激光打标 设备 场镜 选型经验

激光打标 场镜如何选型?

         场镜全称是平场聚焦镜,也称之为f-theta镜。之所以叫平场聚焦镜,是因为激光通过它之后会在一定的激光打标幅面内形成一个大小均匀的、焦深一致的聚焦光点。打标的幅面是跟场镜的焦距有有关系的。焦距越长,幅面也就越大。反之亦然。
1:一款常用的场镜

         有同学又会问,那我们为什么不能用普通的单片聚焦镜用于激光打标呢,那样就很便宜了呀?这是因为,普通的单片凸透镜,只有光线垂直通过正中心才形成一个圆形的聚焦光斑。当光线倾斜射入普通的单片凸透镜光线时,也就是不同轴入射。这时聚集光斑一定是变形的。更重要的是,这时光线的焦点不是处于光线垂直时的焦点平面。焦距随着偏转角度变化,这样焦点位置也就变化。对于激光打标,当振镜扫描时,光线基本都是倾斜射入场镜的,焦点都不能维持在一个平面内,所以是不能工作的。
         场镜按功能分可以分,可分为平场镜(f-theta)透镜和远心透镜(Telecentric)。远心透镜像主要是为了消除相差而设计的,价格很昂贵,它可以在一定的物距范围内,使得到的图像放大倍率不会变化,这对被测物不在同一物面上的情况是非常重要的应用。远心透镜主要应用于对镜头畸变要求很高的机器视觉场合。所以对于在工业应用的激光打标机中主要使用平场镜。
2:振镜的聚光原理

         对于场镜的选型,我们首先要了解场镜的参数有哪些?各个参数的含义是什么?场镜的主要技术参数包括:工作波长、入射光瞳、扫描范围(或焦距)和聚焦光斑直径。
         工作波长:是由设备系统的激光器决定的。例如:光纤激光器工作波长一般是1064纳米、二氧化碳激光器工作波长一般是10.6微米、绿激光器工作波长是532纳米、紫外激光器工作波长是355纳米。当然还有其他类型的激光器就不一一列举了。场镜用于何种波长工作条件下,就要适用这种膜层的镀膜。如果不在给定的波长范围内用场镜,场镜会被激光烧坏。
图书3:一款焦距是160毫米的紫外激光场镜

         入射光瞳:如使用的是单片镜,反射镜置于入射光瞳的地方,最大可用光束的直径等于入射光瞳的直径。
         扫描范围: 扫描幅面由焦距决定的,场镜一般只会标志焦距。焦距和幅面激光人家园论坛告诉大家一个经验公式:幅面f=0.7*焦距。例如:f=160mm的场镜对应幅面是112mm的正方形,我们一般校正幅面是100mm*100mmf=100mm的场镜对应幅面是70mm*70mm
         聚焦光斑直径D:对于入射激光束直径d、场镜焦距f、激光器波长λ的激光打标系统。有计算公式:λ    由公式我们可以知道:焦距f越长,聚焦光斑直径D越大。波长λ越长,焦光斑直径D越大。入射光斑d直径越大,焦光斑直径D越小。所以要想得到更小的聚焦光斑就要选择:短焦距的场镜,大的扩束镜使入射光斑直径变大和短波长激光器。当然场镜焦距越短激光打标的幅面就越小,这个得根据实际应用有所取舍。扩束镜出射光斑直径也不能太大,这个是由振镜电机的窗镜面积决定的。光斑太大振镜窗镜不能全部接受光斑,漏掉的激光将损失能量也容易烧坏窗镜和烧面电机夹头处。所以扩束镜倍数选型得由激光器出射光斑决定,同时也由振镜决定。关于扩束镜的原理和选型以及振镜的原理和选型,感兴趣的朋友以在激光人家园论坛里面看其相关的文章。
         了解清楚了场镜的工作波长、入射光瞳、扫描范围和聚焦光斑直径等参数的含义。就知道如何选型了。
         1、对于波长,激光人家园告诉你,非金属的激光打标机一般是10.6微米,也即CO2的场镜;而半导体激光打标机和光纤激光打标机,也即主要打金属的机器,波长为1064nm;而激光内雕机,绿激光的激光打标机,场镜为532nm波长的;紫外激光打标机场镜为355nm波长的。所以知道我们是什么激光器打标机,就选择什么样的波长的场镜。
4:一款二氧化碳激光场镜

         2、对于场镜幅面和焦距,有的客户说,我要买最大打标幅面的场镜,那样就可以打不同大小的产品,适用范围更广,以免以后开发新产品又得增加设备。在这里激光人家园论坛告诉您如果增加场镜的幅面,聚焦光点会变大,失真度也要加大,场镜焦距也就是镜头出光面到产品的工作距也要加大。这些变化会导致标不够精细、激光能量的损耗验证,没有小幅面镜头打的标清晰。
         另外,焦距越短焦深就越小,那么对于被打标物体表面的平整度要求越高,所以有起伏或者圆柱形的弧形物体表面不太适合用焦距短的场镜去打。
         前面说的,焦距越长,聚焦的能量密度会越小,打标会越浅,所以我们要注意选择大一点功率的激光器与之配套。
         所以客户一定要根据不同的加工面积和产品外形选用最适合的场镜,或者备用几个不同扫描范围的场镜,当然更换场镜一般设备软件里面是要重新光学校正的,感兴趣的朋友可以在激光人家园论坛里面看关于光学校正方面的文章。
         3、对于光斑,一般光纤打标机的振镜一般为10光斑,那么我们的场镜选择10光斑的。但是有的客户买场镜是用来做振镜焊接机,大家知道,焊接机的振镜一般为大光斑的,比方20光斑,25光斑,30光斑,36光斑等等,那么我们选用的场镜同样要与之配套。国内的振镜式焊接机出现这样那样的问题,很大部分原因是找不到大光斑的场镜。小光斑的场镜在承受焊接机那么大功率的情况下,就会一下子烧掉了。
5:常用振镜的尺寸图纸和螺纹接口

         4、对于场镜的安装,场镜是拧到振镜下面的,所以我们场镜的螺纹一定要适合自己的振镜。而振镜的螺纹一般有这么几种M85*1M102*1M*1M58*1M55*1等几种,最常见的是M85*1,进口scanlab振镜的螺纹接口为M79*1.那么我们选用与振镜配套的即可。如果找不到对应的螺纹场镜,就弄一个螺纹转换圈即可,一般做打标机机柜的厂家都有零件。
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最牛评论
镜片加工 实习会员 2017-10-21 19:44 1楼
好文章,场镜购买:http://www.laserhelp.cn/read.php?tid=184
laserhelp 管理员 2017-10-16 21:02 2楼
回 333 的帖子
333:这篇文章不错 学习了!  (2017-10-16 19:49) 

谢谢~
333 实习会员 2017-10-16 19:49 3楼
这篇文章不错 学习了!
laserhelp 管理员 2017-10-16 21:02 4楼
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333:这篇文章不错 学习了!  (2017-10-16 19:49) 

谢谢~
镜片加工 实习会员 2017-10-21 19:44 5楼
好文章,场镜购买:http://www.laserhelp.cn/read.php?tid=184
laserhelp.cn 管理员 2018-03-09 23:11 6楼
好文章
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