Фокусное расстояние линз
  • 4 Июля 2014

Фокусное расстояние линз

Твердотельные лазеры обычно используют оптоволокно для доставки лазерного луча к зоне резания и коллиматор для преобразования лазерного излучения из оптоволокна в параллельный лазерный луч. После того как лазерное излучение пройдет через оптоволоконный кабель и коллиматор преобразует его в параллельный лазерный луч, фокусирующая линза сфокусирует параллельный лазерный луч на заготовке. CO2 лазер не использует оптоволокно для доставки луча, таким образом, лазерный луч, формируемый резонатором, напрямую фокусируется на заготовке, используя фокусирующую линзу. Для процесса лазерной резки необходимо сфокусировать лазерный луч высокой мощности в пятно минимального диаметра, которое имеет необходимую плотность мощности для осуществления резания. Фокусное расстояния фокусирующей линзы определяет диаметр пятна и глубину фокуса - эффективное расстояние, в пределах которого достигается максимальное качество резки.

Фокусируемость лазерного луча изображена ниже, где 2×z глубина фокуса (Длина Рэлея), диаметр фокусируемого пятна df имеет зависимость:

df=4λ/π×f/D×1/K=4λ/π×f/D×M2

Зависимость показывает, что фокусируемое пятно лазерного луча минимального диаметра достижимо при меньшем фокусном расстоянии (f), хорошем качестве луча, имеющим параметр K близкий к 1 (M2=1/K), большом диаметре параллельного лазерного луча на фокусирующей линзе (D) и короткой длине волны (λ). Глубина фокуса также зависит от тех же параметров, что и диаметр пятна. Как правило, чем меньше диаметр фокусируемого лазерного луча, тем меньше глубина фокуса.

parameter6.jpg

Для лазерной резки тонких материалов (толщиной менее 4 мм) небольшое фокусное расстояние, в среднем 63 мм, обеспечивает узкий прорез и гладкую поверхность кромки за счет минимального диаметра фокусируемого лазерного луча. Большое фокусное расстояние предпочтительно при резке толстых материалов, где глубина фокуса должна быть приблизительно равна половине толщины заготовки. Лазерный луч с высоким качеством должен обеспечивать большое фокусное расстояние без увеличения диаметра фокусируемого пятна. Диаметр фокусируемого пятна и глубина фокуса это параметры, определяющие фокусное расстояние, которое оптимизируется в зависимости от толщины обрабатываемого материала. 

На практике нам часто нужно рассчитать какую толщину материала может прорезать линза с идеально прямым резом, в таком случае нам поможет формула:

2z= 2.5 * W * (f/D)^2.  

, где W - длина волны лазера, в мм, примерно 0,01мм

D  - диаметр лазерного луча, обычно где-то 6 мм

f - фокусное расстояние линзы так же в мм.

Так для линзы с фокусным расстоянием 5" (127мм), идеально прямой рез будет для материала толщиной: 2,5 * 0,01 * (127/6)^2 = 11,2 мм

А для линзы с фокусным расстоянием 2,5" (63,5мм), идеально прямой рез будет для материала толщиной: 2,5 * 0,01 * (63,5/6)^2 = 2,8 мм

Еще раз оговоримся, что эта толщина материала - НЕ максимальная толщина которую может прорезать линза, она прорежет гораздо большую толщину и какую толщину можно прорезать определяет не линза а мощность излучателя, а та толщина при котором рез будет идеально прямым, так как при большей толщине углы краев реза начнут скругляться, в пределах увеличения толщины на 30% это скругление не будет заметно глазу, поэтому например на 5" линзах многие режут и 15мм и 20мм материалы.

© 2015 САЙН СЕРВИС. Все права защищены.

Любое копирование информации с сайта sign-service.ru должно производится с сылкой на источник и с согласия администрации ресурса.

Возврат к списку