Quel rôle joue la lentille de champ dans une machine de marquage laser ?

Lors du gravure au laser, le miroir de champ joue un rôle crucial. Commençons par comprendre et explorer sa fonction.
1. Qu'est-ce qu'un miroir de champ ?
Le miroir de champ est un composant central du système optique d'une machine de marquage laser. Il est généralement installé après le système de balayage par miroir. Sa tâche principale consiste à focaliser le faisceau laser qui a été dévié et réfléchi par le miroir en un point lumineux très concentré et extrêmement petit, et à garantir que ce point forme une zone de balayage plane et sans distorsion sur la surface de marquage.
II. Les trois fonctions principales des lentilles de champ
Les fonctions des lentilles de champ vont bien au-delà de la « mise au point ». Elles se manifestent spécifiquement selon les trois aspects clés suivants :
Fonction principale : Concentrer l'énergie laser
Il s'agit de la fonction la plus fondamentale de l'objectif de champ. Après que le faisceau laser a traversé l'expandeur de faisceau et a été collimaté, bien qu'il s'agisse d'un faisceau parallèle, sa densité énergétique est relativement dispersée et ne peut pas être utilisé directement pour le traitement. L'objectif de champ, grâce à son design précis de surface courbe, concentre le faisceau laser parallèle incident en un point très petit. Selon les principes optiques, la densité énergétique au point focal augmente de façon exponentielle, atteignant le seuil nécessaire à la vaporisation instantanée ou au changement des propriétés physiques et chimiques de la surface du matériau, ce qui permet d'obtenir le marquage et la gravure. Plus la longueur focale de l'objectif de champ est courte, plus sa capacité de focalisation est forte, plus la tache lumineuse est petite et plus la densité énergétique est élevée, ce qui le rend plus adapté à un travail de précision.
2. Fonction clé : Réalisation du balayage en champ plat
C'est ce qui distingue la lentille de champ des lentilles convexes ordinaires. Si l'on utilise uniquement des lentilles ordinaires, lorsque le moteur du miroir de balayage dévie, la position du foyer du faisceau laser sur le plan de marquage change, ce qui entraîne une forme sphérique du plan focal (c'est-à-dire la « courbure de champ »). Cela signifie que les bords du plan de marquage se situent en avant ou en arrière du point focal, devenant flous et insuffisants en énergie.
La lentille de champ, grâce à un design optique particulier, peut « aplatir » le champ focal sphérique formé par le balayage du miroir en un plan. Quel que soit l'angle d'incidence du faisceau laser sur la lentille de champ, elle parvient à le focaliser sur le même plan. Cela garantit qu'à l'intérieur de toute la zone de marquage (par exemple, 100 mm x 100 mm), la taille et la densité énergétique du spot lumineux restent constantes en chaque point, permettant ainsi un effet de marquage de haute qualité, avec des bords nets et une profondeur uniforme au centre comme en périphérie.
3. Rôle décisionnel : Définir la plage de marquage et la taille du spot
La distance focale de l'objectif détermine directement les deux paramètres de performance clés de la machine de marquage laser :
Plage de marquage : Plus la distance focale de l'objectif est longue, plus la plage de marquage est grande. Par exemple, un objectif avec une distance focale de 100 mm peut offrir une plage maximale de marquage de 100 mm x 100 mm, tandis qu'un objectif avec une distance focale de 330 mm peut atteindre 300 mm x 300 mm. Toutefois, au détriment de cela, lors d'un marquage sur une grande surface, la densité énergétique sera relativement plus faible.
Taille du spot : Plus la distance focale de l'objectif est courte, plus le spot focalisé est petit, et plus la précision de traitement est élevée. Il convient ainsi au marquage ultra-fin, comme pour les micro-trous, les codes QR ou les motifs détaillés. Cependant, parallèlement, sa plage de marquage est également plus réduite.
Par conséquent, les utilisateurs doivent sélectionner la longueur focale de l'objectif de champ appropriée en fonction de la taille et des exigences de précision de la pièce à usiner, et effectuer un compromis entre la plage de marquage et la précision de traitement.
III. Principaux paramètres techniques et lignes directrices pour le choix des objectifs de champ
Le choix de l'objectif de champ approprié est essentiel pour optimiser l'effet de marquage :
Longueur focale : Comme mentionné ci-dessus, c'est le critère principal de sélection.
Courte longueur focale (par exemple F=100 mm - 163 mm) : plage étroite, haute précision, densité énergétique élevée. Adaptée au marquage fin de composants électroniques, dispositifs médicaux, bijoux, wafers de silicium, etc.
Longueur focale moyenne (par exemple F=210 mm - 254 mm) : offre le meilleur équilibre entre plage et précision, et possède la plus grande polyvalence. Adaptée au marquage de logos et de numéros de série sur la plupart des produits métalliques et plastiques.
Longue distance focale (par exemple F=330 mm - 420 mm) : adaptée au marquage sur grande plage ou au marquage sur surfaces courbes 3D (en raison de la plus grande profondeur de champ). Applicable aux pièces automobiles, grandes tôles métalliques, etc.
Taille du spot lumineux incident : l'objectif de champ possède une limite d'ouverture maximale. Il est nécessaire de s'assurer que le diamètre du faisceau laser sortant du galvanomètre est inférieur au spot lumineux incident autorisé par l'objectif de champ. Sinon, la lumière en périphérie sera bloquée, entraînant une perte d'énergie et une déformation du spot.
Profondeur de champ : désigne la plage de profondeur dans laquelle des images nettes peuvent être obtenues avant et après le point focal. La profondeur de champ d'un objectif de champ à longue focale est plus importante, et impose des exigences moindres quant à la planéité de la surface de la pièce. Elle convient donc mieux au marquage sur des surfaces courbes légèrement ondulées.
Revêtement : Des revêtements antireflets de haute qualité peuvent réduire considérablement les pertes par réflexion du laser sur la surface de l'objectif, améliorer l'utilisation de l'énergie et protéger l'objectif des dommages causés par la chaleur. Le revêtement doit être choisi en fonction de la longueur d'onde du laser (par exemple 1064 nm, 10,6 μm, 355 nm).
IV. Entretien et soins des objectifs de champ
En tant que composants optiques de précision, les objectifs de champ nécessitent un entretien minutieux :
Antipollution : La fumée et les projections générées pendant le traitement peuvent contaminer la surface de l'objectif, affectant la transmission lumineuse et l'effet de marquage, voire provoquant la fissuration de l'objectif en raison d'une absorption thermique localisée.
Méthode de nettoyage : Utilisez un soufflet d'air professionnel, de l'éthanol anhydre et du papier pour le nettoyage des lentilles. Essuyez délicatement l'objectif du centre vers l'extérieur selon un mouvement en spirale.
Prévention des chocs : Évitez tout impact physique afin de prévenir les dommages sur la surface optique.

En conclusion, bien que le champ du lentille soit petit, il constitue l'un des composants essentiels du système optique d'une machine de marquage laser. Il agit non seulement comme concentrateur d'énergie, mais sert également de « dispositif de nivellement » pour le plan de balayage, déterminant directement la précision, la portée et l'uniformité de l'opération de marquage. Lors du choix et de la configuration d'un système de marquage laser, il est essentiel de bien comprendre les principes et fonctions de la lentille de champ, de sélectionner la lentille adaptée selon les besoins réels d'application et d'effectuer une maintenance régulière. Cette démarche est indispensable pour garantir un fonctionnement optimal de l'équipement et obtenir des résultats de traitement parfaits.