Welke rol speelt de veldlens in een lasermarkeringmachine?

Tijdens het lasergraveren speelt de veldspiegel een cruciale rol. Laten we nu zijn functie begrijpen en verkennen.
1. Wat is een veldspiegel?
De veldspiegel is een kerncomponent in het optische systeem van een lasermarkeringmachine. Deze wordt meestal geïnstalleerd na het spiegelscansysteem. De belangrijkste taak is om de laserstraal die door de spiegel is afgebogen en gereflecteerd werd, te focussen in een sterk geconcentreerde en extreem kleine lichtvlek, en ervoor zorgen dat deze vlek een vlak en vervormingsvrij scansgebied vormt op het markeerooppervlak.
II. De Drie Kernfuncties van Veldlensen
De functies van veldlensen gaan veel verder dan alleen "focussen". Ze komen specifiek tot uiting in de volgende drie belangrijke aspecten:
Kernfunctie: Concentreren van Laserenergie
Dit is de meest fundamentele functie van de veldlens. Nadat de laserstraal door de straaluitbreider is gegaan en gecollimeerd is, is deze weliswaar parallel, maar is de energiedichtheid relatief verspreid en kan deze niet direct worden gebruikt voor bewerking. De veldlens bundelt, via zijn nauwkeurig gevormde oppervlak, de invallende parallelle laserstraal tot een zeer klein punt. Volgens optische principes zal de energiedichtheid in het brandpunt exponentieel toenemen, hetgeen de drempel bereikt voor ogenblikkelijke verdampping of verandering van de fysische en chemische eigenschappen van het oppervlak van het materiaal, waardoor het doel van markeren en graveren wordt bereikt. Hoe korter de brandpuntsafstand van de veldlens, hoe sterker het convergerend vermogen, hoe kleiner de lichtvlek en hoe hoger de energiedichtheid, wat het geschikter maakt voor fijn bewerken.
2. Belangrijke functie: Realiseren van vlakke-veld scannen
Dit onderscheidt de veldlens van gewone bolle lenzen. Als alleen gewone lenzen worden gebruikt, verandert bij afbuiging van de motor van de scannende spiegel de positie van de laserbundel focus op het markeervlak, wat resulteert in een bolvormige vorm van het focusvlak (d.w.z. "veldkromming"). Dit betekent dat de randen van het markeervlak voor of achter het brandpunt liggen, waardoor ze onscherp worden en onvoldoende energie hebben.
De veldlens kan door een speciaal optisch ontwerp het door de spiegelscanning gevormde bolvormige focusgebied vlak maken. Ongeacht onder welke hoek de laserbundel op de veldlens invalt, kan deze worden gefocusseerd op hetzelfde vlak. Dit zorgt ervoor dat binnen het gehele markeerbereik (bijvoorbeeld 100 mm x 100 mm) de grootte en energiedichtheid van de lichtvlek op elk punt consistent blijven, waardoor een markeereffect van hoge kwaliteit wordt bereikt met scherpe randen en gelijkmatige diepte over het centrum en de periferie heen.
3. Beslissingsrol: Definiëren van het markeerbereik en vlekformaat
De brandpuntsafstand van de veldlens bepaalt rechtstreeks de twee belangrijkste prestatieparameters van de lasermarkermachine:
Markeerbereik: Hoe langer de veldlens, hoe groter het markeerbereik. Een veldlens met een brandpuntsafstand van 100 mm kan bijvoorbeeld een maximaal markeerbereik hebben van 100 mm x 100 mm, terwijl een veldlens met een brandpuntsafstand van 330 mm kan oplopen tot 300 mm x 300 mm. Hiervoor wordt wel een prijs betaald: bij markeringen over een groot oppervlak is de energiedichtheid relatief lager.
Vlekformaat: Hoe korter de brandpuntsafstand van de veldlens, hoe kleiner de gefocusseerde vlek en hoe hoger de verwerkingsnauwkeurigheid. Het is geschikt voor uiterst fijne markeringen zoals microgaten, QR-codes en fijne patronen. Overeenkomstig is het markeerbereik hierbij echter ook kleiner.
Daarom moeten gebruikers de juiste brandpuntsafstand van het veldlens selecteren op basis van de grootte en precisie-eisen van het te bewerken werkstuk, en een afweging maken tussen het markeerbereik en de verwerkingsnauwkeurigheid.
III. Belangrijkste technische parameters en selectierichtlijnen voor veldlenzen
Het selecteren van de juiste veldlens is cruciaal om het markeereffect te optimaliseren:
Brandpuntsafstand: Zoals hierboven vermeld, is dit het belangrijkste selectiecriterium.
Korte brandpuntsafstand (bijvoorbeeld F=100mm - 163mm): Klein bereik, hoge precisie, hoge energiedichtheid. Geschikt voor fijn markering van elektronische componenten, medische apparatuur, sieraden, siliciumwafer, enz.
Middellange brandpuntsafstand (bijvoorbeeld F=210mm - 254mm): Biedt de beste balans tussen bereik en precisie, en heeft de grootste veelzijdigheid. Geschikt voor het markeren van logo's en serienummers op de meeste metalen en kunststof producten.
Lange brandpuntsafstand (bijv. F=330mm - 420mm): Geschikt voor markering over een groot bereik, of voor markering op 3D gekromde oppervlakken (vanwege de grotere scherptediepte). Toepasbaar op auto-onderdelen, grote metalen platen, enz.
Invalshoek lichtvlek: Het veldobjectief heeft een maximale apertuurlimiet. Het is noodzakelijk ervoor te zorgen dat de diameter van de laserstraal die het galvanometer verlaat kleiner is dan de toegestane invallende lichtvlek van het veldobjectief. Anders wordt het randlicht geblokkeerd, wat leidt tot energieverlies en vervorming van de vlek.
Scherptediepte: Verwijst naar het dieptegebied waarbinnen scherpe beelden kunnen worden verkregen voor en na het brandpunt. De scherptediepte van een veldobjectief met een lange brandpuntsafstand is groter, en stelt lagere eisen aan de vlakheid van het oppervlak van het werkstuk. Het is daarom beter geschikt voor markering op licht golvende gekromde oppervlakken.
Coating: Hoogwaardige anti-reflectiecoatings kunnen de reflectieverliezen van de laser op het lensoppervlak aanzienlijk verminderen, het energierendement verbeteren en de lens beschermen tegen hittestructuurschade. De coating dient te worden geselecteerd op basis van de laser golflengte (zoals 1064 nm, 10,6 μm, 355 nm).
IV. Onderhoud en verzorging van veldlenzen
Als precisie-optische componenten vereisen veldlenzen zorgvuldig onderhoud:
Anti-vervuiling: De rook en gespatte stoffen die tijdens de verwerking ontstaan, kunnen het oppervlak van de veldlens vervuilen, wat de lichttransmissie en markeereffect beïnvloedt, en zelfs kan leiden tot barsten in de lens door plaatselijke warmteabsorptie.
Reinigingsmethode: Gebruik een professionele luchtpomp, waterloze ethanol en lensreinigingspapier. Veeg de lens zachtjes in een spiraalvormige beweging van het midden naar de rand.
Stootpuntvermijding: Vermijd elke fysieke botsing om schade aan het optische oppervlak te voorkomen.

Samenvattend is de veldlens, hoewel klein van formaat, één van de kerncomponenten van het optische systeem van een lasermarkeringmachine. Deze fungeert niet alleen als energieconcentrator, maar ook als een "niveaubewust apparaat" voor het scanvlak, en bepaalt hiermee rechtstreeks de nauwkeurigheid, het bereik en de uniformiteit van de markering. Bij het selecteren en configureren van een lasersysteem is het essentieel om de principes en functies van de veldlens volledig te begrijpen, de juiste veldlens te kiezen op basis van de concrete toepassingsvereisten en regelmatig onderhoud uit te voeren. Dit is een onmisbare stap om ervoor te zorgen dat de installatie optimaal presteert en perfecte verwerkingsresultaten oplevert.