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激光打標(biāo)機(jī)中光路部分的幾個(gè)關(guān)鍵零部件關(guān)系詳解
2023-10-14 10:30:58
激光打標(biāo)機(jī)中光路部分的幾個(gè)關(guān)鍵零部件關(guān)系詳解
激光器的出射光、擴(kuò)束鏡、振鏡、場(chǎng)鏡之間的關(guān)系，關(guān)于這四者之間的關(guān)系，很多人搞不清，包括一部分的設(shè)備公司工程師，我覺(jué)得我需要花一點(diǎn)時(shí)間把這些寫(xiě)出來(lái)了，這樣大家問(wèn)的時(shí)候，我直接把這篇文章發(fā)給大家即可。
激光器出射光x擴(kuò)束鏡的倍數(shù)≤振鏡的光斑數(shù)≤場(chǎng)鏡的入射光瞳
激光器出射光（Output beam diameter），這個(gè)應(yīng)該好理解，就是從激光器輸出的光斑有多大。這種光束一般是經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直的光，注意我說(shuō)的是準(zhǔn)直的光，不是說(shuō)平行光，很多人認(rèn)為從激光器出來(lái)的光是平行光。我們常說(shuō)激光器的出射光束是幾毫米，比方說(shuō)相干CO2的C30A激光器的出射光一般是1.8±0.2mm，脈沖光纖激光器出射光一般是7mm，這些就是說(shuō)的激光器的出射光大小。而連續(xù)光纖激光器出來(lái)的光是點(diǎn)光源，是沒(méi)有出射光斑大小的說(shuō)法，就像我們平常見(jiàn)的白熾燈泡一樣，是一個(gè)點(diǎn)光源，是沒(méi)辦法說(shuō)出射光斑大小的。只有出來(lái)準(zhǔn)直光的激光器我們才說(shuō)激光器的出射光?；蛘叽蠹铱醇す馄鞯膮?shù)表里面，有一個(gè)參數(shù)叫輸出光束直徑（mm），或者叫：1/e2，都是說(shuō)的這個(gè)參數(shù)。
擴(kuò)束鏡（beam expender），顧名思義，擴(kuò)束鏡的就是把激光光束擴(kuò)大的一個(gè)光學(xué)器件。激光的束腰半徑與發(fā)散角的乘積是一個(gè)定值。一束激光經(jīng)過(guò)一個(gè)X倍的擴(kuò)束鏡，其束腰半徑增大X倍，但是光束的發(fā)散角縮小為原來(lái)的1/X。有人問(wèn)：發(fā)散角縮小有什么好處？告訴你，發(fā)散角小的激光光束，經(jīng)過(guò)同樣規(guī)格的聚焦鏡，得到的聚焦點(diǎn)會(huì)更小。但是對(duì)于擴(kuò)束鏡的作用，很多客戶了解不深，沒(méi)有幾個(gè)能說(shuō)清楚的。我這里簡(jiǎn)單說(shuō)一下：
??? 第一：使聚焦效果更好，得到更小的聚焦光斑。記住，倍數(shù)越大的擴(kuò)束鏡出來(lái)的光經(jīng)聚焦鏡聚焦的效果更好。
??? 第二：使能量均勻分散，使到達(dá)振鏡鏡片或者反射鏡的能量密度降低，使振鏡鏡片或者45度反射鏡片更耐用。
第三：放大光束，這個(gè)主要是體現(xiàn)在激光表演系統(tǒng)中，雖然我們?cè)诠I(yè)加工系統(tǒng)中，每次都放大光束，但是我們的目的不只是放大光束而是前兩個(gè)目的，而激光表演系統(tǒng)中用擴(kuò)束鏡的目的就是放大光束。
在我們激光打標(biāo)機(jī)中，擴(kuò)束鏡的作用主要是幾個(gè)：1、壓縮發(fā)散角，2、擴(kuò)大光束，使進(jìn)入場(chǎng)鏡的入射光束變大（可以使聚焦光斑更細(xì)），3、使激光能更均勻分散進(jìn)入振鏡片，使振鏡片更耐用。
振鏡（galvanometer），說(shuō)到底就是兩個(gè)電流表+指針綁X\Y鏡片，而我們說(shuō)的振鏡光斑數(shù)（10光斑? 14光斑? 20光斑等）就是說(shuō)這個(gè)振鏡片的面積能夠反射多大的光束。振鏡鏡片越小，所能反射的光束就越??；振鏡鏡片越大，所能反射的光束就越大。但是我們要注意，振鏡的鏡片越大，那么振鏡鏡片的重量就越大，重量越大的東西運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，慣性就越大，慣性越大必然導(dǎo)致我們振鏡的速度就快不起來(lái)。為什么選大振鏡片？是因?yàn)闉榱说玫桨l(fā)散角更小的光束，就會(huì)使用大倍數(shù)擴(kuò)束鏡，而使用大倍數(shù)擴(kuò)束鏡，那么必然會(huì)出來(lái)大光束，大光束就一定要相應(yīng)的振鏡片來(lái)反射。也就是說(shuō)，振鏡光斑越小，速度越好快起來(lái)，振鏡的光斑越大，速度必然慢一些，但是可以讓入射光更大，可以起到讓聚焦光斑更好的目的。總之記住一點(diǎn)：線條精細(xì)度和打標(biāo)速度是一個(gè)矛盾體，我們只能根據(jù)需要去取舍，不能兩者都求最好。
場(chǎng)鏡（scan lens），說(shuō)的簡(jiǎn)單點(diǎn)就是一個(gè)聚焦鏡，說(shuō)得復(fù)雜點(diǎn)就是在其焦距位置一個(gè)規(guī)定的平面內(nèi)的每個(gè)點(diǎn)都是聚焦點(diǎn)的透鏡，當(dāng)然這個(gè)說(shuō)法不嚴(yán)謹(jǐn)，但是基本就是這個(gè)意思。場(chǎng)鏡有一個(gè)參數(shù)，叫入射光瞳（Full Beam Diameter） ，也叫入瞳。對(duì)于入瞳，我們要求場(chǎng)鏡的入瞳≥振鏡的光斑，如果場(chǎng)鏡入瞳小于振鏡的光斑，那么就有可能出現(xiàn)，打標(biāo)到場(chǎng)鏡邊緣的時(shí)候，邊緣會(huì)打標(biāo)明顯淺于中間位置，甚至出現(xiàn)能打到的范圍會(huì)小于場(chǎng)鏡標(biāo)稱的范圍。
上面講了一些基礎(chǔ)的東西，現(xiàn)在開(kāi)始講這四者之間的關(guān)系。
激光器出射光x擴(kuò)束鏡的倍數(shù)≤振鏡的光斑數(shù)≤場(chǎng)鏡的入射光瞳
在追求速度的情況下，我們盡量讓振鏡的光斑數(shù)小一點(diǎn)。
在追求精度的情況下，我們要求振鏡光斑數(shù)和場(chǎng)鏡的入瞳要大一點(diǎn)。
舉例說(shuō)明：?
1、假如一個(gè)客戶要求CO2激光打標(biāo)機(jī)來(lái)做流水線飛行打標(biāo)，只是要求打上生產(chǎn)日期和批號(hào)，線條粗一點(diǎn)關(guān)系不大，選用的激光器為相干的C30A，那么我們一般建議：選用3倍的CO2擴(kuò)束鏡，10光斑的振鏡，普通14入瞳的CO2場(chǎng)鏡即可。
2、假如客戶還是用相干的C30A激光器，要求打標(biāo)稍微精細(xì)，那么我建議用4倍CO2擴(kuò)束鏡，14光斑振鏡，常規(guī)16入瞳的CO2場(chǎng)鏡即可。
3、假如客戶用相干的C30A要求做非常精細(xì)打標(biāo)，我們可以給客戶配6—8—10倍擴(kuò)束鏡（進(jìn)口件），30光斑振鏡，特殊的30入瞳的CO2場(chǎng)鏡（一般也是進(jìn)口件）。
4、假如客戶用200瓦的脈沖光纖激光器去做激光深雕，考慮到振鏡鏡片不能承受過(guò)高的能量密度，并且深雕對(duì)速度也不會(huì)太高，我們可以建議客戶使用2倍的石英材質(zhì)的擴(kuò)束鏡，對(duì)激光器的出射光擴(kuò)束，然后再使用14光斑或者16光斑的光纖振鏡，當(dāng)然場(chǎng)鏡也要使用石英的，入瞳在16mm以上的?；蛘呒偃缡褂?/span>10入瞳的石英場(chǎng)鏡，就要人為的避免滿幅面打標(biāo)，比方選150*150的10入瞳的石英場(chǎng)鏡，但是振鏡過(guò)來(lái)的光是14光斑，這時(shí)候打標(biāo)幅面應(yīng)該選擇110*110幅面以內(nèi)，不然會(huì)出現(xiàn)邊緣光弱的現(xiàn)象。
5、假如客戶準(zhǔn)備做500瓦脈沖光纖激光打標(biāo)機(jī)，去做一些深雕，這個(gè)激光器500瓦脈沖，相當(dāng)于5000瓦連續(xù)激光器了，所以一定要考慮振鏡和場(chǎng)鏡的承受能力，所以一般需要選一個(gè)3.5-4倍的水冷石英擴(kuò)束鏡+30mm光斑的水冷振鏡（振鏡片需要選擇石英的）+30入瞳的水冷石英場(chǎng)鏡。
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