Оптические объективы лазерных головок для волоконной резки: особенности, выбор и обслуживание

Что такое оптические объективы лазерных головок

Оптические объективы в лазерных головках выполняют две основные функции:

• Преобразование расходящегося лазерного луча в параллельный пучок.
• Фокусировку этого пучка в точку с высокой плотностью энергии.

Используемые в лазерных системах объективы бывают разных конструкций, но чаще всего они включают комплект из двух линз с разной формой кривизны или же одну асферическую линзу. Правильный выбор и установка этих компонентов определяют эффективность и качество резки.

Виды объективов лазерных головок и их отличие

Коллиматорные объективы

Коллиматорные объективы предназначены для преобразования расходящегося лазерного луча, выходящего из оптического волокна, в параллельный пучок. Это стабилизирует лазерное излучение перед его дальнейшей фокусировкой.

Особенности конструкции:

• Обычно состоят из двух линз с разной формой кривизны.
• Возможен вариант с одной асферической линзой, обеспечивающей более точное формирование луча.

Фокусирующие объективы

Фокусирующие объективы преобразуют параллельный лазерный пучок в точку с минимальным диаметром, что позволяет достигать высокой плотности мощности на поверхности материала.

Особенности конструкции:

• Чаще всего представляют собой комплект из двух линз с различными радиусами кривизны.
• Использование асферических линз позволяет минимизировать потери и улучшить качество фокусировки.

Конструктивные особенности объективов

Комплект из двух линз с разной формой кривизны

Применение двухлинзовой системы помогает минимизировать сферические аберрации и обеспечивает более равномерное распределение энергии в лазерном пучке.

Преимущества:

• Высокая точность формирования луча.
• Снижение рассеяния энергии.
• Возможность настройки параметров луча для различных задач.

Асферические линзы

Асферические линзы обеспечивают минимальные потери энергии и высокую точность фокусировки.

Преимущества:

• Более компактная конструкция объектива.
• Снижение числа оптических элементов, что уменьшает потери.
• Высокая эффективность при мощных лазерах.

Недостатки:

• Сложность изготовления и высокая стоимость.
• Чувствительность к неправильной установке.

Правила установки линз в объектив

Правильная установка линз является критически важной для стабильной работы лазерного оборудования. Ошибки при установке могут привести к ухудшению качества резки или повреждению компонентов.

Порядок и направление установки линз

1. Линзы должны устанавливаться строго в соответствии с их оптической осью.
2. При сборке объектива важно учитывать ориентацию линз, так как их форма влияет на ход луча.
3. Очистка линз перед установкой предотвращает загрязнение, которое может снизить эффективность резки.

Последствия неправильной установки

Ошибка	Влияние
Смещение линзы	Отклонение лазерного луча, снижение точности резки
Загрязнение поверхности	Потеря мощности, ухудшение фокусировки
Неправильная ориентация линзы	Изменение формы луча, снижение качества резки

Влияние фокусного расстояния на процесс резки

Фокусное расстояние определяет диаметр фокусируемого пятна, глубину фокуса и, соответственно, параметры резки.

Как фокусное расстояние влияет на процесс резки?

• Толщина материала – чем больше фокусное расстояние, тем толще материал можно резать.
• Качество реза – малые фокусные расстояния обеспечивают тонкий рез, большие – ровный рез толстых материалов.
• Рабочее расстояние – чем больше фокусное расстояние, тем выше головка лазера над материалом.

Таблица популярных фокусных расстояний объективов и их применение

Фокусное расстояние	Рекомендуемая толщина материала	Особенности применения
125 мм	1–6 мм	Универсальный вариант для малых и средних толщин
150 мм	6–12 мм	Резка толстых материалов с хорошим качеством
200 мм	12 мм и больше	Оптимально для мощных лазеров, 3D-резка

Когда выгодно заменить объектив целиком, а не только линзы?

В некоторых случаях замена всего объектива вместо отдельных линз оказывается более целесообразной.

Причина замены	Описание	Альтернативное решение
Повреждение линз	Царапины, выгорание, загрязнение	Очистка или полировка линз
Износ корпуса	Деформации, нарушение геометрии	Полная замена объектива
Устаревание	Недостаточная эффективность	Обновление на новую модель

Оптические объективы лазерных головок играют ключевую роль в волоконной лазерной резке. Их правильный выбор, установка и обслуживание напрямую влияют на качество обработки материалов. Использование подходящих фокусных расстояний, соблюдение правил установки и своевременная замена повреждённых элементов позволяют достичь максимальной эффективности резки и продлить срок службы лазерной системы.

Оптические покрытия объективов и их влияние на резку

Оптические объективы лазерных головок подвергаются значительным нагрузкам во время работы. Одним из способов продлить их срок службы и улучшить характеристики является нанесение специальных покрытий.

Основные типы оптических покрытий:

1. Антиотражающее покрытие (AR – Anti-Reflective)

• Снижает потери мощности за счёт уменьшения отражений на поверхности линзы.
• Увеличивает пропускание лазерного луча через объектив.
• Позволяет работать с более высокой эффективностью.

2. Отражающее покрытие (HR – High Reflective)

• Применяется для зеркальных элементов лазерных головок.
• Минимизирует потери мощности при передаче луча.

3. Покрытие с высокой устойчивостью к загрязнениям (DLC – Diamond-Like Carbon)

• Позволяет линзе дольше сохранять чистоту.
• Обеспечивает защиту от брызг расплавленного металла при резке.

Применение качественных покрытий позволяет снизить нагрев линз и повысить срок их службы, что особенно важно при использовании мощных волоконных лазеров (12 кВт и выше).

Температурные нагрузки и деградация объективов

Объективы лазерных головок подвержены значительному тепловому воздействию. Высокая температура может привести к:

• Деформации линз и изменению их фокусных характеристик.
• Помутнению материала линзы из-за термического разрушения.
• Разрушению защитных покрытий.

Для предотвращения этих проблем:

• Используются термостойкие материалы (ZnSe, Fused Silica).
• Лазерные головки оснащаются системами охлаждения.
• Рекомендуется регулярная проверка состояния объективов.

Как определить, что объектив требует замены?

Признаки износа или повреждения:

• Снижение мощности лазера на выходе.
• Появление пятен или царапин на поверхности линзы.
• Неравномерное распределение лазерного пятна.
• Перегрев лазерной головки.

При обнаружении этих признаков важно своевременно заменить объектив, так как его повреждение может привести к потере точности резки, увеличению отходов и снижению производительности оборудования.

HYPOWER – надежный поставщик оптики для лазерных головок

Компания HYPOWER предлагает высококачественные объективы для лазерных головок ведущих производителей, включая Precitec, Raytools, WSX и BOCI.

Преимущества объективов HYPOWER:
✔ Высокая оптическая чистота и пропускание лазерного излучения.
✔ Долговечные антиотражающие покрытия.
✔ Полное соответствие требованиям промышленной резки.
✔ Оптимизированные конструкции для волоконных лазеров высокой мощности.

HYPOWER – ваш надежный партнер в сфере комплектующих для лазерной резки!