Лазеры и фокусы

Эффективность и аккуратность работы лазерного станка напрямую зависят от правильно выбранной оптики и фокусного расстояния. Понимание и грамотное использование фокусного расстояния даёт возможность достигать высокой точности обработки и поддерживать нужную скорость производства. В данной статье речь пойдёт о том, что означает фокусное расстояние, и расскажем, как узнать его без специальных измерительных приборов.

Фокусным расстоянием называется расстояние между фокусирующей линзой и точкой, где луч собирается в наименьшее пятно. Это невероятно важный параметр, поскольку он отвечает за диаметр пятна и, соответственно, плотность мощности лазерного луча в точке обработки. Чем меньше фокусное пятно, тем более тонкую работу можно выполнять на лазерном станке.

Глубина фокуса

Не менее важен и такой параметр как глубина фокуса — это диапазон расстояний вдоль оптической оси, в рамках которого точность фокусировки позволяет сохранять чёткость и качество реза/гравировки.

Неверно подобранное соотношение толщины заготовки и фокусного расстояния становятся причиной брака. Слишком большое фокусное расстояние приводит к излишне широкому резу и пустой трате энергии, а слишком короткое обугливает кромку материала.

Фокусное расстояние обычно указывается производителем лазерного станка и линз, используемых в нем. Оно может быть обозначено маркировкой на самой линзе (например, f=100 мм) или в технической документации. Кроме того, для точной настройки можно использовать специальные методы, такие как измерение с помощью фокусных карт или регулируемых подставок.

На фокусное расстояние влияют несколько факторов:

Еще одним фактором является температурное расширение материала линзы, которое может слегка изменять фокусное расстояние при нагреве.

Существует несколько типов фокусирующих линз, включая:

Плоско-выпуклые линзы обычно используются для общего применения, обеспечивая хорошее качество фокусировки при умеренной стоимости.

Двояковыпуклые линзы обеспечивают более качественную фокусировку, что полезно для высокоточных задач.

Асферические линзы минимизируют аберрации и обеспечивают наилучшую фокусировку для тончайшей работы.

Меньший диаметр фокусного пятна подходит для тонкой и точной работы, в то время как больший диаметр может быть предпочтительнее для более глубокого или мощного реза. Оптимальный диаметр фокусного пятна зависит от задачи и материала, с которым работает станок. Он рассчитывается на основе формулы, связывающей длину волны лазера и фокусное расстояние линзы:

d = 1.27 * f * W * (1 / D):D — диаметр лазерного луча;

f — фокусное расстояние;

d — диаметр фокусного пятна (ширина реза);W — длина волны лазера;

2z — оптимальная глубина фокуса (максимальная толщина материала).

Максимальная толщина материала, которую можно эффективно обрабатывать, определяется глубиной фокуса, которая зависит от фокусного расстояния и диффракционных свойств лазера. Глубина фокуса рассчитывается по формуле:

2z= 2.5 * W * (f/D)²

Регулировка расстояния между фокусом и материалом осуществляется путем изменения положения рабочего стола или головки лазера. Для точной настройки можно использовать методы автофокусировки или ручного регулирования с использованием измерительных приборов, таких как фокусные карты.

Когда точка фокуса расположена над заготовкой, это называется положительный фокус, а когда точка фокуса расположена ниже заготовки — это отрицательный фокус.

Важно помнить, что оптимальное расстояние зависит от материала и задачи: для резки обычно требуется положение фокуса чуть ниже поверхности материала, тогда как для гравировки — прямо на поверхности.

Местоположение фокуса лазера можно определить с помощью нескольких методов, включая визуальные и механические подходы. Один из распространенных методов — использование фокусных карт, которые позволяют наблюдать изменение диаметра пятна при перемещении линзы.

При отсутствии фокусной карты можно использовать следующий алгоритм:

Что такое метод прожига и как его применить

Метод прожига заключается в постепенном изменении высоты рабочего стола или головки лазера и фиксации результатов прожига для последующего анализа. Для определения фокуса лазерного луча:

На протяжении всего реза диаметр луча сначала сужается, а затем расширяется обратно. Самая узкая точка показывает фокусное положение.

Заключение

Выбор и правильная настройка фокусного расстояния являются ключевыми факторами для быстрой и точной работ лазерного станка. Понимание того, как различные параметры, такие как тип линзы и длина волны лазера, влияют на фокусное расстояние и диаметр фокусного пятна, позволяет оптимально настроить оборудование под конкретные задачи. Простые методы, такие как использование фокусных карт и метода прожига, помогут вам точно определить.