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激光扫描场镜镜头焦距对激光焊接打标性能的影响

  激光振镜扫描场镜镜头焦距对切割焊接打标性能的影响:聚焦点光斑直径Φο=fλ/πΦ,焦点深度Zd=±0.46Φο²/λ;其中f为透镜的焦距,λ为激光器的波长,Φ为进入到透镜的有效光束直径,焦距不同的聚焦透镜,其聚焦点光斑直径和焦点深度都有所不一样,加工效果就肯定不一样。
激光打标加工

  从第一个公式可以看出。焦距越长,聚焦点光斑直径越大。也就是我们常见的,场镜的焦距越长,打标的线条就越粗,场镜的焦距越短,打标的线条就精细。我们很多客户都是希望打标线条精细,但是同样还有另一个要求,打标幅面能越大越好,但是大家要知道场镜幅面与焦距之间有一个关系的,基本上幅面长度D=0.7f。正因为这样,就出现了一对矛盾,就是聚焦点光斑直径细与打标幅面大是矛盾的,我们要了聚焦光斑直径细就不能兼顾幅面大,我们要了幅面大,就不能兼顾聚焦光斑直径细,这就要我们在这对矛盾中找一个平衡,找到聚焦点精细度与打标幅面的平衡,这也就是为什么大部分客户都选择幅面110*110和150*150幅面左右场镜的原因,因为在这个幅面范围的场镜能照顾大部分打标的需求。当我们对一些很小的物体上做精细标刻或者划线的时候,幅面就要求不高了,这个时候我们就可以购买幅面更小,焦距更短的场镜,来实现精细打标。

  从第二个公式和上面的图可以看出,焦点深度与聚焦光斑直径的平方成正比,结合第一和第二个公司,可以得到Zd=±0.46f²λ/π²Φ²,也就是焦深与焦距f²成正比,与波长λ成正比,与Φ²成反比。而在我们打标机中,我们有时候要在有一定弧度的物体上打标,或者打标要打出一定的深度(深雕),这时候就需要Zd焦点深度比较深,保证在曲面上打标不会出现离焦的情况,保证深度打标的时候,打进去之后还要有力气,不能打不进去。所以我们在做一些产品很小,但是有一定弧度的产品打标的时候,要选焦距比较长的场镜,因为这样能保证焦深足够;我们在做一些深雕的时候,也要选择长焦距的场镜,也是这个原因,也是为了保证焦深足够。这几个公式也可以看出来,对于激光切割机,不存在幅面的问题,只求得切缝越细,切面越光滑越好,但是切割都是要一定深度,所以这就是一个矛盾。所以为什么在薄板切割中,大家都会选择短焦距的聚焦镜,而在厚板切割的时候,就会选择长一点焦距的聚焦镜,因为不这样选择就达不到焦深的要求,就会切不透。

  上面只是从焦距的角度去对切割打标性能进行了一些分析,对于焊接也类似。

  另外我们也可以从波长λ的角度对这几个公式进行解读,比方第一个公式可以看出,同等焦距f,同样Φ的情况下,波长λ越短,聚焦光点直径就越小,这也就可以解释为什么紫外打标精细,而CO2打标机的线条就粗糙。从Zd=±0.46f²λ/π²Φ²可以看出,同等参数情况下,波长λ越短,焦点深度就越小,这也就可以解释为什么常规紫外打标机(非3D)只能在很平的平面上打标,一旦物体表面不是很平,就会有的地方打不出来,或者打出来颜色深浅不一;也可以解释为什么紫外打标机不能深雕。

  这几个公式还可以解释扩束镜的作用,扩束镜出来的光直接到透镜上,一般来说扩束镜出来的光斑直径就等于Φ进入到透镜的有效光束直径(除非透镜的直径还小于扩束镜出来光斑的直径),Φο=fλ/πΦ,为了求得Φο聚焦光点直径小,就要Φ尽量大,Φ=扩束镜的倍率*激光器的出射光斑,也就是扩束镜倍数越大,聚焦光斑直径会越小。但是由于机械结构和透镜直径的原因,我们只能尽量选大一点倍数的扩束镜,而不能无限大,不能让扩束镜出来的光斑超出振镜的光斑,也不能超出场镜的入射光瞳,对于切割机不能超出聚焦镜的有效入射光瞳。另外从Zd=±0.46f²λ/π²Φ²看,我们如果要实现深雕,反倒又希望Φ尽量小,这个与要求聚焦光斑小的要求是矛盾的,这也要求我们选择扩束镜的时候,综合焦深来考虑。对于切割也是一样,切割线条精细度和切割厚度就是一对矛盾,我们只能取平衡点,找到适合我们需要的参数即可。


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