Какую роль играет полевая линза в лазерной маркировочной машине?

Во время лазерной гравировки полевое зеркало играет решающую роль. Давайте разберемся и изучим его функции.
1. Что такое полевое зеркало?
Полевое зеркало является ключевым компонентом оптической системы лазерной маркировочной машины. Обычно оно устанавливается после системы сканирующих зеркал. Его основная задача — фокусировать лазерный луч, отклонённый и отражённый зеркалами, в высоко сконцентрированное и чрезвычайно маленькое световое пятно, а также обеспечивать формирование плоской и неискажённой области сканирования на поверхности маркировки.
II. Три основные функции полевых линз
Функции полевых линз выходят далеко за рамки «фокусировки». Они конкретно проявляются в следующих трех ключевых аспектах:
Основная функция: концентрация лазерной энергии
Это наиболее базовая функция полевой линзы. После того как лазерный луч проходит через расширитель пучка и коллимируется, хотя он становится параллельным, его плотность энергии относительно рассеяна, и такой луч нельзя напрямую использовать для обработки. Полевая линза за счёт точной кривизны своей поверхности фокусирует входящий параллельный лазерный пучок в очень маленькую точку. Согласно оптическим принципам, плотность энергии в фокусе возрастает экспоненциально, достигая порога мгновенного испарения или изменения физических и химических свойств поверхности материала, что позволяет выполнять маркировку и гравировку. Чем короче фокусное расстояние полевой линзы, тем сильнее её способность фокусировки, тем меньше световое пятно и выше плотность энергии, что делает её более пригодной для тонкой обработки.
2. Основная функция: обеспечение сканирования в плоском поле
Именно это отличает полевую линзу от обычных выпуклых линз. Если используются только обычные линзы, при отклонении двигателя сканирующего зеркала положение фокуса лазерного луча на плоскости маркировки будет изменяться, в результате чего фокальная плоскость приобретёт сферическую форму (т.е. «кривизну поля»). Это означает, что края плоскости маркировки будут находиться перед или за фокусом, становясь размытыми и недостаточными по энергии.
Полевая линза благодаря специальному оптическому дизайну может «выравнивать» сферическое фокальное поле, формируемое сканированием зеркала, превращая его в плоское. Независимо от угла падения лазерного луча на полевую линзу, она способна сфокусировать его на одной и той же плоскости. Это обеспечивает постоянство размера и плотности энергии светового пятна в каждой точке всей области маркировки (например, 100 мм x 100 мм), позволяя достигать высококачественного эффекта маркировки с чёткими краями и равномерной глубиной как в центре, так и по периферии.
3. Роль в принятии решений: Определение области маркировки и размера пятна
Фокусное расстояние полевой линзы напрямую определяет два ключевых параметра производительности лазерного маркировочного станка:
Область маркировки: чем больше фокусное расстояние полевой линзы, тем больше область маркировки. Например, у полевой линзы с фокусным расстоянием 100 мм максимальная область маркировки может составлять 100 мм x 100 мм, тогда как у линзы с фокусным расстоянием 330 мм она может достигать 300 мм x 300 мм. Однако при этом при маркировке на большой площади плотность энергии будет относительно ниже.
Размер пятна: чем короче фокусное расстояние полевой линзы, тем меньше размер фокусного пятна и выше точность обработки. Это подходит для сверхточной маркировки, такой как микроотверстия, QR-коды и мелкие узоры. Однако при этом соответствующая область маркировки также меньше.
Поэтому пользователям необходимо выбирать соответствующую фокусную длину объектива в зависимости от размера и требований к точности обрабатываемой детали, а также находить компромисс между диапазоном маркировки и точностью обработки.
III. Основные технические параметры и рекомендации по выбору объективов
Выбор подходящего объектива имеет решающее значение для оптимизации качества маркировки:
Фокусное расстояние: как упоминалось выше, это основной критерий выбора.
Короткое фокусное расстояние (например, F=100 мм - 163 мм): узкий диапазон, высокая точность, высокая плотность энергии. Подходит для тонкой маркировки электронных компонентов, медицинских устройств, ювелирных изделий, кремниевых пластин и т.д.
Среднее фокусное расстояние (например, F=210 мм - 254 мм): обеспечивает наилучший баланс между диапазоном и точностью, обладает наибольшей универсальностью. Подходит для нанесения логотипов и серийных номеров на большинство металлических и пластиковых изделий.
Большая фокусное расстояние (например, F=330 мм – 420 мм): подходит для маркировки на большой площади или для маркировки на 3D-криволинейных поверхностях (благодаря большей глубине резкости). Применимо для автомобильных деталей, крупных металлических листов и т.д.
Размер пятна падающего света: полевая линза имеет ограничение по максимальной апертуре. Необходимо обеспечить, чтобы диаметр лазерного луча, выходящего из гальванометра, был меньше допустимого размера пятна падающего света полевой линзы. В противном случае края света будут блокироваться, что приведёт к потере энергии и деформации пятна.
Глубина резкости: обозначает диапазон по глубине, в котором можно получить чёткое изображение до и после фокуса. Глубина резкости у полевой линзы с большим фокусным расстоянием больше, а требования к плоскостности поверхности заготовки — ниже. Более подходит для маркировки на слегка волнистых криволинейных поверхностях.
Покрытие: высококачественные антиотражающие покрытия могут значительно снизить потери отражения лазера на поверхности линзы, повысить эффективность использования энергии и защитить линзу от повреждений при высокой температуре. Покрытие следует выбирать в зависимости от длины волны лазера (например, 1064 нм, 10,6 мкм, 355 нм).
IV. Техническое обслуживание и уход за полевыми линзами
Как прецизионные оптические компоненты, полевые линзы требуют тщательного ухода:
Защита от загрязнений: дым и разбрызгиваемые вещества, образующиеся в процессе обработки, могут загрязнить поверхность полевой линзы, что снижает светопропускание и качество маркировки, а также может привести к растрескиванию линзы из-за локального поглощения тепла.
Метод очистки: используйте профессиональный воздушный баллон, безводный этанол и специальную бумагу для чистки линз. Аккуратно протирайте линзу по спирали от центра к краю.
Защита от ударов: избегайте любых физических столкновений, чтобы предотвратить повреждение оптической поверхности.

В заключение следует отметить, что, хотя полевая линза небольшая по размеру, она является одним из ключевых компонентов оптической системы лазерного маркировочного станка. Она не только концентрирует энергию, но и выполняет функцию «выравнивающего устройства» для плоскости сканирования, непосредственно определяя точность, диапазон и равномерность процесса маркировки. При выборе и настройке лазерной маркировочной системы необходимо в полной мере понимать принципы и функции полевой линзы, подбирать соответствующую линзу в зависимости от конкретных требований применения и проводить регулярное техническое обслуживание. Это неотъемлемый шаг для обеспечения оптимальной производительности оборудования и достижения идеальных результатов обработки.