لنز میدانی در دستگاه علامت‌گذاری لیزری چه نقشی ایفا می‌کند؟

در حین حکاکی لیزری، آینه میدانی نقش بسیار مهمی ایفا می‌کند. اکنون بیایید عملکرد آن را بشناسیم و بررسی کنیم.
1. آینه میدانی چیست؟
آینه میدانی یک جزء اصلی در سیستم نوری دستگاه علامت‌گذاری لیزری است. این قطعه معمولاً پس از سیستم اسکن آینه نصب می‌شود. وظیفه اصلی آن این است که پرتو لیزری که توسط آینه منحرف و منعکس شده است را به یک نقطه نوری بسیار متراکم و کوچک متمرکز کند و اطمینان حاصل کند که این نقطه نوری در سطح علامت‌گذاری، یک ناحیه اسکن صاف و بدون اعوجاج ایجاد کند.
II. سه عملکرد اصلی عدسی‌های میدان
عملکردهای عدسی‌های میدان بسیار فراتر از «فوکوس کردن» است. این امر به طور خاص در سه جنبه کلیدی زیر نمایان می‌شود:
عملکرد اصلی: متمرکز کردن انرژی لیزر
این مهم‌ترین عملکرد عدسی فیلد است. پس از عبور پرتو لیزر از مبدل انبساط و همگام‌سازی، هرچند پرتو به صورت موازی است، اما چگالی انرژی نسبتاً پراکنده است و نمی‌توان آن را مستقیماً برای پردازش استفاده کرد. عدسی فیلد با طراحی دقیق سطح منحنی خود، پرتو لیزر موازی ورودی را به یک نقطه بسیار کوچک متمرکز می‌کند. با توجه به اصول نوری، چگالی انرژی در نقطه کانونی به صورت نمایی افزایش می‌یابد و به آستانه تبخیر لحظه‌ای یا تغییر خواص فیزیکی و شیمیایی سطح ماده می‌رسد و بدین ترتیب هدف علامت‌گذاری و حکاکی محقق می‌شود. هرچه فاصله کانونی عدسی فیلد کوتاه‌تر باشد، قابلیت متمرکزکنندگی قوی‌تر، لکه نوری کوچک‌تر و چگالی انرژی بالاتری خواهد داشت و برای پردازش‌های دقیق مناسب‌تر است.
2. عملکرد کلیدی: دستیابی به اسکن فیلد تخت
این ویژگی است که عدسی فیلد را از عدسی‌های محدب معمولی متمایز می‌کند. اگر تنها از عدسی‌های معمولی استفاده شود، هنگامی که موتور آینه اسکن، پرتو لیزر را منحرف می‌کند، محل کانون پرتو لیزر روی صفحه علامت‌گذاری تغییر خواهد کرد و باعث ایجاد شکل کروی در صفحه کانونی (یعنی «خمیدگی میدان») می‌شود. این بدین معناست که لبه‌های صفحه علامت‌گذاری جلوتر یا عقب‌تر از نقطه فوکوس قرار خواهند گرفت و به همین دلیل محو و ضعیف از نظر انرژی خواهند بود.
عدسی فیلد، از طریق یک طراحی نوری خاص، می‌تواند میدان کانونی کروی ایجاد شده توسط اسکن آینه را به یک صفحه تخت تبدیل کند. صرف‌نظر از زاویه‌ای که پرتو لیزر به عدسی فیلد برخورد می‌کند، این عدسی قادر است آن را روی یک صفحه واحد متمرکز کند. این امر تضمین می‌کند که در سراسر محدوده علامت‌گذاری (برای مثال ۱۰۰ میلی‌متر در ۱۰۰ میلی‌متر)، اندازه و چگالی انرژی لکه نور در تمام نقاط یکسان باقی بماند و در نتیجه اثر علامت‌گذاری با کیفیت بالا، با لبه‌های واضح و عمق یکنواخت در مرکز و محیط حاصل شود.
3. نقش تصمیم‌گیری: تعریف محدوده علامت‌گذاری و اندازه لکه
فاصله کانونی لنز میدان به طور مستقیم دو پارامتر عملکرد کلیدی دستگاه علامت‌گذاری لیزری را تعیین می‌کند:
محدوده علامت‌گذاری: هرچه فاصله کانونی لنز میدان بیشتر باشد، محدوده علامت‌گذاری بزرگ‌تر خواهد بود. برای مثال، لنز میدان با فاصله کانونی 100 میلی‌متر ممکن است حداکثر محدوده علامت‌گذاری 100 میلی‌متر در 100 میلی‌متر داشته باشد، در حالی که لنز میدان با فاصله کانونی 330 میلی‌متر ممکن است به 300 میلی‌متر در 300 میلی‌متر برسد. با این حال، بهای این امر این است که هنگام علامت‌گذاری روی سطح بزرگ‌تر، چگالی انرژی نسبتاً پایین‌تر خواهد بود.
اندازه لکه: هرچه فاصله کانونی لنز میدان کوتاه‌تر باشد، لکه فوکوس شده کوچک‌تر بوده و دقت پردازش بالاتر است. این مورد برای علامت‌گذاری فوق‌العاده دقیق مانند سوراخ‌های ریز، کدهای QR و الگوهای ظریف مناسب است. با این حال، متناظراً محدوده علامت‌گذاری آن نیز کوچک‌تر است.
بنابراین، کاربران باید طول کانونی مناسب لنز میدان را بر اساس اندازه و نیازهای دقت قطعه کار پردازش‌شده انتخاب کنند و تعادلی بین محدوده علامت‌گذاری و دقت پردازش ایجاد نمایند.
III. پارامترهای فنی اصلی و راهنمای انتخاب لنزهای میدان
انتخاب لنز میدان مناسب برای بهینه‌سازی اثر علامت‌گذاری حیاتی است:
طول کانونی: همان‌طور که پیش‌تر ذکر شد، این معیار اصلی انتخاب است.
طول کانونی کوتاه (مانند F=100mm - 163mm): محدوده تنگ، دقت بالا، چگالی انرژی زیاد. مناسب برای علامت‌گذاری دقیق قطعات الکترونیکی، دستگاه‌های پزشکی، جواهرات، ویفرهای سیلیکونی و غیره.
طول کانونی متوسط (مثلاً F=210mm - 254mm): تعادل بهینه‌ای بین محدوده و دقت ارائه می‌دهد و کاربردپذیری بیشتری دارد. مناسب برای علامت‌گذاری لوگوها و شماره‌های سریال بر روی اکثر محصولات فلزی و پلاستیکی.
فاصله کانونی بلند (مثلاً F=330mm - 420mm): مناسب برای علامت‌گذاری در محدوده وسیع، یا علامت‌گذاری روی سطوح منحنی سه‌بعدی (به دلیل عمق میدان بیشتر). قابل اعمال برای قطعات خودرو، ورق‌های فلزی بزرگ و غیره.
اندازه لکه نور تابشی: عدسی میدان دارای حداقل دهانه ماکزیمم است. لازم است اطمینان حاصل شود که قطر پرتو لیزر خروجی از گالوانومتر کوچک‌تر از لکه نور مجاز تابشی عدسی میدان باشد. در غیر این صورت، نور لبه‌ها مسدود شده و منجر به اتلاف انرژی و تغییر شکل لکه می‌شود.
عمق میدان: به محدوده عمقی گفته می‌شود که در آن تصاویر واضحی را می‌توان قبل و بعد از نقطه فوکوس بدست آورد. عمق میدان یک عدسی میدان با فاصله کانونی بلند بیشتر است و نیازهای کمتری از نظر صافی سطح قطعه کار دارد. این ویژگی آن را بیشتر برای علامت‌گذاری روی سطوح منحنی با ناهمواری جزئی مناسب می‌سازد.
پوشش: پوشش‌های ضد بازتاب با کیفیت می‌توانند بازتاب اتلافی لیزر روی سطح عدسی را به‌طور قابل توجهی کاهش دهند، از بهره‌وری انرژی حمایت کنند و عدسی را در برابر آسیب دمای بالا محافظت نمایند. پوشش باید بر اساس طول موج لیزر (مانند 1064nm، 10.6μm، 355nm) انتخاب شود.
چهارم: نگهداری و مراقبت از عدسی‌های فیلد
به عنوان اجزای اپتیکی دقیق، عدسی‌های فیلد به نگهداری دقیق و ظریف نیاز دارند:
ضد آلودگی: دود و مواد پاشیده‌شده حین فرآیند پردازش، موجب آلودگی سطح عدسی فیلد شده، روی عبور نور و کیفیت علامت‌گذاری تأثیر می‌گذارد و حتی ممکن است به دلیل جذب حرارت محلی، باعث ترک خوردن عدسی شود.
روش تمیزکاری: از دمش باد حرفه‌ای، الکل بی‌آب و کاغذ تمیزکننده عدسی استفاده کنید. عدسی را به آرامی و به صورت مارپیچی از مرکز به سمت لبه‌ها پاک کنید.
جلوگیری از ضربه: از هرگونه برخورد فیزیکی خودداری کنید تا از آسیب دیدن سطح اپتیکی جلوگیری شود.

در نتیجه، هرچند عدسی میدان کوچک است، اما یکی از اجزای اصلی سیستم نوری دستگاه علامت‌گذاری لیزری محسوب می‌شود. این عدسی نه تنها به عنوان یک متمرکزکننده انرژی عمل می‌کند، بلکه به عنوان «دستگاه ترازکننده» برای صفحه اسکن نیز عمل می‌نماید و به طور مستقیم دقت، محدوده و یکنواختی عملیات علامت‌گذاری را تعیین می‌کند. هنگام انتخاب و پیکربندی یک سیستم علامت‌گذاری لیزری، درک کامل از اصول و عملکرد عدسی میدان ضروری است؛ باید عدسی مناسب را بر اساس نیازهای کاربردی واقعی انتخاب کرد و نگهداری منظم آن را انجام داد. این امر گامی اجتناب‌ناپذیر برای اطمینان از عملکرد بهینه تجهیزات و دستیابی به نتایج پردازش بی‌نقص است.