W precyzyjnej ścieżce optycznejmaszyna do oznakowania laserowegoW tym artykule omówiono zasadę działania, parametry techniczne rozszerzacza wiązki,i jego decydujący wpływ na proces oznakowania laserowego.
Po pierwsze, aby zrozumieć, dlaczego rozszerzacz wiązki jest potrzebny, musimy najpierw zrozumieć, że wiązka światła bezpośrednio emitowana przez laser ma dwie charakterystyczne cechy:
Kąt rozbieżności wiązki: W trakcie procesu transmisji lasera wiązka nie jest idealnie równoległą.Ten kąt rozprzestrzeniania jest znany jako kąt rozbieżności (jednostka(mrad).
Charakterystyka wiązki Gaussa: rozkład energii wiązki laserowej w jej przekroju poprzecznym jest zgodny z wzorem Gaussa,co oznacza, że jest najjaśniejszy w środku i stopniowo zmniejsza się w kierunku krawędzi.
Jeżeli taki rodzaj wiązki rozbieżnej jest bezpośrednio stosowany do oznakowania, powstaje poważny problem: rozmiar punktu ostrości zmienia się wraz z odległością roboczą.
Kiedy odległość jest bliska: wiązka światła nie jest jeszcze w pełni rozproszona.
Na dużą odległość: wiązka jest znacznie rozproszona, nawet po skupieniu przez tę samą soczewkę, powstałe plamy światła staną się większe, gęstość mocy spadnie,powodując, że linie oznakowania stają się grubsze, niewyraźne, a nawet nie mogą osiągnąć materiałowego progu.
To znacznie ogranicza zakres skutecznej pracy (głębokość pola obrazu) maszyny do oznakowania,i sprawia, że bardzo trudno jest utrzymać spójne wyniki oznakowania na kawałkach obróbki o różnej wysokości lub na krzywych powierzchniach.
II. Podstawową funkcją rozszerzacza wiązki jest rozwiązanie powyższych problemów.
Przekonują się, że światło laserowe uderzające o mniejszej średnicy jest przekształcane w światło laserowe wyjściowe o większej średnicy, mniejszym kącie rozbieżności (bliższe równoległości).
Proces ten jest określany jako "kolimatyzacja wiązki" w optyce.
Zasada techniczna: oparta na systemie teleskopów odwróconych
Najczęstszymi soczewkami rozszerzającymi wiązkę są struktury Keplera lub Galileusza, składające się z pary soczewek: soczewki kolimatyzującej o krótkiej długości ostrości (soczewka wejściowa) i soczewki wyjściowej o długiej długości ostrości.
Wpływ: wiązka światła o kącie rozbieżności najpierw przechodzi przez soczewkę kollimacyjną.Ta wiązka światła będzie początkowo skoncentrowana i zbiega się do jednego punktu ostrości.
Przed ponownym rozbieżeniem wiązki, pozwól jej przejść przez obiektyw wyjściowy.To "pociągnie" wiązkę i sprawi, że wyjdzie w bardziej równoległy sposób.
Ostateczna wiązka wyjściowa ma nie tylko większą średnicę, ale również znacznie zmniejszony kąt rozbieżności.
Kluczowa formuła:
Wydajność rozszerzacza wiązki jest definiowana przez dwa kluczowe parametry:
Współczynnik rozszerzenia (M):
Wśród nich f2 reprezentuje odległość ogniskową obiektywu wyjściowego, f1 jest odległością ogniskową obiektywu kolimatyzującego, D out jest średnicą wiązki wyjściowej, a D in jest średnicą wiązki wejściowej.Na przykład..., 3x rozszerzacz wiązki może zwiększyć średnicę wiązki wejściowej o 3 razy.
Kompresja kąta rozbieżności:
Wskaźnik rozbieżności kąta θ ze światła wyjściowego jest skompresowany do 1/M kąta rozbieżności wejściowego θ wewnątrz.Oznacza to, że 3x rozszerzacz wiązki może zmniejszyć kąt rozbieżności do jednej trzeciej jego pierwotnej wartości.
III. Po kollimacji wiązki światła przez rozszerzacz wiązki, wchodzi ona do lusterka skanującego i soczewki pola (soczewka F-θ) i następuje skok jakościowy:
1Aby uzyskać mniejszy punkt ostrości i poprawić dokładność i rozdzielczość oznakowania
Zgodnie z teorią dyfrakcji optycznej średnica d punktu skupionego wynosi mniej więcej:
Wśród nich λ reprezentuje długość fali lasera, f jest ogniskową soczewki pola, a D jest średnicą wiązki światła, która wchodzi do soczewki pola.
Wniosek jest oczywisty: rozszerzająca się soczewka zwiększa średnicę D promieniowania uderzającego na soczewce pola, a tym samym bezpośrednio zmniejsza rozmiar punktu ostrości d.Mniejsze plamy oznaczają drobniejsze linie., wyższa rozdzielczość graficzna i ostrzejsze krawędzie, co ma kluczowe znaczenie dla oznakowania kodów QR, mikro-tekstu i złożonych logo.
2. Zwiększyć głębokość pola widzenia i poszerzyć zakres efektywnego działania
Głębokość pola odnosi się do zakresu odległości osiowej, w którym można utrzymać akceptowalny rozmiar skupionej plamy.więc wielkość plamy zmienia się bardzo niewiele na długiej odległości rozprzestrzenianiaDzięki temu maszyna do oznakowania laserowego może znakować elementy o różnej wysokości, a nawet powierzchnie o określonej krzywiźnie, bez częstego dostosowywania ogniskowej.jednocześnie osiągając jasne i jednolite wynikiJest to szczególnie ważne podczas obróbki nierównomiernych elementów na taczkach w zautomatyzowanej linii produkcyjnej.
3. Ochrona komponentów optycznych i zwiększenie gęstości mocy
Zmniejszenie gęstości mocy: wiązka laserowa jest rozszerzana przed wejściem do soczewki lusterka skanującego,powodując zwiększenie powierzchni przekroju poprzecznego i zmniejszenie gęstości mocy (moc na jednostkę powierzchni)Zmniejsza to obciążenie termiczne soczewki lustrzanej i potencjalne uszkodzenia, wydłużając jej żywotność, zwłaszcza w zastosowaniach oznaczania laserowego o dużej mocy.
Poprawa wykorzystania energii: mniejszy punkt ostrości oznacza bardziej skoncentrowaną energię, co powoduje większą gęstość mocy na materiale, gdy moc lasera jest taka sama.Dzięki temu proces znakowania jest bardziej wydajny, szybciej lub umożliwia osiągnięcie tego samego efektu oznakowania przy mniejszej mocy, oszczędzając energię i wydłużając żywotność lasera.
Rozszerzacz wiązki, który jest nie tylko techniczną podstawą do osiągnięcia wysokiej precyzji i wysokiej rozdzielczości oznakowania, ale także kluczem do zwiększenia adaptacyjności urządzenia,ochrona podstawowych elementów optycznychMożna powiedzieć, że bez rozszerzacza wiązki w maszynie do oznakowania laserowego jej wydajność będzie znacznie zmniejszona.Zrozumienie i prawidłowe stosowanie rozszerzacza wiązki jest niezbędną częścią optymalizacji każdego systemu oznakowania laserowego.