लेजर मार्किंग मशीन के सटीक ऑप्टिकल पथ मेंएक प्रतीत होता है सरल लेकिन महत्वपूर्ण घटक है - बीम एक्सपेंडर। यह लेख बीम एक्सपेंडर के कार्य सिद्धांत, तकनीकी मापदंडों और लेजर मार्किंग प्रक्रिया पर इसके निर्णायक प्रभाव पर प्रकाश डालेगा। सबसे पहले, यह समझने के लिए कि बीम एक्सपेंडर क्यों आवश्यक है, हमें सबसे पहले यह पहचानना होगा कि लेजर से सीधे आउटपुट होने वाले प्रकाश बीम में दो अंतर्निहित विशेषताएं हैं:
बीम विचलन कोण: लेजर के संचरण के दौरान, यह पूरी तरह से समानांतर बीम नहीं होता है। जैसे-जैसे यह दूरी तय करता है, यह धीरे-धीरे फैलता जाता है। इस प्रसार कोण को विचलन कोण (इकाई: mrad) के रूप में जाना जाता है।
गाऊसी बीम विशेषताएं: लेजर बीम का ऊर्जा वितरण इसके क्रॉस-सेक्शन में गाऊसी पैटर्न का अनुसरण करता है, जिसका अर्थ है कि यह केंद्र में सबसे चमकीला होता है और किनारों की ओर धीरे-धीरे कम होता जाता है।
यदि इस प्रकार के विचलन बीम का सीधे मार्किंग के लिए उपयोग किया जाता है, तो एक गंभीर समस्या उत्पन्न होगी: केंद्रित स्पॉट का आकार कार्य दूरी के साथ बदल जाएगा।
जब दूरी कम होती है: प्रकाश बीम अभी तक पूरी तरह से नहीं फैला है। फील्ड लेंस द्वारा केंद्रित होने के बाद, प्रकाश स्पॉट छोटा होता है, पावर घनत्व अधिक होता है, और मार्किंग स्पष्ट होती है।
लंबी दूरी पर: बीम काफी फैल गया है। यहां तक कि उसी लेंस द्वारा केंद्रित होने के बाद भी, परिणामी प्रकाश स्पॉट बड़ा हो जाएगा, पावर घनत्व कम हो जाएगा, जिससे मार्किंग लाइनें मोटी, धुंधली हो जाएंगी, और यहां तक कि सामग्री सीमा तक पहुंचने में भी असमर्थ हो जाएंगी।
यह मार्किंग मशीन की प्रभावी कार्य सीमा (गहराई) को गंभीर रूप से प्रतिबंधित करता है, और विभिन्न ऊंचाइयों पर या घुमावदार सतहों पर वर्कपीस पर लगातार मार्किंग परिणाम बनाए रखना बेहद मुश्किल बना देता है।
II. बीम एक्सपेंडर का मौलिक कार्य उपरोक्त मुद्दों को संबोधित करना है। इसका मुख्य कार्य है:
छोटे व्यास वाले आपतित लेजर बीम को बड़े व्यास, छोटे विचलन कोण (समानांतर के करीब) वाले आउटपुट लेजर बीम में परिवर्तित करें।
इस प्रक्रिया को प्रकाशिकी में "बीम संरेखण" कहा जाता है।
तकनीकी सिद्धांत: एक उलटे टेलीस्कोप सिस्टम पर आधारित
सबसे आम बीम विस्तार लेंस केप्लरियन या गैलीलियन संरचनाएं हैं, जिनमें लेंस की एक जोड़ी होती है: एक छोटी-फोकल-लंबाई संरेखण लेंस (इनपुट लेंस) और एक लंबी-फोकल-लंबाई आउटपुट लेंस।
आपतन: विचलन कोण वाला प्रकाश का एक बीम पहले एक संरेखण लेंस से गुजरता है। ज्यामितीय प्रकाशिकी के अनुसार, प्रकाश का यह बीम शुरू में केंद्रित होगा और फोकस के एक बिंदु पर परिवर्तित होगा।
अनुवाद: बीम के फिर से विचलन से पहले, इसे आउटपुट लेंस से गुजरने दें। आउटपुट लेंस की लंबी फोकल लंबाई के कारण, यह बीम को "वापस खींचेगा" और इसे अधिक समानांतर तरीके से बाहर निकलने देगा।
अंतिम आउटपुट बीम न केवल एक बड़ा व्यास रखता है बल्कि एक महत्वपूर्ण रूप से कम विचलन कोण भी रखता है।
मुख्य सूत्र:
बीम एक्सपेंडर का प्रदर्शन दो प्रमुख मापदंडों द्वारा परिभाषित किया गया है:
विस्तार अनुपात (M):
इनमें से, f2 आउटपुट लेंस की फोकल लंबाई का प्रतिनिधित्व करता है, f1 संरेखण लेंस की फोकल लंबाई है, D out आउटपुट बीम का व्यास है, और D in इनपुट बीम का व्यास है। उदाहरण के लिए, एक 3x बीम एक्सपेंडर इनपुट बीम के व्यास को 3 गुना बढ़ा सकता है।
विचलन कोण संपीड़न:
आउटपुट बीम का विचलन कोण θ out इनपुट विचलन कोण θ in के 1/M तक संकुचित होता है। इसका मतलब है कि एक 3x बीम एक्सपेंडर विचलन कोण को उसके मूल मान के एक-तिहाई तक कम कर सकता है।
III. प्रकाश बीम के बीम एक्सपेंडर द्वारा संरेखित होने के बाद, यह स्कैनिंग मिरर और फील्ड लेंस (F-θ लेंस) में प्रवेश करता है, और एक गुणात्मक छलांग लगेगी:
1, एक छोटा केंद्रित स्पॉट प्राप्त करने और मार्किंग सटीकता और रिज़ॉल्यूशन में सुधार करने के लिए
ऑप्टिकल विवर्तन के सिद्धांत के अनुसार, केंद्रित स्पॉट का व्यास d लगभग है:
इनमें से, λ लेजर तरंग दैर्ध्य का प्रतिनिधित्व करता है, f फील्ड लेंस की फोकल लंबाई है, और D फील्ड लेंस में प्रवेश करने वाले प्रकाश बीम का व्यास है।
निष्कर्ष स्पष्ट है: विस्तार लेंस फील्ड लेंस पर आपतित बीम के व्यास D को बढ़ाता है, जिससे केंद्रित स्पॉट d का आकार सीधे कम हो जाता है। एक छोटा स्पॉट का मतलब है महीन रेखाएँ, उच्च ग्राफिक रिज़ॉल्यूशन और तेज किनारों, जो QR कोड, माइक्रो टेक्स्ट और जटिल लोगो को चिह्नित करने के लिए महत्वपूर्ण है।
2. गहराई बढ़ाएँ और प्रभावी कार्य सीमा का विस्तार करें
गहराई उस अक्षीय दूरी सीमा को संदर्भित करती है जिसके भीतर एक स्वीकार्य केंद्रित स्पॉट आकार बनाए रखा जा सकता है। संरेखित होने के बाद, बीम का विचलन कोण बहुत छोटा होता है, इसलिए स्पॉट का आकार लंबी प्रसार दूरी पर बहुत कम बदलता है। यह लेजर मार्किंग मशीन को विभिन्न ऊंचाइयों पर और यहां तक कि कुछ घुमावों वाली सतहों पर वर्कपीस पर मार्किंग करने में सक्षम बनाता है, बिना बार-बार फोकल लंबाई को समायोजित किए, फिर भी स्पष्ट और समान परिणाम प्राप्त करता है। यह विशेष रूप से महत्वपूर्ण है जब एक स्वचालित उत्पादन लाइन में ट्रे पर असमान वर्कपीस को संभालते हैं।
3. ऑप्टिकल घटकों की रक्षा करें और पावर घनत्व बढ़ाएँ
पावर घनत्व कम करना: लेजर बीम को स्कैनिंग मिरर के लेंस में प्रवेश करने से पहले विस्तारित किया जाता है, जिससे इसका क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र बढ़ जाता है और पावर घनत्व (प्रति इकाई क्षेत्र में पावर) कम हो जाता है। यह दर्पण लेंस पर थर्मल लोड और संभावित क्षति को कम करता है, जिससे इसकी सेवा जीवन बढ़ जाती है, खासकर उच्च-शक्ति लेजर मार्किंग अनुप्रयोगों में।
ऊर्जा उपयोग में सुधार: एक छोटा केंद्रित स्पॉट का मतलब है अधिक केंद्रित ऊर्जा, जिसके परिणामस्वरूप लेजर पावर समान होने पर सामग्री पर उच्च पावर घनत्व होता है। यह मार्किंग प्रक्रिया को अधिक कुशल, तेज़ बनाता है, या कम पावर के साथ समान मार्किंग प्रभाव प्राप्त करने में सक्षम बनाता है, जिससे ऊर्जा की बचत होती है और लेजर का जीवनकाल बढ़ता है।
बीम एक्सपेंडर, जो न केवल उच्च-सटीक और उच्च-रिज़ॉल्यूशन मार्किंग प्राप्त करने के लिए तकनीकी आधार है, बल्कि उपकरण की अनुकूलन क्षमता का विस्तार करने, कोर ऑप्टिकल घटकों की रक्षा करने और समग्र प्रक्रिया स्थिरता को बढ़ाने की कुंजी भी है। यह कहा जा सकता है कि लेजर मार्किंग मशीन में बीम एक्सपेंडर के बिना, इसका प्रदर्शन बहुत कम हो जाएगा। बीम एक्सपेंडर को समझना और सही ढंग से लागू करना किसी भी लेजर मार्किंग सिस्टम को अनुकूलित करने का एक अनिवार्य हिस्सा है।