Lazer markalama makinesinin hassas optik yolunda görünüşte basit ama çok önemli bir bileşen vardır: ışın genişletici. Bu makale, ışın genişleticinin çalışma prensibini, teknik parametrelerini ve lazer markalama süreci üzerindeki belirleyici etkisini inceleyecektir. İlk olarak, bir ışın genişleticiye neden ihtiyaç duyulduğunu anlamak için, önce lazerden doğrudan çıkan ışın demetinin iki temel özelliğini kabul etmeliyiz:
Işın sapma açısı: Lazerin iletim süreci boyunca, mükemmel bir paralel ışın değildir. Kat ettiği mesafe arttıkça, yavaş yavaş yayılır. Bu yayılma açısı, sapma açısı olarak bilinir (birim: mrad).
Gauss ışın özellikleri: Lazer ışınının enerji dağılımı, kesitinde bir Gauss modelini izler, yani merkezde en parlaktır ve kenarlara doğru yavaş yavaş azalır.
Bu tür bir sapan ışın doğrudan markalama için kullanılırsa, ciddi bir sorun ortaya çıkacaktır: odaklanmış noktanın boyutu çalışma mesafesiyle değişecektir.
Mesafe yakın olduğunda: Işın henüz tam olarak yayılmamıştır. Alan merceği tarafından odaklandıktan sonra, ışık noktası küçüktür, güç yoğunluğu yüksektir ve markalama nettir.
Uzun mesafede: Işın önemli ölçüde yayılmıştır. Aynı mercek tarafından odaklandıktan sonra bile, ortaya çıkan ışık noktası daha büyük olacak, güç yoğunluğu azalacak, bu da markalama çizgilerinin kalınlaşmasına, bulanıklaşmasına ve hatta malzeme eşiğine ulaşamamasına neden olacaktır.
Bu, markalama makinesinin etkili çalışma aralığını (alan derinliği) ciddi şekilde kısıtlar ve farklı yüksekliklerdeki iş parçaları veya eğimli yüzeyler üzerinde tutarlı markalama sonuçları elde etmeyi son derece zorlaştırır.
II. Işın genişleticinin temel işlevi, yukarıda belirtilen sorunları ele almaktır. Temel işlevi şudur:
Daha küçük çaplı gelen lazer ışınını, daha büyük çaplı, daha küçük bir sapma açısına (paralele daha yakın) sahip bir çıkış lazer ışınına dönüştürün.
Bu işlem, optikte "ışın kolimasyonu" olarak adlandırılır.
Teknik prensip: Ters bir teleskop sistemine dayanmaktadır
En yaygın ışın genişletme mercekleri, bir çift mercekten oluşan Kepler veya Galilean yapılarındadır: kısa odak uzunluğuna sahip bir kolimasyon merceği (giriş merceği) ve uzun odak uzunluğuna sahip bir çıkış merceği.
Geliş: Bir sapma açısına sahip bir ışın, önce bir kolimasyon merceğinden geçer. Geometrik optiğe göre, bu ışın başlangıçta odaklanacak ve tek bir odak noktasına yakınsayacaktır.
Çeviri: Işın yeniden sapmadan önce, çıkış merceğinden geçmesine izin verin. Çıkış merceğinin daha uzun odak uzunluğu nedeniyle, ışını "geri çekecek" ve daha paralel bir şekilde çıkmasını sağlayacaktır.
Son çıkış ışını sadece daha büyük bir çapa sahip olmakla kalmaz, aynı zamanda önemli ölçüde azaltılmış bir sapma açısına sahiptir.
Ana formül:
Işın genişleticinin performansı iki ana parametre ile tanımlanır:
Genişleme oranı (M):
Bunlardan f2, çıkış merceğinin odak uzunluğunu, f1, kolimasyon merceğinin odak uzunluğunu, D out, çıkış ışınının çapını ve D in, giriş ışınının çapını temsil eder. Örneğin, 3x bir ışın genişletici, giriş ışınının çapını 3 kat artırabilir.
Sapma açısı sıkıştırması:
Çıkış ışınının sapma açısı θ out, giriş sapma açısının θ in 1/M'sine sıkıştırılır. Bu, 3x bir ışın genişleticinin sapma açısını orijinal değerinin üçte birine düşürebileceği anlamına gelir.
III. Işın, ışın genişletici tarafından kolime edildikten sonra, tarama aynasına ve alan merceğine (F-θ merceği) girer ve niteliksel bir sıçrama meydana gelir:
1, Daha küçük bir odaklanmış nokta elde etmek ve markalama doğruluğunu ve çözünürlüğünü artırmak için
Optik kırınım teorisine göre, odaklanmış noktanın d çapı yaklaşık olarak şöyledir:
Bunlardan λ, lazer dalga boyunu, f, alan merceğinin odak uzunluğunu ve D, alan merceğine giren ışın demetinin çapını temsil eder.
Sonuç açıktır: Genişletme merceği, alan merceğindeki gelen ışının D çapını artırır, böylece odaklanmış noktanın d boyutunu doğrudan azaltır. Daha küçük bir nokta, daha ince çizgiler, daha yüksek grafik çözünürlüğü ve daha keskin kenarlar anlamına gelir, bu da QR kodları, mikro metin ve karmaşık logoların işaretlenmesi için çok önemlidir.
2. Alan derinliğini artırın ve etkili çalışma aralığını genişletin
Alan derinliği, kabul edilebilir bir odaklanmış nokta boyutunun korunabileceği eksenel mesafe aralığını ifade eder. Kolime edildikten sonra, ışın çok küçük bir sapma açısına sahiptir, bu nedenle nokta boyutu uzun bir yayılma mesafesi boyunca çok az değişir. Bu, lazer markalama makinesinin, farklı yüksekliklerdeki iş parçaları ve hatta belirli eğriliklere sahip yüzeyler üzerinde, odak uzunluğunu sık sık ayarlamadan, yine de net ve düzgün sonuçlar elde etmesini sağlar. Bu, otomatik bir üretim hattında tepsilerdeki düzensiz iş parçalarını işlerken özellikle önemlidir.
3. Optik bileşenleri koruyun ve güç yoğunluğunu artırın
Güç yoğunluğunu azaltma: Lazer ışını, tarama aynasının merceğine girmeden önce genişletilir, bu da kesit alanının artmasına ve güç yoğunluğunun (birim alan başına güç) azalmasına neden olur. Bu, ayna merceğindeki termal yükü ve potansiyel hasarı azaltır, özellikle yüksek güçlü lazer markalama uygulamalarında ömrünü uzatır.
Enerji kullanımını iyileştirin: Daha küçük bir odaklanmış nokta, lazer gücü aynı olduğunda malzemede daha yoğun enerji anlamına gelir ve daha yüksek bir güç yoğunluğu sağlar. Bu, markalama işlemini daha verimli, daha hızlı hale getirir veya aynı markalama etkisinin daha düşük güçle elde edilmesini sağlayarak enerji tasarrufu sağlar ve lazerin ömrünü uzatır.
Sadece yüksek hassasiyetli ve yüksek çözünürlüklü markalama elde etmek için teknik temel değil, aynı zamanda ekipmanın uyarlanabilirliğini genişletmenin, temel optik bileşenleri korumanın ve genel işlem kararlılığını artırmanın anahtarı olan ışın genişletici. Bir lazer markalama makinesinde ışın genişletici olmadan, performansı büyük ölçüde azalır. Işın genişleticiyi anlamak ve doğru bir şekilde uygulamak, herhangi bir lazer markalama sistemini optimize etmenin vazgeçilmez bir parçasıdır.