Как узнать фокусное расстояние линзы лазерного станка

Содержание
  1. Как правильно настроить фокус на лазерном станке
  2. Фокусное расстояние
  3. Значение положения фокуса
  4. Положительный фокус
  5. Отрицательный фокус
  6. Нулевой фокус
  7. Фокусное расстояние линз
  8. Линзы для лазерного станка
  9. Материал изготовления фокусной линзы
  10. Форма и диаметр линзы для лазера
  11. Фокусное расстояние линзы лазерного станка
  12. Как настроить фокус лазерного станка? (3 разных способа)
  13. 1. NC-точка позиционирования положения фокуса лазера
  14. 2. Метод прожигания со скосом фокусировки
  15. 3. Метод прямого прожигания лазером
  16. Фокусное расстояние на лазерном станке: как ПРАВИЛЬНО настроить?
  17. Для чего это важно знать?
  18. От чего зависит фокусное расстояние в лазерном станке?
  19. Какой оптимальный диаметр фокусного пятна (то есть ширина реза)?
  20. Как рассчитать, какой будет максимальная толщина материала (глубина фокуса)
  21. Как отрегулировать расстояние между лазерным фокусом и материалом для резки
  22. Практические примеры по технике Wattsan:

Как правильно настроить фокус на лазерном станке

Фокусное расстояние


Значение положения фокуса


Положительный фокус

Это фокусное расстояние при котором луч лазера фокусируется выше поверхности заготовки.
Как правило такая фокусировка используется для кислородной резки заготовок из углеродистой стали.

Такой способ резки реализует удаление шлака и помогает кислороду достигать нижней поверхности заготовки для участия в полной реакции окисления.
Чем больше значение положительного фокуса, тем больше диаметр пятна лазера на поверхности заготовки, тем больше нагрев и добавление тепла вокруг щели, и тем более гладкой и яркой режущей поверхности из углеродистой стали.

Отрицательный фокус

То есть фокус резания находится в заготовке. В этом режиме, поскольку фокус находится далеко от режущей поверхности, ширина резания является относительно большей, чем точка резания на поверхности заготовки. В то же время поток режущего воздуха велик, и температура является достаточной.
При резке нержавеющей стали целесообразно использовать резку с отрицательным фокусом, поверхность реза имеет однородную текстуру и хорошее поперечное сечение.

Читайте также:  Автоматический станок контурной резки поролона с поворотным столом

Перфорация пластины перед резкой. Поскольку перфорация имеет определенную высоту, перфорация использует отрицательный фокус, который может гарантировать, что размер пятна в позиции перфорации является наименьшим, а плотность энергии — наибольшей.

Нулевой фокус

То есть фокус резания находится на поверхности заготовки. Как правило, режущая поверхность, близкая к фокусу, является относительно гладкой, в то время как нижняя поверхность вдали от режущего фокуса является шероховатой. Этот случай в основном используется для непрерывной лазерной резки тонких пластин и импульсного лазерного испарения с высокой пиковой мощностью для резки слоев металлической фольги.
Выбор фокусировки для лазерной резки определяется не материалом режущей пластины (нержавеющая сталь, углеродистая сталь), а методом резки (окислительная резка, расплавленная резка).

Источник

Фокусное расстояние линз

Луч CO2 лазера, формируемый лазерной трубкой, преломленный зеркалами, напрямую фокусируется на заготовке, с помощью фокусирующей линзы. 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.

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

Зависимость показывает, что фокусируемое пятно лазерного луча минимального диаметра достижимо при меньшем фокусном расстоянии (f), хорошем качестве луча, имеющим параметр K близкий к 1 (M 2 =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.

Для лазерной резки тонких материалов (толщиной менее 4 мм) небольшое фокусное расстояние, в среднем 63,5 мм, на практике 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:

, 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 это НЕ максимальная толщина материала, которую можно прорезать определенной линзой. Она прорежет гораздо большую толщину и какую толщину можно прорезать определяет не линза, а мощность излучателя. Это та толщина, при которой рез будет идеально прямым, так как при большей толщине материала углы краев реза начнут скругляться. Например, при увеличении толщины материала на 30%, это скругление не будет заметно глазу, поэтому например на 5″ линзах многие режут и 15 мм, а кого-то устраивает и форма реза даже на 20 мм толщины материала.

Источник

Линзы для лазерного станка

Гравировка, резка на лазерном станке СО2 происходит за счет фокусировки лазера. Для этого в аппарате собрана целая оптическая система, состоящая из трубки, где формируется луч, зеркал, а на финальной стадии стоит линза, фокусирующая его в точку. Неправильный подбор сказывается на качестве изделий. Иногда выбранная деталь не соответствует ожиданиям и только портит дорогие материалы.

Чтобы этого не произошло, нужно тщательно подойти к подбору оптических элементов для лазерного станка. Это несложный процесс, однако требующий внимания, определенных знаний. Рассмотрим основные моменты при покупке комплекта.

Материал изготовления фокусной линзы

Оптика используется не только для лазерной промышленности, применение ее в быту давно стало привычным делом. Но работа с мощными излучениями требует определенных характеристик вещества. Для граверов и резаков используют СО2-линзы двух видов:

  • Арсенид Галия (GaAs) – темное вещество. Прочный, стойкий к внешним воздействиям. Пропускная способность меньше, чем у желтых, потребление энергии гораздо выше.

  • Селенид Цинка (ZnSe) – желтого цвета, прозрачный. Изделия хрупкие, требуют аккуратного отношения. Плюсы заключаются в пропускной способности. Она высокая. Вследствие этого забирается меньше энергии.

С учетом разницы в стоимости, чаще всего выбирают Селенид Цинка. При должном уходе запчасти могут служить пару лет.

Форма и диаметр линзы для лазера

Что касается физических габаритов, здесь все обусловлено характеристиками механизма. Это касается диаметра. Исходя из размера отверстия, куда она вставляется, подбирается вариант. Устанавливаться она может в сопло или в тубус. Можно подобрать меньший параметр, но никак не больший. Все зависит от посадочного места.

Надо понимать, что этот показатель зависит еще и от размеров рамы, но это обычно уже учтено при сборке тубуса. Так, чем больше станок, тем шире должна быть линза-СО2. Это объясняется тем, что луч не строго прямой, чем он длиннее, тем более конусовидный. Если между элементами большие промежутки, диаметральный размер увеличивают. Средний применяемый от 18 до 25 мм.

  • Плосковыпуклые / плосковогнутые
  • Двояковыпуклые / двояковогнутые
  • Выпуклый мениск / вогнутый мениск

Форма влияет на точность фокусировки. Лучшая менисковая, минимальная точка при использовании ее практически идеальная, соответствует расчетным данным. Но на практике больше всего применяют плосковыпуклые.

Фокусное расстояние линзы лазерного станка

Фокусное расстояние – отличительный признак. Измеряется оно в дюймах. И бывает от одного до семи с половиной с шагом в полдюйма, указывается продавцом. Можно разделить на группы:

  • Короткофокусные. От одного до двух дюймов.
  • Среднефокусные. 2-4 дюйма
  • Длиннофокусные. 4-7.5 дюйма

Для чего пользователю эта информация. От нее зависит глубина фокуса, дающая возможность понять, на какую толщину реза мы можем рассчитывать с этой линзой для лазера. Минимальный D луча, точка с самым маленьким значением, оно важно при гравировке. Эти две цифры находятся в зависимости друг от друга. У короткофокусных маленькое пятно, но и короткое плечо 2z. У длиннофокусных наоборот.

Соответственно, чем выше величина 2z, тем толще пласты можно резать, однако ожидать отличного качества гравирования, особенно тонких моментов не стоит. Если величина маленькая, то ей отлично пользоваться при создании портретов, печатей и там, где много точных, мелких деталей. А разрезать кусок пенопласта ровно не получится.

Как узнать эти параметры. Есть специальные формулы для вычисления. Расчет глубины фокуса производят по формуле:

2z= 2.5*W * (f/D)2

W – длина волны лазера (приблизительно 0,01 мм)
D — диаметр луча (обычно 6 миллиметров)
F – фокусное расстояние (от производителя)
2z – глубина фокуса

Подставив свои цифры, легко определяется, будет ли возможность резать и какую толщину. Например, для полутора дюймов или 38,1 мм этот показатель будет всего 1,088, то есть можно разрезать бумагу, ткань или фанеру до одного мм. Все остальные толщины будут иметь оплавленные края, толстые резы и потребуется много проходов.

Для гравировки важен второй показатель – минимальное пятно. Воспользуемся формулой:

d = 1.27 * f * W * (1/ D)

Все переменные те же. Для полторадюймовой значение будет 0,08. Но это идеальная цифра. В реальности достигается она редко и только с менисковыми.

Выбирая, нужно понимать с какими материалами придется работать, резать или гравировать. Можно найти средний вариант и использовать только одну. Но лучше приобрести несколько и менять в зависимости от назначения.

Источник

Как настроить фокус лазерного станка? (3 разных способа)

Перед тем как приступить к работе на оптоволоконном лазерном станке необходимо установить правильное фокусное расстояние между лазерной головкой и разрезаемым материалом. От правильности настройки фокуса зависит ширина и качество реза, образование грата и скорость резки.

1. NC-точка позиционирования положения фокуса лазера

Используйте плоский, гладкий белый кусок картона, положите его на верстак. Над ним будет установлена головка лазера.

Высота фокусирующей линзы от картона составляет около 10 мм, что меньше фокусного расстояния фокусирующей линзы.

Например, если фокусное расстояние фокусирующей линзы составляет 127 мм, то фокусирующую линзу следует установить на расстоянии около 117 мм от картона.

Система числового программного управления задает перемещение режущей головки каждые 10 мм по оси X или Y, а ось Z поднимается на 1 мм во время каждого перемещения, при этом можно задать расстояние для 20 последовательных перемещений.

При каждом перемещении на позицию создается 20 отверстий, а высота оси Z увеличивается на 20 мм.

Наблюдая за 20 отверстиями, можно обнаружить, что диаметр отверстий постепенно меняется от большого к маленькому, а затем от маленького к большому.

Найдите место, где отверстие наименьшее, и запишите его.

Расстояние от картона до линзы, измеренное в этом месте, является фактическим положением фокуса лазерного луча.

2. Метод прожигания со скосом фокусировки

Метод показан следующим образом.

Прямая деревянная доска кладется по диагонали на верстак с уклоном около 10 градусов.

Режущую головку устанавливают в точке А.

Размер высоты точки А от фокусирующей линзы на 20 мм меньше фокусного расстояния фокусирующей линзы.

Система ЧПУ устанавливает режущую головку на непрерывное горизонтальное перемещение вдоль оси X или Y на 230 мм.

Лазер выдает 200 Вт непрерывного лазерного излучения, когда начинается движение.

Когда режущая головка останавливается, лазер также останавливается.

В это время вы можете видеть, что есть след лазерного луча, который меняется от широкого к узкому, затем от узкого к широкому.

Возьмите самую узкую точку следа в качестве фокусного положения, запишите ее.

В этом положении расстояние деревянной доски от линзы является фактическим положением фокуса лазерного луча.

3. Метод прямого прожигания лазером

Удерживая прямую деревянную доску под углом 85 градусов на столе для резки, поднять режущую головку в положение, при котором фокусирующая линза находится примерно в 1,5 раза в фокусе от поверхности стола.

Затем открыть лазерный затвор и непрерывно выпускать лазерный луч мощностью 200 Вт.

Переместите деревянную доску горизонтально под фокусирующей линзой.

Вы можете увидеть, что на поверхности деревянной доски появится след горения, меняющийся от широкого к узкому и от узкого к широкому до и после фокусировки лазерного луча.

И этот след очень близок к изменениям в процессе фокусировки лазерного луча.

Возьмите самую узкую точку следа в качестве фокусного положения, запишите ее.

В этом положении расстояние деревянной доски от линзы является фактическим положением фокуса лазерного луча.

Поскольку этот метод требует ручных операций, особое внимание необходимо уделить безопасности, чтобы избежать травм.

Если вам понравилась статья, то ставьте лайк, делитесь ею со своими друзьями и оставляйте комментарии!

Источник

Фокусное расстояние на лазерном станке: как ПРАВИЛЬНО настроить?

От фокусного расстояния линзы зависит диаметр пятна и глубина фокуса.
У каждой линзы – свой рабочий фокус, который указывается на маркировке (например, f=60 мм).

Для чего это важно знать?

Фокусное расстояние – это расстояние, на котором можно достичь отличного качества гравировки. При резке глубина фокуса – это максимальная толщина материала для выполнения качественного реза.

Поэтому подбирайте линзы в зависимости от производственной задачи: длиннофокусные линзы оптимально использовать для резки материалов толщиной от 8 мм или заготовок криволинейной формы, среднефокусные – для гравировки, а также резки материалов толщиной менее 8 мм, короткофокусные линзы – только для гравировки.

Следовательно, при меньшем фокусном расстоянии линзы гравировка будет четче, с прорисовкой мельчайших деталей, а при большем – будут расплывчатые контуры.

Если резать тонкий материал длиннофокусной линзой, то толщина реза будет широкой и часть электроэнергии будет расходоваться впустую. А избыточный нагрев может привести к обугливанию кромок у неметаллических материалов.

Зато более толстый материал длиннофокусной линзой можно резать идеально.

От чего зависит фокусное расстояние в лазерном станке?

Зависит от самой линзы: от толщины, преломления луча, радиуса кривизны и диаметра фокусного пятна.

С уменьшением диаметра фокусируемого лазерного луча уменьшается фокусное расстояние.

Какой оптимальный диаметр фокусного пятна (то есть ширина реза)?

Диаметр фокусного пятна в идеале равен длине волны лазера (0.01 мм), но на практике из-за особенностей самой линзы он составляет в лучшем случае 0,5 мм. В точке фокусировки идет очень высокий разогрев и происходит выгорание материала на прилегающей к линии реза поверхности материала. Это также зависит от плотности материала: у фанеры толщина реза будет больше, чем у металла.

Рассчитывается он по формуле: d = 1.27 * f * W * (1 / D)

Как рассчитать, какой будет максимальная толщина материала (глубина фокуса)

По формуле 2z= 2.5 * W * (f/D)²

Например, фокусное расстояние линзы – 2,36 дюйма или примерно 60 мм

W — длина волны лазера, примерно 0.01 мм, D — диаметр лазерного луча, обычно 6 мм.

2z= 2,5 * 0,01 * ( 60/6)²= 2,5 мм

Как отрегулировать расстояние между лазерным фокусом и материалом для резки

До начала резки любого материала необходимо отрегулировать расстояние от фокальной точки до его поверхности.

Разные фокусные положения приводят к разному результату.

Положение фокальной точки над заготовкой называется положительным фокусом, а положение фокальной точки под заготовкой – отрицательным.

При увеличении фокусного расстояния пятно на поверхности и внутри заготовки становится толще, и ширина реза увеличивается. При этом также увеличивается площадь нагрева и емкость разгрузки шлака.

Практические примеры по технике Wattsan:

D — диаметр лазерного луча.

d — диаметр фокусного пятна (ширина реза).

2z — оптимальная глубина фокуса (максимальная толщина материала).

Источник

Оцените статью