No caminho óptico preciso doMáquina de marcação a laserEste artigo irá aprofundar o princípio de funcionamento, os parâmetros técnicos do dilatador de feixe,e a sua influência decisiva no processo de marcação a laser.
Primeiro, para entender por que um expansor de feixe é necessário, devemos primeiro reconhecer que o feixe de luz emitido diretamente pelo laser tem duas características inerentes:
Ângulo de divergência do feixe: durante o processo de transmissão do laser, não é um feixe perfeitamente paralelo.Este ângulo de propagação é conhecido como o ângulo de divergência (unidade(em inglês).
Características do feixe de Gauss: a distribuição da energia do feixe de laser na sua secção transversal segue um padrão de Gauss,O que significa que é mais brilhante no centro e diminui gradualmente para as bordas.
Se este tipo de feixe divergente for directamente utilizado para a marcação, surgirá um grave problema: o tamanho do ponto focado mudará com a distância de trabalho.
Quando a distância é próxima: o feixe de luz ainda não se espalhou completamente.
A grande distância: o feixe se espalhou significativamente. mesmo depois de ser focado pela mesma lente, o ponto de luz resultante ficará maior, a densidade de energia diminuirá,causando a espessura das linhas de marcação, turva, e mesmo incapaz de atingir o limiar material.
Isto restringe fortemente o intervalo de trabalho efetivo (profundidade de campo) da máquina de marcação,e torna extremamente difícil manter resultados de marcação consistentes em peças de trabalho de diferentes alturas ou em superfícies curvas.
II. A função fundamental do expansor de feixe é resolver as questões acima referidas.
Converter o feixe de laser incidente com um diâmetro menor num feixe de laser de saída com um diâmetro maior, um ângulo de divergência menor (mais próximo do paralelo).
Este processo é referido como "colimação de feixe" na óptica.
Princípio técnico: baseado num sistema de telescópio invertido
As lentes de expansão de feixe mais comuns são estruturas keplerianas ou galileanas, compostas por um par de lentes: uma lente de colimação de comprimento focal curto (a lente de entrada) e uma lente de saída de comprimento focal longo.
Incidência: Um feixe de luz com um ângulo de divergência passa primeiro através de uma lente de collimação.Este feixe de luz será inicialmente focado e convergir para um único ponto de foco.
Tradução: antes que o feixe se divida, deixe-o passar pela lente de saída.Ele vai "retirar" o feixe e fazê-lo sair de uma forma mais paralela.
O feixe de saída final não só tem um diâmetro maior, mas também um ângulo de divergência significativamente reduzido.
Fórmula chave:
O desempenho do expansor de feixe é definido por dois parâmetros-chave:
Relação de expansão (M):
Entre eles, f2 representa a distância focal da lente de saída, f1 é a distância focal da lente de colimação, D out é o diâmetro do feixe de saída e D in é o diâmetro do feixe de entrada.Por exemplo..., um expansor de feixe 3x pode aumentar o diâmetro do feixe de entrada em 3 vezes.
Compressão do ângulo de divergência:
O ângulo de divergência θ fora do feixe de saída é comprimido para 1/M do ângulo de divergência θ de entrada.Isto significa que um expansor de feixe 3x pode reduzir o ângulo de divergência para um terço do seu valor original.
III. Após o feixe de luz ser colimado pelo expansor de feixe, ele entra no espelho de varredura e na lente de campo (lente F-θ), e ocorre um salto qualitativo:
1Para obter um ponto focado menor e melhorar a precisão e resolução da marcação
De acordo com a teoria da difração óptica, o diâmetro d do ponto focado é aproximadamente:
Entre eles, λ representa o comprimento de onda do laser, f é a distância focal da lente de campo e D é o diâmetro do feixe de luz que entra na lente de campo.
A conclusão é óbvia: a lente de expansão aumenta o diâmetro D do feixe incidente na lente de campo, reduzindo assim diretamente o tamanho do ponto focado d.Uma mancha menor significa linhas mais finas., resolução gráfica mais alta e bordas mais nítidas, o que é crucial para marcar códigos QR, microtexto e logotipos complexos.
2Aumentar a profundidade de campo e ampliar a gama de trabalho efetiva
A profundidade de campo refere-se à faixa de distância axial dentro da qual pode ser mantido um tamanho de ponto focado aceitável.Então o tamanho do ponto muda muito pouco ao longo de uma longa distância de propagaçãoO sistema permite que a máquina de marcação a laser marque peças de diferentes alturas e mesmo superfícies com certas curvaturas sem ajustar frequentemente a distância focal.No entanto, os resultados são claros e uniformes.Isto é particularmente importante quando se trata de peças irregulares em bandejas numa linha de produção automatizada.
3Proteger os componentes ópticos e aumentar a densidade de energia
Redução da densidade de potência: o feixe de laser é expandido antes de entrar na lente do espelho de digitalização,causando o aumento da área da secção transversal e a diminuição da densidade de potência (potência por unidade de área)Isto reduz a carga térmica na lente do espelho e os danos potenciais, prolongando a sua vida útil, especialmente em aplicações de marcação a laser de alta potência.
Melhorar a utilização de energia: um ponto focado menor significa uma energia mais concentrada, resultando em uma maior densidade de potência no material quando a potência do laser é a mesma.Isto torna o processo de marcação mais eficiente, mais rápido, ou permite que o mesmo efeito de marcação seja alcançado com menor potência, economizando energia e prolongando a vida útil do laser.
O expansor de feixe, que não é apenas a base técnica para alcançar uma marcação de alta precisão e alta resolução, mas também a chave para expandir a adaptabilidade do equipamento,Proteção dos componentes ópticos centraisPode-se dizer que, sem um expansor de feixe numa máquina de marcação a laser, o seu desempenho será muito reduzido.Compreender e aplicar corretamente o expansor de feixe é uma parte indispensável da otimização de qualquer sistema de marcação a laser.