레이저 마킹 장치에서 필드 렌즈는 어떤 역할을 하나요?

레이저 각인 중 필드 미러는 매우 중요한 역할을 합니다. 이제 그 기능에 대해 이해하고 살펴보겠습니다.
1. 필드 미러란 무엇인가?
필드 미러는 레이저 마킹 장치의 광학 시스템에서 핵심 구성 요소입니다. 일반적으로 미러 스캔 시스템 이후에 설치되며, 미러에 의해 편향되고 반사된 레이저 빔을 고도로 집중되고 극도로 작은 빛 무늬로 초점을 맞추는 것이 주 임무입니다. 또한 이 빛 무늬가 마킹 표면 위에 평탄하고 왜곡 없는 스캔 영역을 형성하도록 보장합니다.
II. 필드 렌즈의 세 가지 핵심 기능
필드 렌즈의 기능은 단순한 '초점 조절'을 훨씬 넘어서며, 다음의 세 가지 핵심 측면에서 구체적으로 나타납니다:
핵심 기능: 레이저 에너지 집중
이것은 필드 렌즈의 가장 기본적인 기능이다. 레이저 빔이 빔 익스펜더를 통과하여 콜리메이트된 후에는 평행광이지만 에너지 밀도가 비교적 분산되어 직접 가공에 사용할 수 없다. 필드 렌즈는 정밀한 곡면 설계를 통해 입사하는 평행 레이저 빔을 매우 작은 점으로 모아준다. 광학 원리에 따르면 초점 위치에서 에너지 밀도가 지수함수적으로 증가하여 순간적인 기화 또는 물질 표면의 물리·화학적 특성 변화를 유도할 수 있는 임계치에 도달하게 되며, 이로써 마킹 및 각인의 목적을 달성한다. 필드 렌즈의 초점 거리가 짧을수록 집광 능력이 강해지고 빛의 점 크기가 작아지며, 에너지 밀도가 높아져 미세 가공에 더욱 적합하다.
2. 주요 기능: 평면 영역 스캔 구현
이것이 필드 렌즈를 일반 볼록 렌즈와 구별짓는 점입니다. 만약 일반 렌즈만 사용할 경우, 스캐닝 미러의 모터가 편향될 때 레이저 빔의 초점 위치가 마킹 평면에서 변하게 되어 초점면이 구형 곡면을 이루게 됩니다(즉, '장면 굴곡' 또는 '필드 커브'). 이는 마킹 평면의 가장자리 부분이 초점보다 앞이나 뒤로 위치하게 되어 흐릿해지고 에너지가 부족해진다는 것을 의미합니다.
필드 렌즈는 특수한 광학 설계를 통해 미러 스캐닝으로 인해 형성된 구형의 초점장을 평면으로 '평탄화'할 수 있습니다. 레이저 빔이 필드 렌즈에 어떤 각도로 입사하든 동일한 평면 위에 초점을 맞출 수 있습니다. 이를 통해 전체 마킹 범위(예: 100mm x 100mm) 내에서 중심부와 주변부를 막론하고 각 지점의 빛무늬 크기와 에너지 밀도가 일정하게 유지되어 선명한 가장자리와 균일한 깊이를 가진 고품질의 마킹 효과를 실현할 수 있습니다.
3. 의사결정 역할: 마킹 범위와 스팟 크기 정의
필드 렌즈의 초점 거리는 레이저 마킹 장비의 두 가지 주요 성능 파라미터를 직접 결정한다.
마킹 범위: 필드 렌즈의 초점 거리가 길수록 마킹 범위가 더 커진다. 예를 들어, 초점 거리 100mm인 필드 렌즈는 최대 100mm x 100mm의 마킹 범위를 가질 수 있는 반면, 초점 거리 330mm인 필드 렌즈는 300mm x 300mm까지 도달할 수 있다. 그러나 이로 인해 넓은 영역에 마킹할 경우 에너지 밀도가 상대적으로 낮아지는 단점이 있다.
스팟 크기: 필드 렌즈의 초점 거리가 짧을수록 집광된 스팟이 작아지고, 가공 정밀도가 높아진다. 미세한 홀, QR 코드, 정밀한 패턴과 같은 초정밀 마킹에 적합하다. 하지만 그에 상응하여 마킹 범위는 더 작아진다.
따라서 사용자는 가공할 부품의 크기와 정밀도 요구 사항에 따라 적절한 필드 렌즈 초점 거리를 선택하고, 마킹 범위와 가공 정밀도 사이에서 균형을 맞춰야 합니다.
III. 필드 렌즈의 주요 기술 사양 및 선택 가이드라인
적절한 필드 렌즈를 선택하는 것은 마킹 효과를 최적화하기 위해 매우 중요합니다.
초점 거리: 위에서 언급한 바와 같이, 선택 시 가장 우선적으로 고려해야 할 기준입니다.
짧은 초점 거리(예: F=100mm - 163mm): 범위는 좁지만 정밀도와 에너지 밀도가 높아 전자 부품, 의료 기기, 보석, 실리콘 웨이퍼 등의 미세 마킹에 적합합니다.
중간 초점 거리(예: F=210mm - 254mm): 범위와 정밀도 사이에서 가장 균형 잡힌 성능을 제공하며, 활용성이 가장 뛰어납니다. 대부분의 금속 및 플라스틱 제품에 로고나 일련번호를 마킹하는 데 적합합니다.
긴 초점 거리(예: F=330mm - 420mm): 넓은 범위의 마킹 또는 더 큰 심도로 인해 3D 곡면 마킹에 적합함. 자동차 부품, 대형 금속판 등에 적용 가능.
입사광 스팟 크기: 필드 렌즈는 최대 개구 제한이 있음. 갈바노미터에서 나오는 레이저 빔의 지름이 필드 렌즈의 허용 입사광 스팟보다 작도록 해야 함. 그렇지 않으면 가장자리 광이 차단되어 에너지 손실 및 스팟 변형이 발생함.
심도: 초점 앞뒤에서 선명한 이미지를 얻을 수 있는 깊이 범위를 의미함. 긴 초점 거리를 가진 필드 렌즈는 심도가 더 크며, 작업물 표면의 평탄도에 대한 요구 사항이 낮음. 약간 울퉁불퉁한 곡면에 마킹하기에 더 적합함.
코팅: 고품질의 반사 방지 코팅은 레이저가 렌즈 표면에서 반사되는 손실을 크게 줄여 에너지 활용 효율을 향상시키고, 고온으로 인한 렌즈 손상을 방지할 수 있습니다. 코팅은 레이저 파장(예: 1064nm, 10.6μm, 355nm)에 따라 선택되어야 합니다.
IV. 필드 렌즈의 유지 및 관리
정밀 광학 부품인 필드 렌즈는 세심한 관리가 필요합니다.
오염 방지: 가공 중 발생하는 연기와 튀는 물질은 필드 렌즈 표면을 오염시켜 광투과율과 마킹 효과에 영향을 미치며, 국부적인 열 흡수로 인해 렌즈가 파손될 수도 있습니다.
청소 방법: 전용 공기 블로어, 무수 에탄올 및 렌즈 전용 청소지를 사용하세요. 렌즈 중심에서 가장자리까지 나선형으로 부드럽게 닦아내십시오.
충격 방지: 광학 표면의 손상을 방지하기 위해 물리적 충돌을 피해야 합니다.

결론적으로, 필드 렌즈는 크기가 작지만 레이저 마킹 장비의 광학 시스템에서 핵심 구성 요소 중 하나이다. 이는 에너지 집중 장치 역할을 할 뿐만 아니라 스캔 평면의 '수평 조정 장치' 기능도 수행하며, 마킹 작업의 정확도, 범위 및 균일성을 직접적으로 결정한다. 레이저 마킹 시스템을 선택하고 구성할 때에는 필드 렌즈의 원리와 기능을 충분히 이해하고 실제 응용 요구에 따라 적절한 필드 렌즈를 선택하며 정기적인 유지보수를 수행하는 것이 중요하다. 이는 장비가 최상의 성능으로 작동하고 완벽한 가공 결과를 달성할 수 있도록 보장하는 데 있어 필수적인 단계이다.