Яку роль відіграє поле лінзи у лазерному маркувальному пристрої?

Під час лазерного гравіювання поле дзеркала відіграє важливу роль. Давайте зрозуміємо та дослідимо його функції.
1. Що таке поле дзеркала?
Поле дзеркала є основним компонентом оптичної системи лазерного маркувального пристрою. Воно зазвичай встановлюється після системи дзеркального сканування. Його основне завдання — фокусувати лазерний промінь, який був відхилений і відбитий дзеркалом, у висококонцентроване та надзвичайно мале світлове плямо, а також забезпечувати формування плоскої та бездеформованої області сканування на поверхні маркування.
II. Три основні функції полів лінз
Функції полів лінз виходять далеко за межі «фокусування». Вони конкретно проявляються в наступних трьох ключових аспектах:
Основна функція: Концентрація лазерної енергії
Це є найбільш фундаментальною функцією поле́вої лінзи. Після того, як лазерний промінь проходить через розширювач променя і колімується, хоч він і є паралельним, густина енергії порівняно розосереджена і не може безпосередньо використовуватися для обробки. Поле́ва лінза за допомогою свого точного криволінійного дизайну збирає падаючий паралельний лазерний промінь у дуже малу точку. Згідно з оптичними принципами, густина енергії у фокусі зростає експоненційно, досягаючи порогу миттєвого випаровування або зміни фізичних і хімічних властивостей поверхні матеріалу, що забезпечує мету маркування та гравіювання. Чим коротша фокусна відстань поле́вої лінзи, тим сильніша її здатність фокусування, менша світлова пляма та вища густина енергії, що робить її більш придатною для дрібної обробки.
2. Основна функція: досягнення плоскопольового сканування
Саме це відрізняє поле лінзи від звичайних опуклих лінз. Якщо використовуються лише звичайні лінзи, то при відхиленні дзеркала сканування двигуном положення фокусу лазерного променя на площині маркування змінюватиметься, утворюючи сферичну форму фокусної площини (тобто "кривину поля"). Це означає, що краї площини маркування будуть перебувати перед або позаду фокусу, стаючи розмитими та недостатніми за енергією.
Поле лінзи завдяки спеціальному оптичному дизайну може "вирівняти" сферичне фокусне поле, утворене скануванням дзеркала, в площину. Незалежно від кута падіння лазерного променя на поле лінзи, воно зможе сфокусувати його на одній і тій самій площині. Це забезпечує сталість розміру та густини енергії світлового плями в кожній точці всього діапазону маркування (наприклад, 100 мм x 100 мм), забезпечуючи високоякісний ефект маркування з чіткими краями та рівномірною глибиною як у центрі, так і по периферії.
3. Роль у прийнятті рішень: Визначення діапазону маркування та розміру плями
Фокусна відстань полів лінзи безпосередньо визначає два ключових параметри продуктивності лазерного маркувального пристрою:
Діапазон маркування: чим довша поле лінзи, тим більший діапазон маркування. Наприклад, поле лінзи з фокусною відстанню 100 мм може мати максимальний діапазон маркування 100 мм x 100 мм, тоді як поле лінзи з фокусною відстанню 330 мм може досягати 300 мм x 300 мм. Однак це коштує тим, що при маркуванні на великій площі густина енергії буде відносно нижчою.
Розмір плями: чим коротша фокусна відстань полів лінзи, тим менше сфокусоване пляма і тим вища точність обробки. Підходить для надточного маркування, такого як мікроотвори, QR-коди та дрібні малюнки. Однак відповідно до цього, його діапазон маркування також менший.
Тому користувачам потрібно вибирати відповідну фокусну відстань об'єктива поля залежно від розміру та вимог до точності оброблюваної заготовки, а також знаходити компроміс між діапазоном маркування та точністю обробки.
III. Основні технічні параметри та рекомендації щодо вибору об'єктивів поля
Вибір відповідного об'єктива поля має важливе значення для оптимізації ефекту маркування:
Фокусна відстань: як зазначено вище, це основний критерій вибору.
Коротка фокусна відстань (наприклад, F=100 мм - 163 мм): вузький діапазон, висока точність, висока густина енергії. Підходить для точного маркування електронних компонентів, медичних приладів, ювелірних виробів, кремнієвих пластин тощо.
Середня фокусна відстань (наприклад, F=210 мм - 254 мм): забезпечує найкращий баланс між діапазоном і точністю, має найвищу універсальність. Підходить для маркування логотипів і серійних номерів на більшості металевих і пластикових виробів.
Довга фокусна відстань (наприклад, F=330 мм - 420 мм): підходить для маркування на великій відстані або для маркування на 3D-вигнутих поверхнях (завдяки більшій глибині різкості). Застосовується для автозапчастин, великих металевих листів тощо.
Розмір плями падаючого світла: поле лінзи має обмеження за максимальним діаметром. Необхідно забезпечити, щоб діаметр лазерного променя, що виходить з гальванометра, був меншим за допустимий розмір плями падаючого світла поле лінзи. В іншому випадку крайове світло буде блокуватися, що призведе до втрати енергії та деформації плями.
Глибина різкості: вказує на діапазон глибини, у межах якого можуть бути отримані чіткі зображення перед і після фокусної точки. Глибина різкості у поле лінзи з довгою фокусною відстанню є більшою, і вона має менш суворі вимоги до плоскості поверхні виробу. Більш придатна для маркування на слабко хвилястих вигнутих поверхнях.
Покриття: високоякісні антирефлексні покриття можуть значно зменшити втрати відбиття лазера на поверхні лінзи, підвищити ефективність використання енергії та захистити лінзу від пошкодження високою температурою. Покриття слід вибирати залежно від довжини хвилі лазера (наприклад, 1064 нм, 10,6 мкм, 355 нм).
IV. Обслуговування та догляд за об'єктивами
Як прецизійні оптичні компоненти, об'єктиви потребують ретельного догляду:
Захист від забруднення: дим і розбризкування, що утворюються під час обробки, можуть забруднити поверхню об'єктива, що вплине на прозорість для світла та якість маркування, а також може призвести до тріщин у лінзі через локальне поглинання тепла.
Метод очищення: використовуйте професійний повітряний насос, безводний етиловий спирт і папір для чищення лінз. Акуратно протирайте лінзу спіральним рухом від центру до краю.
Захист від ударів: уникайте будь-яких фізичних зіткнень, щоб запобігти пошкодженню оптичної поверхні.

Отже, хоча поле лінзи є невеликим, воно є одним із основних компонентів оптичної системи лазерного маркувального верстата. Воно не лише виконує функцію концентратора енергії, але й слугує «вирівнювальним пристроєм» для скануючої площини, безпосередньо визначаючи точність, діапазон та рівномірність процесу маркування. Під час вибору та налаштування лазерної маркувальної системи необхідно повністю розуміти принципи й функції поля лінзи, підбирати відповідну лінзу залежно від реальних вимог застосування та регулярно проводити технічне обслуговування. Це є обов’язковим кроком для забезпечення найкращих робочих характеристик обладнання та досягнення ідеальних результатів обробки.