Фокусная линза лазера: Виды фокусирующих линз для лазерных станков CO2 с ЧПУ и их предназначение

Виды фокусирующих линз для лазерных станков CO2 с ЧПУ и их предназначение

Фокусирующая линза в лазерном станке CO2 является принципиально важным звеном на пути движения лазерного луча от лазерной трубки до обрабатываемой заготовки. Фокусирующая линза завершает движение луча и необходима для создания зоны каустики луча.  Зона каустики дает возможность лучу разрезать и гравировать материалы.

• D – диаметр светового потока
• f – фокусное расстояние
• d – диаметр светового пятна или иначе ширина реза
• 2z — зона каустики луча (зона протяжки), как видно на рисунке, определяет толщину разрезаемого материала.

Таким образом фокусирующая линза позволяет делать ширину реза детали минимальной и определяет максимально возможную толщину разрезаемого материала.

Длина каустической зоны 2z (Рис. 1) определяется мощностью излучения лазерной трубки. Обычно на 10 Ватт мощности приходится 1 миллиметр толщины реза. К примеру, если необходимо резать фанеру толщиной 10 миллиметр, то необходимо использовать лазерную трубку CO2 с мощностью излучения не менее 100 Ватт.

Виды фокусирующих линз

Линзы между собой различаются по нескольким параметрам:

1. Материал изготовления
2. Фокусное расстояние
3. Диаметр

Материал изготовления

Чаще всего в лазерных станках СО2 применяются линзы с напылением: GaAs – арсенид галлия и ZnSe – селенид цинка.

Линзы GaAs с арсенидом галлия имеют темно зеленоватый цвет с металлическим блеском. Их особенностью является твердость и жесткость напыления, что значительно расширяет спектр их применения. Поэтому их используют в производствах, где при работе с материалом пылевые и абразивные частицы попадают на линзу.

Так же более устойчивы к ручной чистке, протирке. Исходя из этого являются более долговечными, но и более дорогими.

Линзы ZnSe – являются наиболее востребованными в лазерных станках СО2. Имеют желто-оранжевый цвет, прозрачные. Обладают высокой точностью, и меньшим поглощением за счет своей прозрачности.

Так же на линзах ZnSe лучше заметны загрязнения, что позволяет своевременно их чистить и иметь на выходе лазерный луч без оптических потерь.

Фокусное расстояние

По фокусному расстоянию линзы делятся на 3 категории:

1. Короткофокусные линзы CO2 ( фокус f до 40 мм.)
2. Среднефокусные линзы CO2 (  фокус f от 40 мм. до 75 мм.)
3. Длиннофокусные линзы CO2 (  фокус f от 75 мм. и больше)

f – фокусная зона (Рис.1)

Фокус линзы подбирается исходя из  поставленных задач резки и гравировки. Тут существует одна закономерность: чем меньше фокус, тем тоньше диаметр лазерного луча, но и меньше зона каустики (толщина реза), и соответственно наоборот.

Поэтому если необходима максимальная четкость гравировки, то выбирается короткофокусная линза, а если есть необходимость разрезать более толстый материал, то выбирается длиннофокусная линза.

Среднефокусная линза является золотой серединой между резкой и гравировкой и поэтому стала самой популярной при работе на лазерных станках CO2. Чаще всего в базовом комплетке поставки станка идет именно среднефокусная линза.

Диаметр линзы

Диаметр линзы для лазерных станков CO2 варьируется в интервале от 12 мм. до 30 мм. И чаще всего зависит от размера станка и мощности лазерной трубки. Связано это с тем, что лазерный луч имеет коническую форму на расширение (рассеивание) и чем больший путь он проходит между двумя зеркалами, тем сильнее расширяется и соответственно для сбора луча в тонкий пучок требуется линза большего диаметра.

Поэтому если расстояние между зеркалом 2 и зеркалом 3 небольшое (менее 50 см.) то ставят линзы диаметром менее 20 мм. Если расстояние между зеркалом 2 и зеркалом 3 менее 180 см., то уже ставят линзу диаметром 20 мм., ну а если это расстояние больше 180 см., то ставят уже линзу диаметром 25 или даже 30 мм.

Надеюсь, что ознакомившись с данной статьей вы облегчите себе выбор оптимальной линзы под ваши задачи для работы на лазерном станке CO2.   При бережном отношении к линзе, своевременной чистке вы обеспечите её долгосрочную работу и всегда будете иметь на выходе луч максимально возможной мощности без оптических потерь.

Каталог линз для лазерных станков — открыть.

Фокусные линзы для лазерного станка

Основная задача линзы — собирать и уплотнять лазерный луч, направляя его на поверхность материала. Чем меньше будет паразитного излучения, то есть любого излучения вне центральной точки фокуса, тем больше будет скорость резки и качество гравировки. В идеале вся энергия лазера должна быть сфокусирована в одной маленькой точке и никак не рассеивается, но это идеальные условия и естественно, что какая-то часть излучения будет рассеиваться всегда.

Что такое фокусирующая линза?

Это небольшая, круглая, цилиндрическая шайба желтого или черного цвета. Диаметр изделия, используемого в лазерных станках Co2, бывает: 12, 18, 20 или 25 мм, а толщина от полутора до трёх миллиметров.

Линза может быть как прозрачной, так и не прозрачной. Это зависит от материала из которого она выполнена. Наиболее распространены желтые линзы, которые, в свою очередь, могут обладать разными оттенками желтого цвета. Примененный материал в производстве: селенид цинка (ZnSe). Нсмотря на визуальное сходство, это не стекло, а искусственно выращенный материал из паров цинка и селенида. Черные линзы делаются из Арсенида Галия (GaaS). Основное отличие состоит в том, что они менее эффективны, но гораздо более прочные, впрочем, как раз из-за сниженного КПД, особого распространения они не получили.

Использовать обычную стеклянную оптическую линзу для фокусировки лазерного луча не имеет никакого смысла, так как с учётом длины волны лазерного луча, стекло не является прозрачным материалом. Как следствие, при попытке применения такой оптики, она просто нагреется и лопнет.

Какую форму линзы выбрать?

Форма оптическая линзы, правильность ее геометрии, а также качество материала определяют конечную производительность лазерного станка. Применяемые в настоящее время линзы на лазерных станках имеют формы:

• Плоско-выпуклая




• Менисковая (положительный мениск)

Самым лучшим выбором для лазерного станка будет менисковая линза. Она имеет лучшие параметры собираемости луча и плотность. Менисковость, то есть «вогнутость», «впуклость» будет составлять 0.4-1 мм в центре линзы.

Материал и производители

Материал для линзы производят в России, США, Китае. Производители, изготавливающие фокусные линзы наилучшего качества: II-VI и Ophir. Данный материал имеет двойное назначение. Так как данный материал пропускает ультрафиолетовое и инфракрасное излучение, сферы его применения очень разнообразны: от обтекателей ракет (головок самонаведения), до известных всем нам оптических линз для лазерных станков.

Как чистить фокусную линзу?

Линза без должного ухода прослужит очень недолго и вскоре станет причиной низкой скорости резки. Оптика требует минимального ухода, но надо знать, как правильно это делать.

Порядок ухода

1. Мягкую не ворсистую палочку промочить в чистом спирте




2. От центра линзы круговыми движения по спирали без нажима смочить поверхность (дать время разъесть грязь)




3. Повторить несколько раз процедуру

Если у вас остаются разводы, то спирт содержит примеси. Надо найти чистый спирт без примесей.

Важно не давить и не тереть область загрязнения, ведь таким образом вы можете поцарапать линзу. Если у вас въевшееся загрязнение, то аккуратно вытащите линзу и положите ее в емкость со спиртом на 30-60 минут. Потом аккуратно почистите ватной палочкой.

Как подобрать линзу для лазера?

Оптический элемент подбирается исходя из решаемых задач. Если ваша задача это резка тонкого, ровного материала, то лучше брать линзу с фокусом 38 мм. Если материал толще 10 мм, то фокусное расстояние должно быть от 76 мм. Наиболее универсальная линза имеет фокус 50. 8 мм.

Как часто надо менять?

Менять линзы надо не дожидаясь, когда они развалятся, так как, не заменяя ее своевременно вы снижаете КПД производства и тем самым увеличиваете производственные издержки из-за нестабильного качества и увеличенных расходов на электричество.

Линзы надо менять каждые 500 рабочих часов, то есть примерно 1 раз в 3 месяца. Заменяемая линза необязательно должна быть треснута и тп, она просто утрачивает свои физические свойства. Увидеть их на глаз и как-то измерить невозможно без специального оборудования. Выбрасывать линзы не стоит, лучшеее отложить на случай если у вас не будет подменной в случае полного разрушения текущей.

Для каких станков подходит?

Важными параметрами подбора фокусной линзы являются ее физические габариты, так как она помещается внутрь лазерной головки. Далее надо определиться с фокусным расстоянием и ее качеством. Цена не говорит о качестве, равно как и то, что там написали китайцы на упаковке. Важен поставщик, который гарантирует качество и параметры при которых вы достигнете нужной производительности, так как именно это является вашей конечной целью.

Производитель станка и его марка не имеют никакого значения для подбора линзы. Линзы универсальные и подходят для любых станков.

Лазерные линзы, оптика и фокус

НовичкамВ новостяхОптикаОптика

24.11.2019

26 703 5 минут чтения

В этой статье немного рассказывается о лазерной теории, а также о практическом применении оптических систем в типичном портальном CO2-лазере. Это статья начального уровня. В будущем будут созданы более продвинутые статьи.

1. ЛАЗЕРНЫЕ ЛУЧИ

Лазер состоит из усиливающей среды, механизма подачи энергии и элемента, обеспечивающего оптическую обратную связь. Усиливающая среда представляет собой материал, свойства которого позволяют ему усиливать свет за счет вынужденного излучения. Свет определенной длины волны, проходящий через усиливающую среду, усиливается.

Чтобы усиливающая среда усиливала свет, она должна получать энергию в процессе, называемом накачкой. Энергия обычно подается в виде электрического тока или в виде света с другой длиной волны. Свет накачки может обеспечиваться лампой-вспышкой или другим лазером.

Наиболее распространенный тип лазера использует обратную связь от оптического резонатора с парой зеркал на обоих концах усиливающей среды. Свет отражается между зеркалами, проходя через усиливающую среду и каждый раз усиливаясь. Обычно одно из двух зеркал, выходной ответвитель, частично прозрачно. Часть света уходит через это зеркало.

Участок луча, ближайший к соединителю, очень когерентный и параллельный. В дальнем поле пучок начинает расходиться. Диаметр луча на дальнем конце зависит от длины луча, но в случае обычного лазерного гравера он составляет около 0,24 дюйма. Луч отражается через зеркала к головке, в которой находится фокусирующая линза.

2. ЗЕРКАЛА

Направляющие зеркала направляют лазерный луч на головную и портальную транспортную систему и позволяют ей двигаться. Лазерные зеркала разработаны с высокой степенью отражения для определенной длины волны или диапазона длин волн с использованием различных подложек, покрытий или их комбинации.

Зеркала идеально подходят для лазерных приложений, где пространство ограничено, поскольку луч можно точно направить несколько раз, чтобы он попал в определенную область. Мы кратко коснемся некоторых распространенных типов зеркал и их свойств:

Si Зеркало: Силиконовое стекло с золотым покрытием, отличный коэффициент отражения, не годится для чего-либо выше 80 Вт.
Mo Зеркало:  Молибден, очень прочный, но с самым низким коэффициентом отражения, отлично подходит для источников мощностью 80 Вт и выше.
Cu Зеркало: Медь, показатель отражающей способности ниже золотого Si, но прочный и показатель лучше, чем у Mo.

Si прослужит от 9 месяцев до года, медные прослужат год или больше, но легко царапаются и требуют постоянной чистки/полировки. Mo прослужит до 3 лет или около того, K9 … ну … вы действительно должны содержать их в безупречной чистоте и избегать ЛЮБЫХ царапин или дефектов.

Вот хак, который я выполнил на своем ULS-25. Я использовал старые пластины жесткого диска для изготовления «аварийного» зеркала (которое все еще находится в устройстве и работает ОТЛИЧНО). Правильный способ сформировать зеркало — вырезать его на фрезерном станке с ЧПУ, чтобы предотвратить коробление и деформацию, но в итоге я просверлил ряд небольших отверстий и использовал пару диагональных резаков, чтобы обрезать его. Это уродливо, но это сработало как шарм:

3. ФОКУСИРУЮЩИЕ ЛИНЗЫ

Фокусирующие линзы, которые чаще всего используются в K40 (а также в большинстве других аналогичных конструкций), представляют собой плосковыпуклые линзы из селенида цинка (ZnSe). Они изогнуты с одной стороны и плоские с другой. С плосковыпуклой линзой ИЗОГНУТАЯ СТОРОНА ПОДНИМАЕТСЯ (к лучу) и ПЛОСКАЯ СТОРОНА ВНИЗ (к работе). Другими словами, лазерный луч должен сначала пройти через изогнутую часть линзы. Объективы обычно обозначаются их фокусом. Самый распространенный объектив, поставляемый с K40, — это объектив 2,0 дюйма или 50,8 мм. Это относится к фокусу или расстоянию между объективом и произведением. это не относится к диаметру. Диаметр стандартного объектива K40 составляет 12 мм. Многие люди заменяют заводскую головку на головку LightObject.

Вот схема, показывающая некоторые распространенные линзы и их фокусирующие свойства. Допуск — это фокальная плоскость или часть луча с почти одинаковым размером пятна. Фокусное расстояние находится от линзы до точной середины допуска (фокальной плоскости).

щелкните изображение, чтобы увеличить его

4. ЧИСТКА И ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ

ПРИМЕЧАНИЕ. Необходимо следовать рекомендациям производителя, и они имеют приоритет над нашими рекомендациями.

Пыль и пятна на оптике могут вызвать рассеяние, а загрязнения на оптической поверхности могут реагировать с падающим лазерным светом и повреждать оптические покрытия. При правильном обращении и очистке оптики вы можете предотвратить ее повреждение и обеспечить ее постоянную работу.

Если он не грязный, не чистите его! Обращение с оптикой увеличивает вероятность ее загрязнения или повреждения, поэтому чистить оптику следует только при необходимости.

Вы должны обращаться с оптикой в ​​чистой среде с низким содержанием пыли. Поскольку масло и грязь с ваших рук могут испачкать или повредить оптические покрытия, вы не должны прикасаться к какой-либо пропускающей или отражающей поверхности оптики.

Осмотрите оптику на наличие пыли и пятен, поднеся ее к яркому источнику видимого света. Просмотр оптики под разными углами позволяет увидеть рассеяние от пыли и пятен.

Удаление пыли всегда является первым шагом в чистке оптики. Протирать пыльную оптику все равно, что чистить ее наждачной бумагой. Поэтому перед протиранием любой оптики всегда протирайте пыль баллончиком, сжатым и отфильтрованным воздухом или азотом.

Если на запыленной оптике нет видимых пятен после того, как вы пропылили ее, помните: «Если она не грязная, не чистите ее». Если он все еще грязный, правильное использование растворителей и салфеток для линз часто может помочь.

Растворители для чистки стекол оставят полосы, а папиросная бумага или футболка поцарапают, поэтому всегда чистите оптику реагентным или спектрофотометрическим растворителем и салфеткой с низким содержанием ворса, предназначенной для очистки оптики.

Всегда используйте ткань для линз с растворителем, так как сухая ткань для линз может поцарапать оптические поверхности. Хорошим растворителем для использования является смесь 60% ацетона и 40% метанола. Метанол замедляет время испарения, а также растворяет мусор, который не очистил бы один ацетон.

Изопропиловый спирт безопасен и эффективен, но его относительно медленное испарение может оставить следы высыхания на оптике.

Очистка краев оптики перед очисткой ее поверхностей предотвращает попадание грязи на поверхность. Медленное вытирание позволяет растворителю испариться без образования полос. Помните, медленно и неуклонно чистите оптику.

Для более мягких покрытий, которые легче повредить, мы рекомендуем использовать метод «погружения». Просто удалите пыль с оптики, а затем погрузите ее в ацетон. Если оптика сильно загрязнена, можно использовать ультразвуковую ванну.

Промойте и погрузите оптику в свежий растворитель несколько раз, пока она не станет чистой. Чтобы высушить оптику, осторожно сдуйте растворитель с одного направления, чтобы не оставить следов высыхания.

5. ТЕСТ ЛАМПА

Это мой взгляд на тест линейного изменения скорости:

Связанные статьи

Проверьте также

Закрывать

Фокусировочная линза для CO2-лазера: что вам нужно знать

Фокусировочная линза для CO2-лазера является важной частью большинства лазерных станков для резки и гравировки. Независимо от того, являетесь ли вы любителем, энтузиастом или профессионалом в сфере бизнеса, определение подходящего объектива для ваших нужд поначалу может сбивать с толку. К сожалению, не существует одной линзы, которая подойдет для каждого проекта, но вы можете менять линзы в соответствии со своими конкретными потребностями и получать наилучшие результаты от своего лазерного гравера CO2.

Каждая линза имеет разные возможности в зависимости от того, используете ли вы ее для резки (вектор) или только для гравировки (растр). Переменные будут варьироваться от толщины или твердости вашего материала до уровня детализации, который вам нужно вырезать или выгравировать. Давайте рассмотрим различные варианты объективов, которые помогут вам выбрать именно тот объектив с лазерной фокусировкой, который вам нужен.

Линза фокусировки лазера CO2: принцип работы

Когда лазерный луч выходит из лазерной трубки, он срабатывает в несфокусированном состоянии. Поскольку луч, испускаемый трубкой CO2-лазера, шире, чем у волоконного лазера или УФ-лазера, его необходимо сфокусировать в точке, в которой он сможет правильно взаимодействовать с материалом. Лазерный луч по-прежнему сможет оставлять следы на ваших материалах без фокусирующей линзы CO2-лазера, но он будет выглядеть как непоследовательный ожог.

Чтобы можно было использовать луч, испускаемый CO2-лазерной трубкой, его необходимо сфокусировать в точку на заданном расстоянии с помощью выпуклой линзы. Фокус этих линз находится в диапазоне от полутора до пяти дюймов от линзы, и это расстояние будет определять, как лазерный луч воздействует на материал.

Простыми словами:

• Чем короче фокусное расстояние, тем меньше деталей можно выгравировать, но будет меньше глубина резания,
• Объективы с большим фокусным расстоянием не смогут выгравировать мелкие детали, но будут иметь увеличенное фокусное расстояние.

Объектив для фокусировки с помощью CO2-лазера: воздушные конусы

Различные фокусные расстояния линз варьируются от 1,5 до 5 дюймов. и будет поставляться с соответствующими инструментами и воздушными конусами, которые потребуются для правильной фокусировки и функционирования этого объектива.

В CO2-лазерах серии Muse будет свой носовой конус, который будет использоваться для каждой фокусирующей линзы. Этот носовой конус обеспечивает оптимальное давление воздуха на ваш материал, помогая сдувать пыль или мусор и предотвращая возгорание.

Для высокопроизводительных лазерных систем серии P будут использоваться конусы двух разных длин. Больший воздушный конус будет использоваться для линз с большим фокусным расстоянием, а короткий конус будет использоваться для линз с меньшим фокусным расстоянием.

Объектив для лазерной фокусировки CO2: Фокусное расстояние в разбивке

Предлагаются четыре варианта фокусного расстояния: 1,5″, 2″, 2,5″ и 5″. Серия Muse стандартно поставляется с 2-дюймовым объективом и соответствующим предустановленным воздушным конусом, а серия P стандартно поставляется с 2,5-дюймовым объективом и соответствующим предустановленным воздушным конусом.

• 1,5-дюймовая фокусная линза (размер пятна 0,003 дюйма): Это линза с самым коротким фокусным расстоянием. Поскольку луч будет сфокусирован более близко к вашему материалу, это означает, что он также будет быстрее распространяться после точки фокусировки. Из-за этого луч фокусируется в гораздо меньшей точке, что позволит вам гравировать детали размером до 6 точек, но из-за быстрого распространения луча это не подходит для резки. Лучше всего использовать для мелких деталей и тонких линий.
• 2-дюймовая фокусная линза (размер пятна 0,004 дюйма): Эта линза, входящая в комплект поставки CO2-лазеров серии Muse, позволяет гравировать мелкие детали, но луч распространяется довольно быстро после точки фокусировки. Лучше всего подходит для обработки мелких деталей и резки тонких материалов.
• Фокусная линза 2,5 дюйма (размер пятна 0,005 дюйма): Это линза, которая входит в стандартную комплектацию лазерных систем серии P. Хотя он не может гравировать такие мелкие детали, как линзы меньшего размера, он все же может гравировать шрифты размером до 8 пунктов. Лазерный луч распространяется не так быстро, что делает его идеальным для резки материалов толщиной до полудюйма. Лучше всего использовать для обычной гравировки и резки материалов толщиной до 0,5 дюйма.
• Фокусная линза 5 дюймов (размер пятна 0,01 дюйма): Поскольку фокусное расстояние в два раза больше, чем в предыдущем варианте, это предотвращает слишком быстрое распространение луча за пределы фокусной точки, что позволяет резать более толстые и мягкие материалы, такие как мыло. Поскольку размер пятна больше, это предотвращает резку более твердых материалов, таких как дерево и акрил. Это также отличный вариант для гравировки на глубоких объектах, таких как миски и коробки, и требуется для использования сквозного отверстия на насадке Riser для лазерных систем Muse Core и 3D. Лучше всего использовать для гравировки на неровных/глубоких объектах и ​​резки более толстых и неплотных материалов.

Объективы с разными фокусными расстояниями дадут разные результаты. Убедитесь, что у вас есть правильный объектив для работы.

Каждая фокусирующая линза CO2-лазера имеет свое применение. Возможность менять фокусную линзу для работы с разными проектами и материалами — это один из многих способов контролировать то, что вы можете создать. Это открывает ваши возможности и означает, что вы не ограничены одним фокусным расстоянием и шириной материала.

Если вы не уверены, какая линза вам понадобится, будь то для вашего нового лазера, который вы собираетесь приобрести, или для лазерной системы, которая у вас уже есть, у Full Spectrum Laser есть технические специалисты, которые могут помочь вам сделать правильный выбор. .

Full Spectrum Laser — лидер в производстве простых в использовании и универсальных станков для лазерной резки и лазерной гравировки. Размеры наших систем варьируются от настольных устройств и крупносерийных машин до производственного оборудования промышленного класса. Наши машины работают по всему миру: от начальных школ до национальных лабораторий, гаражных стартапов и многих компаний из списка Fortune 500.