f-theta打标场镜的工作原理与特点 激光场镜的选型指南参数介绍
 f-theta打标场镜 激光打标机场镜

f-theta聚焦场镜,其实就是场镜的一种,就是经过设计使像高与扫描角满足关系式y=f*θ的镜头组(θ为振镜偏转角度),因此f-θ镜又称为线性镜头。它有如下几个特点:

1、对于单色光,成像像面为一平面,整个像面上像质一致,像差小。

2、一定的入射光偏转速度对应着大致一定的扫描速度,因此可用等角速度的入射光实现大致线性扫描。

一、 常见f-θ聚焦场镜类型

根据场镜镜片的数目来分类,f-θ聚焦场镜有单镜片、双镜片、三镜片等几种类型。一般而言,单片场镜加工简单一些,所以价格也便宜些。并且一般只有CO2场镜才有单片场镜,为什么这样呢,只要是CO2场镜的硒化锌材质太贵。当然CO2场镜也有两片和三片式的,但是因为用的材料多,加上加工复杂,所以价格很贵。

按照场镜的波长来分,又有:266nm紫外场镜,355nm紫外场镜,450nm蓝光场镜,532nm绿光场镜,1064nm光纤场镜,9.3umCO2场镜,10.2umCO2场镜,10.6umCO2场镜。我们最常用到的是1064nm光纤场镜,10.6umCO2场镜,355nm紫外场镜,532nm绿光场镜。

二、f-θ聚焦场镜选型知识

场镜的主要技术参数包括工作波长、扫描范围(或焦距)和聚焦光斑直径。

1、工作波长:场镜的工作波长由打标机的激光器决定。光纤激光器波长是1064 nm,CO2激光器波长是10.6um,绿光激光器波长是532nm、紫外激光器波长是355nm,对应激光器选择对应场镜。

2、扫描幅面:聚焦场镜扫描幅面由聚焦场镜焦距决定,在场镜上一般只会标出焦距,焦距和扫描幅面有一个经验公式:幅面f=0.7×焦距。

例如, f=160 mm的场镜对应幅面是112 mm的正方形,一般校正幅面取一个整数是110mm×110mm,f=100 mm的场镜对应幅面是70 mm×70 mm。

使用打标机的终端认为:场镜的幅面越大,能打的范围大,当然更好,所以不少终端客户就总喜欢提一个要求,要求越大越好。但是如果增加扫描范围,聚焦光点变大,失真度也要加大。另外加大扫描范围,场镜焦距就越大。根据聚焦光斑直径d = 13.5Q.f/D (mm),还有聚焦后的光斑直径跟焦距成正比,这意味着加大扫描范围,聚焦光斑直径跟着加大,光斑聚得不够细,激光的功率密度下降非常快(功率密度跟光斑直径的2次方成反比),不利于加工。所以使用者要根据不同的加工面积选用最适合的场镜,或者备用几个不同扫描范围的场镜。

3、入射光瞳:场镜的入射光瞳要大约等入从振镜过来激光光束直径,怎么知道从振镜过来的激光光束直径的大小?取两个数中的最小值:一个数=激光器的出射光斑*扩束镜的倍数;另一个数等于振镜的光斑数。如果从振镜过来的激光光束直径大于场镜的入射光瞳会出现什么状况?在打这个场镜的最大幅面的图案时,中心部分是没有任何问题,边缘部分会感觉明显光弱很多,打标深度也会浅很多。这个参数是很多设备商没有注意,也经常犯错的,一定要小心。

4、聚焦光斑直径d:由简易的聚焦光斑计算公式d=2fλ/D知道,焦距f越长,聚焦光斑直径d越大;波长λ越长,聚焦光斑直径d越大;入射光斑直径D越大,聚焦光斑直径d越小。那么我们怎么知道某个场镜的聚焦光斑多少呢?一般场镜的参数里面有一个参数:极限衍射光斑或者叫弥散斑或者叫最小光斑,这个数值基本等于这个场镜所能聚焦的最小值,但是这个值是一个理论值,实际值一般都比这个值大一些。如果觉得某个场镜的聚焦光斑太大了,那么就记得要客户选择更短焦距的场镜,也就是幅面更小的场镜。

5、工作距:很多客户买场镜都注意到了焦距,但是工作距这个参数很少注意。但是在购买长焦距场镜的时候,这个参数就要特别注意了,否则很容易犯错的。因为很多客户的机柜的那个升降立柱的调整高度是有限的,比方550mm的升降立柱,当装好振镜和场镜之后,把摇把摇到最上方的时候,场镜最下沿距离被打标物体的高度基本是在400-440mm上下,但是我们知道,300*300mm幅面的场镜的焦距虽然是430mm的样子,但是工作距离是480-490mm的样子,那么这个时候立柱的高度是不够的,所以用300*300的场镜的时候,一般550mm的升降立柱是不行的。300*300mm的场镜要600mm的立柱才够,400*400mm幅面的场镜需要750mm的升降立柱才够,500*500mm幅面的场镜需要1000mm的立柱才够。另外在考虑这个立柱的高度的时候,我们还需要考虑客户被打标产品的本身的高度,这个产品本身高度都是200mm高了,那么对应立柱的高度要再加上这个产品的高度。

6、有一定弧面或者高低起伏的产品,要增大打标幅面,已实现焦深满足要求。我们知道,打有一定弧面或者高低起伏的产品,需要场镜有一定的焦深,而需要有长的焦深的话,那么对应需要的焦距就要长一些。所以这个时候考虑场镜的时候就不能只看幅面了,而要把焦深的问题考虑进去,所以需要增大幅面,从而焦距增大了,对应的焦深也就增大了。

7、聚焦点功率密度:这个参数在场镜的参数里面是看不到的,这个是我自己编的一个参数。这个参数是什么意思呢?举个例子吧,一些客户手里都有20瓦的光纤打标机,配的是110*110的场镜,但是这个时候,他有一个客户要做一台打500*500幅面的打标机,他就不知道需要选多大功率的激光器才能保证打标的深度类似于他现在的20瓦用110*110的打标深度(当然客户知道线条会变粗,线条粗客户是能接受的,客户现在关注的是能不能打出一定的深度)。这个时候我们就只能用这个手中现有的打标机去模拟了。我们列一个这样的方程:

A打标机功率/A打标机场镜的最小光斑*A打标机所开功率的百分比=B打标机功率/B打标机场镜的最小光斑*B打标机所开功率的百分比

利用这个公式基本可以估算出B激光器需要多大的功率。那么在当我们在购买大幅面场镜的时候,可以先根据两个场镜和一个已知激光器的参数,估算出购买新的大幅面场镜要达到已知激光打标机的深度需要大概多少瓦的激光器才能匹配。给一个案例的数据:20瓦激光器+110场镜弥散斑31um+开100%功率,另一台机器:500*500幅面弥散斑110um+开100%功率,求另一台激光器应该多少瓦?求出来=71瓦。也就是说20瓦打标机用110*110场镜打出来的深度在500*500范围场镜的条件下需要70瓦激光器才能打出来同等的效果。

8、场镜的螺纹:一般场镜的安装螺纹是M85*1,但是市面德国的振镜的螺纹是M79*1,raylase的振镜的螺纹是M55*1,还有一些激光清洗机和美容仪场镜的螺纹是M39*1,一些振镜焊接场镜的螺纹是M95*1、M102*1、M112*1等,大族的一些CO2场镜是三个螺丝固定的。所以购买场镜的时候,一定也要弄清楚这个螺纹,如果实在找不到对应螺纹的场镜,可以找做激光打标机机柜的场镜做一个螺纹转换圈。

9、其余的一些参数也可能要注意:M1和M2值(振镜镜片距离场镜镜片的距离)、扫描角度θ、镜头的尺寸等,不过这些参数相对来说关注的比较少,特殊客户可能会要求这些。

卡门哈斯小编最后再给点建议:当打标精细度与打标范围矛盾无法调和的时候,几条路可以走:第一:用3D振镜系统去做;第二:用小幅面场镜去做XY平台分割标刻;第三:选远心透镜去做;第四:用紫外激光机或者极紫外激光机去做。