm), el tamaño y la densidad de energía del punto luminoso en cada posición permanezcan constantes, logrando así un efecto de marcado de alta calidad con bordes nítidos y profundidad uniforme tanto en el centro como en la periferia.
3. Rol en la toma de decisiones: Definición del rango de marcado y tamaño del punto
La longitud focal de la lente de campo determina directamente los dos parámetros clave de rendimiento de la máquina de marcado láser:
Rango de marcado: Cuanto más larga sea la lente de campo, mayor será el rango de marcado. Por ejemplo, una lente de campo con una longitud focal de 100 mm puede tener un rango máximo de marcado de 100 mm x 100 mm, mientras que una lente de campo con una longitud focal de 330 mm puede alcanzar los 300 mm x 300 mm. Sin embargo, a costa de esto, al marcar en un área grande, la densidad de energía será relativamente menor.
Tamaño del punto: Cuanto más corta sea la longitud focal de la lente de campo, más pequeño será el punto enfocado y mayor será la precisión del procesamiento. Es adecuado para marcado ultrafino, como microagujeros, códigos QR y patrones finos. Sin embargo, correspondientemente, su rango de marcado también es más pequeño.
Por lo tanto, los usuarios deben seleccionar la longitud focal de la lente de campo adecuada según el tamaño y los requisitos de precisión de la pieza procesada, y realizar un equilibrio entre el rango de marcado y la precisión del procesamiento.
III. Parámetros técnicos principales y directrices de selección para lentes de campo
Seleccionar la lente de campo adecuada es crucial para optimizar el efecto de marcado:
Longitud focal: Como se mencionó anteriormente, es el criterio principal para la selección.
Longitud focal corta (por ejemplo, F=100 mm - 163 mm): Rango estrecho, alta precisión, alta densidad de energía. Adecuada para marcado fino de componentes electrónicos, dispositivos médicos, joyas, obleas de silicio, etc.
Longitud focal media (por ejemplo, F=210 mm - 254 mm): Ofrece el mejor equilibrio entre rango y precisión, y tiene la mayor versatilidad. Adecuada para marcar logotipos y números de serie en la mayoría de productos metálicos y plásticos.
Longitud focal larga (por ejemplo, F=330 mm - 420 mm): adecuada para marcado de amplio rango o para superficies curvas 3D (debido a la mayor profundidad de campo). Aplicable a piezas automotrices, láminas metálicas grandes, etc.
Tamaño del punto de luz incidente: el lente de campo tiene un límite máximo de apertura. Es necesario asegurar que el diámetro del haz láser que sale del galvanómetro sea menor que el tamaño permitido del punto de luz incidente en el lente de campo. De lo contrario, la luz del borde será bloqueada, lo que provocará pérdida de energía y deformación del punto.
Profundidad de campo: se refiere al rango de profundidad en el que se pueden obtener imágenes nítidas antes y después del punto focal. La profundidad de campo de un lente de campo de longitud focal larga es mayor, y tiene requisitos menores respecto a la planicidad de la superficie de la pieza. Es más adecuado para marcado sobre superficies curvas ligeramente onduladas.
Recubrimiento: Los recubrimientos antirreflectantes de alta calidad pueden reducir significativamente la pérdida por reflexión del láser en la superficie de la lente, mejorar la utilización de la energía y proteger la lente frente a daños por altas temperaturas. El recubrimiento debe seleccionarse según la longitud de onda del láser (por ejemplo, 1064 nm, 10,6 μm, 355 nm).
IV. Mantenimiento y cuidado de las lentes de campo
Como componentes ópticos de precisión, las lentes de campo requieren un mantenimiento minucioso:
Antipolución: El humo y las partículas salpicadas generadas durante el procesamiento contaminarán la superficie de la lente de campo, afectando la transmitancia luminosa y el efecto de marcado, e incluso provocando grietas en la lente debido a la absorción local de calor.
Método de limpieza: Utilice una bombilla de aire profesional, etanol anhidro y papel para limpieza de lentes. Pase suavemente sobre la lente desde el centro hacia el exterior con movimiento en espiral.
Prevención de impactos: Evite cualquier colisión física para prevenir daños en la superficie óptica.

En conclusión, aunque el lente de campo es pequeño, es uno de los componentes principales del sistema óptico de una máquina de marcado láser. No solo actúa como concentrador de energía, sino que también sirve como un "dispositivo nivelador" para el plano de escaneo, determinando directamente la precisión, el rango y la uniformidad de la operación de marcado. Al seleccionar y configurar un sistema de marcado láser, es fundamental comprender completamente los principios y funciones del lente de campo, elegir el lente adecuado según los requisitos reales de la aplicación y realizar mantenimiento periódico. Este es un paso indispensable para garantizar que el equipo funcione con su mejor rendimiento y logre resultados de procesamiento perfectos.