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                    公司新聞

                    激光打標機掃描透鏡選型指南

                    來源:永諾噴碼設備 日期:2020-05-28 14:46:31

                      分享激光打標機掃描透鏡選型指南

                      根據激光波長、打標范圍選鏡頭,打標幅面越大,焦距越長,聚焦光斑也越大,失真度也越大,激光光斑不夠細膩,激光單點功率能量密度也越小。

                      F-theta掃描透鏡,也稱為鏡頭、透鏡、場鏡、物鏡等,在激光打標機、激光打碼機、激光雕刻機、激光刻字機等設備上主要起到一個聚焦的作用,外形如下:

                    激光打標機掃描透鏡選型指南

                      下面是常規激光打標機(激光雕刻機、激光打碼機、激光刻字機等)的工作原理,如下:

                    激光打標機掃描透鏡選型指南

                      我們根據常規激光打標機(激光雕刻機、激光打碼機、激光刻字機等)的選型,選擇鏡頭的時候,也有一定的規則,如下:

                      根據選擇激光器的類型選擇,這個是根據所選擇的激光波長來進行選擇(此為必須項):

                      1、1064nm波長鏡頭;

                      2、532nm綠光波長鏡頭(450nm藍光波長鏡頭不常用);

                      3、355nm紫外光波長鏡頭(266nm深紫外波長鏡頭不常用);

                      以上3種是常規固體激光器鏡頭;

                      4、10.6μm波長CO2鏡頭;

                      5、10.2μm波長CO2鏡頭;

                      6、9.3μm波長CO2鏡頭;

                      以上3種是常規氣體激光器的鏡頭;

                      根據打標范圍選擇鏡頭,以下圖表為常規選型(單位:mm):

                    激光打標機掃描透鏡選型指南

                      根據鏡片的數量選擇鏡頭:

                      1、常規CO2激光器一般選擇單鏡片組(鏡片上的鍍膜工藝的主要材料為硒化鋅,材料很貴),有特殊工藝的才會選擇雙鏡片組和三鏡片組;

                      2、常規固體激光器一般選擇雙鏡片組(鍍膜工藝簡單,常規價格),有特殊工藝的才會選擇三鏡片組;

                      根據以上,我們其實可以定義一下掃描透鏡:

                      F-theta掃描透鏡(也稱為:鏡頭、透鏡、場鏡、物鏡等),就是經過一定的設計,使像素高與掃描角度滿足一定關系式的一種聚焦平面度的物品,與掃描角度呈現一定的線性關系,公式為:y=F-theta*θ(θ為振鏡的偏轉角度)。

                      它的主要特點就是:

                      (1)、成像在一定的平面范圍內,像素一致不變形,像素差別小。

                      (2)、一定范圍內的平面打標,對應一定速度內的振鏡掃描速度(別聽信一些公司說振鏡的最高掃描速度,那是針對小鏡頭而言,用大鏡頭讓他們試試就知道了)。

                      常規F-theta掃描透鏡(也稱為:鏡頭、透鏡、場鏡、物鏡等)選型的其它知識:

                      1、打標幅面:

                      我們拿到一個鏡頭后,一般鏡頭只標注焦距,鏡頭環上一般標注:F-theta lens 1064nmf=160mm 1604803,這個鏡頭就是1064nm波長的鏡頭,焦距為160mm的鏡頭,1604803一般是160鏡頭的一個序列號;

                      這里有一個常規的換算公式:

                      (1)、打標幅面f=0.7*焦距=0.7*160=112mm

                      (2)、打標幅面f=0.7*焦距=0.7*254=177.8mm

                      解答(1):F160mm的掃描透鏡(也稱為:鏡頭、透鏡、場鏡、物鏡等),對應的打標范圍是112mm*112mm的正方形,一般校正幅面(行業內稱為校正BOX)取一個整數就是110mm*110mm。

                      解答(2):F254mm的掃描透鏡(也稱為:鏡頭、透鏡、場鏡、物鏡等),對應的打標范圍是177.8mm*177.8mm的正方形,一般校正幅面(行業內稱為校正BOX)取一個整數就是170mm*170mm。

                      很多客戶總是主觀的認為,選擇掃描透鏡(也稱為:鏡頭、透鏡、場鏡、物鏡等)的打標幅面越大越好,其實不然。

                      主要原因如下:打標幅面越大,焦距越長,聚焦光斑也越大,失真度也越大,激光光斑不夠細膩,激光單點功率能量密度也越小,當大到一定范圍之后,可能在你的產品也打標不上了或者沒有深度了,反而達不到使用要求。

                      所以,選擇一個適合自己的最重要,沒有必要非得選擇一個更大范圍的掃描透鏡,從而增大自己的成本。

                      2、根據入射光斑大小來選擇掃描透鏡(彌散斑直徑),原則上:掃描透鏡的入射光斑要≥從振鏡過來的激光光斑大小,這樣掃描透鏡才能接住從激光器—擴束鏡—振鏡過來的光。

                      彌散光斑直徑的計算公式為:激光器的入射光斑*擴束鏡倍數。

                      特別注意:如果從振鏡過來的激光入射光斑>掃描透鏡的入射光斑,很明顯的現象就是——打標幅面范圍內中間能量強,邊緣能量特別弱,這就是典型的沒有選對掃描透鏡的彌散光斑直徑的原因。這個是錯誤,切記!切記!切記!

                      (10mm、8mm入射光斑的激光器,選擇掃描透鏡不一樣,不一樣!)

                      (還要搞清楚擴束鏡倍數先!)

                      3、聚焦光斑d的計算公式為:d=2fλ/D

                      f=焦距,焦距越長,聚焦光斑d越大(這就是前面我們所講的鏡頭越大,光斑直徑越大越粗的原因);

                      這里還有一個典型的例子:為何有的公司的打標范圍一樣的兩臺機器,一個光斑細膩,一個光斑略大,其實根本的原因就是一個公司用的短焦鏡頭,一個公司用的長焦鏡頭,打標出來的光斑直徑肯定不一樣。

                      這里的一個常規應用選擇就是蘇打水瓶身的激光打碼,用常規鏡頭,打標出來的線條太細,不容易分辨,而選用長焦鏡頭后,明顯的可以看出來,激光光斑變大了,更容易分辨。(當然在掃描透鏡不變的情況下,選擇低倍數的擴束鏡也可以實現)。

                      λ=波長,波長越長,聚焦光斑d越大(這就是我們知道的為何光纖激光器的光斑直徑要遠遠大于紫外激光器的光斑直徑的真正原因);

                      D=激光器入射光斑,這個是根據選擇的激光器來決定的一個固定值,激光器入射光斑越大,聚焦光斑d越小;

                      4、彌散光斑(極限衍射光斑、最小光斑):這個是掃描透鏡的參數里面的一個理論值,以1064nm波長的幾款常規應用為例:

                    激光打標機掃描透鏡選型指南

                      彌散光斑直徑就是這個掃描透鏡所能聚焦的理論最小值,我們看一下,是不是掃描透鏡越大,彌散光斑直徑也越大?這個就是理論上的打標范圍越大,激光打標出來的線條越粗的原因!理論上,我們選擇上面的鏡頭的話,是可以打出彌散光斑直徑的線條的,但是,往往我們的激光打在不同的材料上,對激光的吸收率不一樣,往往就會比這個理論值大,所以,這個僅僅是理論值,理論值。

                      5、工作距離計算:從激光打標機臺面上的工件的表面+掃描透鏡焦距<升降立柱的最高行程—振鏡方頭的高度,如果要換大鏡頭的話,請先確認升降立柱是否可以足夠支撐你的打標范圍。

                      常規應用:

                      打標范圍<200mm*200mm,用常規550mm行程的升降立柱即可;

                      打標范圍<300mm*300mm,用600mm行程以上的升降立柱;

                      打標范圍<400mm*400mm,用800mm行程以上的升降立柱;

                      打標范圍<500mm*500mm,用1000mm行程以上的升降立柱;

                      6、掃描透鏡的焦深,常規的如下表,我們還以常規的1064nm波長的掃描透鏡為例:

                    激光打標機掃描透鏡選型指南

                      焦深的意思就是:在這個一定值的范圍之內,理論上打標出來的產品,用肉眼無法明顯分辨出打標線條的起伏變化,這個在打標有一丁點起伏或者一定弧度的產品的時候很有用,我們可以在一定范圍之內,更換大鏡頭即可實現。

                      同理,小鏡頭對焦距也越敏感,打標線條也越細膩,大鏡頭焦深大了,但是打標出來的線條卻也變粗了,主要看是否可以滿足效果要求來判定。

                      7、常用的幾種掃描透鏡(也稱為:鏡頭、透鏡、場鏡、物鏡等)的安裝螺紋:

                      (1)、最常規的為M85*1;

                      (2)、德國SCANLAB振鏡的掃描透鏡為M79*1;

                      (3)、德國RAYLASE振鏡的掃描透鏡為M55*1;

                      (4)、激光清洗和美容行業的掃描透鏡為M39*1;

                      (5)、常規振鏡式激光焊接機的掃描透鏡為M95*1、M102*1、M112*1;

                      如有特殊行業的,需要制作螺紋轉換圈。

                      8、其它:

                      (1)、M1和M2值(振鏡鏡片距離掃描透鏡鏡片的距離),堅決不能振鏡片與掃描透鏡的鏡片打架;

                      (2)、掃描角度:一般為±24°,特殊應用的才會用到更大范圍的值;

                      說在最后:

                      當打標線條的精細度與打標范圍無法調和的時候,可以從下面幾條路走:

                      (1)、用XY平臺小幅面拼接打標(需要增加XY伺服平臺和拼接打標控制卡);

                      (2)、用3D振鏡完成(價格昂貴,主要是起伏面大和弧度比較大的產品適用);

                      (3)、試試進口的遠心掃描透鏡(一般都是進口貨,價格昂貴);

                      (4)、試試用紫外機器打樣(紫外激光器本身對焦深就不敏感);

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