Čím máme nižší vlnovou délku laseru, tím je menší průměr paprsku a tedy i laser spot (tečka, bod laseru, v zaostřené vzdálenosti). Přeneseno na běžné lasery a jejich typy, tak CO2 (10 600nm) má největší stopu paprsku, menší ji má vláknový laser (1 064nm), ještě menší zelený laser (532nm) a nejmenší bod paprsku dosáhne UV laser (355nm).
Čím kratší je ohnisková zaostřovací vzdálenost optiky, tím je menší ohnisko. Nicméně čím je menší ohnisková vzdálenost tím se laserový paprsek rozšiřuje rychleji od zaostřené vzdálenosti a tak se tedy mění hloubka ostrosti. Pro malou optiku a krátkou zaostřenou vzdálenost je krátká hloubka ostrosti. Velké optiky a větší zaostřovací vzdálenosti mají větší hloubku zaostření, což je vhodné právě pro lasery na značení. Změna vzdálenosti produktu nemá takový vliv na kvalitu značení proto je nutné udržovat produkt vždy ve stejné zaostřené vzdálenosti. Typicky jsou zaostřovací vzdálenosti okolo 200mm pro značící plochu 100x100mm (nebo 150x150mm).
Z toho plyne, že čím je větší vstupní paprsek laseru, tím je menší bod v zaostřeném místě. Menší bod znamená větší hustota výkonu na menší plochu, tedy paprsek je více "agresivní". Někdy se schválně dává produkt na značení mimo zaostřenou vzdálenost laserového paprsku, tedy bod paprsku se zvětší a laser je méně "agresivní". Vhodné pro plasty, které se tak nepřepalují, nepálí a vznikne kontrastní značení na reakci laserového paprsku.
Nejen laserová vlnová délka má vliv a laserový bod, ale i optika laseru velmi ovlivní kvalitu laserového paprsku. Znáte to, zaostříte parsek slunce a pálíte "čočkou" mravence a v jednom místě má sluneční paprsek největší silu a to je právě ta zaostřená vzdálenost. Velikost bodu paprsku je velmi důležitý údaj pro lasery na značení.
Koho by zajímalo několik výpočtů pro průměr paprsku... je to vztažené na stejnou zaostřovací vzdálenost a je zde vidět právě ten rozdíl stopy paprsku a vlnové délky. Pro jednoduchost - je to zcela jednoznačně vidět na extrémně zvětšeném grafickém zobrazení bodu paprsku pro UV laser a CO2 laser (10x větší).
Nejmenší bod paprsku je u UV laseru a taky jak jsem psal v jiném příspěvku, UV laser je nejstudenější paprsek a tak je využíván i pro značení do integrovaných obvodů, nebo přímo do čipu křemíku, kdy jej nepoškodí tepelně. CO2 lasery se nejčastěji používají v nápojovém, balícím průmyslu v potravinářství.
Skenovací hlava laseru má dvě zrcátka, každé na jednu osu. Máme tedy XY vychylování paprsku. Rozmítaný paprsek zrcátky jde na výstupní optiku laseru, která je nejběžněji F-theta typu. Chcete-li maximalizovat výkon objektivu f-theta, měla by být vzdálenost zrcadla minimalizována, tedy zrcadlo je nejblíže optice.
F-theta optiky byly navržena tak, aby poskytovaly nejvyšší výkon v systémech laserového skenování nebo gravírování. Tyto optiky jsou ideální pro gravírovací a značící systémy, ale i pro přenos obrazu a zpracování materiálů. Pro mnoho aplikací v laserovém skenování a gravírování je pro dosažení nejlepších výsledků žádoucí rovinné zobrazovací pole. Sférická čočka může přenášet zaostřený paprsek pouze podél kruhové roviny, jak je zobrazeno na prvním obrázku. Skenovací optika s plochým polem tento problém řeší, ale posun paprsku stále závisí na součinu efektivní ohniskové vzdálenosti (f) a tečny úhlu vychýlení θ, matematicky je to vyjádřené f × tang (θ).
Existují další řešení kompenzace nelinearit optiky. Zatímco toto nelineární posunutí lze zohlednit pomocí správného softwarového algoritmu, ideálním řešením je vytvořit lineární posun (tj. konstantní rychlost skenování). Objektivy F-theta jsou navrženy s výstupním zkreslením, které poskytuje posun lineární s úhlem θ (f*θ, na obrázku je to poslední oranžová varianta vpravo). Tato jednoduchá odezva odstraňuje potřebu složité elektronické korekce a umožňuje rychlý, relativně levný a kompaktní systém skenování. Tak vznikla F-theta optika, která se nejvíce používá v laserových skenovacích hlavách. Optika se skládá ze 3 až 4 komponent (čoček).
F-theta optiky řeší mnoho problémů spojených s laserovým skenováním. Kompaktní design optiky F-theta navíc umožňuje výrobci snížit počet optických součástí potřebných k vytvoření ploché roviny obrazu. Tyto čočky jsou schopny realizovat užší velikosti bodů (laser beam spot), které se promítají do vyššího rozlišení pro skenování nebo značení, stejně jako vyšší intenzity pro gravírování nebo svařování. A co je nejdůležitější, velikost bodu (rozlišení a intenzita) jsou téměř konstantní v celé obrazové rovině. Realita je taková, že se vyřezává velikost pracovního pole, kde je paprsek laseru téměř lineární bez zakřivení plochy, respektive zakřivení je v jejím středu nulové. Tedy z velikosti 110x110mm se vezme 100x100, jinak by na okrajích byla nelinearita a menší výkon paprsku na značení.
Terminologie na definici správné optiky je například scan field diameter (SFD), Průměr skenovacího pole (SFD) nebo taky Scan Length (Délka skenování). Délka skenování je vlastně jen délka úhlopříčky čtvercové oblasti v rovině obrazu, kam může být paprsek zaostřen optikou. Další parametr je například Output Scan Angle (OSA), což je Výstupní skenovací úhel, je to úhel mezi výstupním laserovým paprskem poté, co prošel skenovací čočkou, a normálou roviny obrazu. OSA se bude v rámci obrazového pole lišit, i když pro skenování nebo značení nebude změna OSA do značné míry ovlivňovat dynamiku procesu.
Máme ještě optiky typu Telecentric, ale o nich někdy příště. Běžně se nepoužívají v laserovém značení. U telecentrických objektivů je OSA, Výstupní skenovací úhel, vždy nula, ale optika je tak velká, jak je velká značící plocha.
Pro různé vlnové délky laserů jsou různé typy optik, řekněme "skel". Nelze použít optiku na CO2 laser do vláknového laseru. Například optika na CO2 laser je žlutá a lidské oko přes ní nevidí, ale laserový paprsek na vlnové délce 10 600nm prochází optikou.
Pomůžeme s výběrem vhodného laseru na značení a identifikaci produktů
Nevíte si rady s výběrem laseru? Leonardo technology zákaznická podpora je na telefonním čísle 533 44 55 66. Za dobu 20+ let jsme nainstalovali na 800 laserů SOLARIS do průmyslových provozů a mám zkušenosti o které se s vámi podělíme.
Objevte, jak lasery SOLARIS od Leonardo technology mohou pozitivně transformovat vaše výrobní procesy. Náš profesionální tým laserových odborníků z Leonardo technology je připraven ukázat vám cestu k vyšší efektivitě, nižším nákladům a novým možnostem aplikací laserů ve vaší výrobě.
Více nejen o CO2 o laserech najdete na stránce co2laser.cz
Veškerou nabídku laserů najdete na našem webu.