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
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:
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.
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).
Что такое лазерный автофокус в смартфоне
Различные виды автофокусировки имеют свои плюсы и минусы. Одной из ключевых характеристик является время срабатывания.
Чтобы добиться минимального значения, компания LG использовала в своем смартфоне G3 так называемый лазерный автофокус.
Звучит внушительно, но что эта технология представляет собой в реальности?
Зачем понадобилась новая технология
До недавнего времени в мобильных устройствах использовалось две разновидности автофокуса: фазовый и контрастный. У каждого из них были свои плюсы и минусы.
Фазовая автофокусировка, в которой определение расстояния от объекта до фокальной плоскости осуществляется за счет сравнения расстояния между двумя потоками света, проходящими через крайние точки объектива, достаточно быстрая и точная.
Но при этом для нее требуется сложная аппаратная часть, а кроме того она сильно зависит от светосилы объектива.
Контрастный автофокус работает путем сравнения контраста мелких деталей изображения. Конструкция его существенно проще, но при этом сильно «хромает» точность, а время фокусировки очень большое.
Данная технология используется в бюджетных системах.
Разработчики мобильных устройств желали получить решение, совмещавшее достоинства обоих типов, да еще и не зависящее от освещенности.
Как работает лазерный автофокус
Особо мудрить не пришлось: за основу был взят лазерный дальномер, активно применяющийся уже много лет в самых различных областях.
В нем измерение расстояния производится за счет измерения времени прохождения светового импульса от прибора к объекту и обратно к сенсору.
Габариты смартфона не позволяют установить такой же мощный лазерный излучатель, как в дальномере, способный измерять расстояние в пределах километра.
Но даже скромные полупроводниковые лазеры класса 1, использованные в гаджетах, оказались очень полезны.
Полученная скорость работы была просто фантастической: LG G3 для фокусирования требовалось всего 0,276 с, а в более поздних моделях это время сократилось до 0,25 с.
Но есть и существенный недостаток. Эффективное расстояние, на котором способно работать такое устройство, составляет около метра. При фокусировании камеры на более отдаленных объектах устройство переключается на другой тип автофокуса.
Плюсы и минусы
Плюсы лазерного автофокуса:
Безопасен ли лазерный автофокус
У некоторых особо технически «грамотных» людей любой лазер немедленно ассоциируется с гигантскими боевыми роботами, в крайнем случае – с комплексом «Пересвет».
Отсюда и возникает паранойя, заставляющая шарахаться даже от перевернутой компьютерной мышки.
Любое мобильное устройство настолько жестко тестируется на безопасность, что даже при малейшем намеке на угрозу эту технологию не допустили бы к использованию.
В заключение
К моменту написания статьи число моделей, оснащенных лазерным автофокусом, уже исчисляется десятками. Не исключено, что спустя несколько лет он будет стоять даже на ультрабюджетниках.
Работа автофокуса на лазерном станке по металлу
В этой статье рассмотрим, что такое автофокус на лазерных металлорежущих станках ЧПУ. Технология лазерной резки металла неоднократно доказывала свое преимущество на другими способами резки листовых металлов. Эти моменты мы уже рассматривали в наших предыдущих статьях, где приводили убедительные доказательства.
Напомним, что режущим элементом является лазерный луч. Но луч не способен по всей своей длине иметь способность резать материалы, его обязательно нужно фокусировать, что бы появилась оптимальная зона резки, на рисунке 1 отображена в виде значения 2z.
Для того чтобы резка материала получалась качественно необходимо всегда соблюдать правильно подобранное фокусное расстояние. На металлорежущем станке это нужно делать особенно тщательно, так как неправильно подобранный фокус приводит к некачественному резу и необходимости последующей механической обработке или вообще к не прорезу металла.
“Неправильно подобранный фокус”
“Правильно подобранный фокус”
В обычных лазерных станках ЧПУ, предназначенных для резки неметаллических материалов фокусное расстояние соблюдается путем перемещения поверхности материала к лазерной головке или наоборот. Линза в такой головке статична, неподвижна.
В металлорежущих станках такое решение невозможно, так как есть определенные ограничения. В связи с тем, что металл должен резаться в газовой среде расстояние между соплом и поверхностью металла должно быть постоянным для обеспечения правильной подачи газа в зону резки. Часто листовой металл имеет перепады по высоте и для соблюдения постоянного расстояния от металла до сопла лазерная головка станка должна быть подвижна. В станках производителя BODOR этот момент реализован с помощью сервопривода, который позволяет на большой скорости подстраивать положение лазерной головки по вертикали под изменяющуюся высоту листа металла.
Это называется следящим механизмом, и его часто путают с автофокусом. А что же тогда такое автофокус на лазерном металлорежущем станке? И вот ответ:
Автофокус на лазерном металлорежущем станке это процесс настраивания оптимального расстояния от поверхности линзы до разрезаемого материала путем движения фокусирующей линзы по вертикали внутри лазерной головы.
Эта функция крайне удобна, когда на станке ведется резка разных по толщине материалов. Нет необходимости постоянно ручным способом подстраивать положение линзы, достаточно в программе задать толщину листа, и линза сама подстроится под заданный параметр.
Ручная фокусировка 1
Ручная фокусировка 2
Часто производители металлорежущего оборудования экономят на организации режима автофокуса лазерного луча, особенно на станках мощностью менее 2 кВатт. Тогда как компания BODOR взяла себе за правило ставить автофокус на металлорезы любой мощности, от самой маленькой до самой большой. Это действительно очень удобно.
Преимущества автофокуса на металлорезе:
На последнем пункте остановимся подробнее, так как это очень важный момент.
Врезка в толстый металл на лазерном станке
Начиная с толщины от 4 мм. металла перед началом резки требуется произвести врезку в материал, так сказать пробить его. Если не произвести врезку, а сразу начать разрезать металл, то он может не прорезаться до конца.
И здесь автофокус становится прекрасным помощником в производственном процессе. Как происходит пробивка? Это делается в несколько шагов, обычно в 2 или 3 шага. Сопло в несколько этапов приближается к поверхности металла, постепенно пробивая толщу. А линза, вертикально двигаясь в лазерной головке в обратную сторону обеспечивает оптимальное фокусное расстояние независимо от положения сопла. И наоборот, станок без автофокусировки при врезке не может соблюдать оптимальное фокусное расстояние, так как оно достигается только по окончании врезки, когда сопло опускается на рабочую дистанцию от материала.
Преимущества врезки в металл на станке с автофокусом:
Так как пятно врезки на станке автофокусом меньше, это дает возможность выполнять, при необходимости вырезку маленьких по площади деталей.
Результат некорректной врезки на станке без автофокуса
Корректная врезка на станке, оборудованным функцией автофокуса
На фотографиях отчетливо видно соотношение диаметра точки врезки и толщины лазерного луча.
Надеюсь в этой статье нам удалось доказать неоспоримость превосходства лазерной головки с автофокусом перед обычной. Концерн BODOR является ведущим производителем металлорежущих комплексов среди китайских производителей и на своем производстве сумел довести до совершенства механизм работы автофокусировки. Выбирая оборудование BODOR вы выбираете надежность и долговечность!
Специалисты компании Оллрэди имеют богатый опыт поставки лазерных металлорезов и богатую инженерную практику обслуживания станков. Мы всегда рады поделиться опытом с будущими владельцами станков для лазерной резки металлов и помочь подобрать оборудование, соответствующее именно вашим целям и возможностям.
Виды фокусирующих линз для лазерных CO2 станков
Правильный выбор линзы позволяет добиться нужной точности выполнения работ, определяет максимально допустимую толщину заготовки.
Лазерные станки, используемые для гравирования, резки материалов применяются во многих отраслях промышленности. Основой подобных изделия является оптическая система, базовые элементы которой, независимо от марки и модели, это лазерная трубка, комплект отражающих зеркал, и фокусирующая линза, установленная в головке излучателя.
От того, какую мощность имеет лазерная трубка, зависит тип материалов, которые способен обрабатывать станок, максимальная глубина выполняемого реза.
Рассмотрим, на какие характеристики линзы требуется обращать внимание при ее покупке и установке.
Базовые показатели, влияющие на выбор линз
Выбирая фокусирующую линзу для станков с СО2 лазером, необходимо обязательно анализировать пять ее базовых характеристик, от которых зависит область ее использования.
В основном линзы различают на короткофокусные и длиннофокусные.
В штатной комплектации станки поставляются с универсальной линзой, рассчитанной на выполнение большей части операций. Если у собственника станка возникает потребность в более глубоком резе, повышении точности обработки (гравировки), рекомендуется подбирать комплект из нескольких линз, решающих различные задачи.
Фокусное расстояние
Этот показатель замеряется от центра выбранной линзы до места формируемого ей фокуса. В этой точке энергия лазера достигает максимальной концентрации.
Линзы для газового (СО2) лазера, по рассматриваемому параметру, подразделяются на несколько групп:
Фокус следует подбирать с учётом решаемых задач: гравировка или резка. При этом следует учитывать следующее: чем меньше фокусная зона, тем более тонкий луч получается при работе (что является плюсом). Однако зона каустики (толщина реза) также снижается. Обратное утверждение также верно.
Максимальной точности и четкости гравировки позволяет добиться линза короткофокусная. Если требуется резать толстые заготовки, лучшее решение линза длиннофокусная.
Модель среднефокусная наиболее популярна, так как позволяет выполнять обе вышеназванных задачи с приемлемым качеством. Поэтому именно их ставят в базовой комплектации лазерных станков.
Диаметр, который световой поток имеет в точке фокусировки
Эта характеристика задает разрешающую способность гравера (зависит от минимального диаметра точки) и допустимую толщину реза. Чем ближе это значение приближается к нулю, тем выше качество.
Фокусирующая линза, установленная в головке излучателя, позволяет добиваться формирования пятна, создаваемого лучом лазера, требуемой площади.
У длиннофокусных моделей оно больше, что дает возможность нивелировать «соскальзывание» с поверхности цилиндрического типа. Это обеспечивает более высокое качество гравировки на поверхностях изогнутого типа, включая тела конусные.
Но пятно значительного размера, по принципу работы, функционирует подобно фрезе большого диаметра. Почти невозможно выполнить тонкие элементы изображения. Поэтому длиннофокусные линзы используются только для гравировки текстов, графики с незначительной детализацией.
В противном случае, необходимо установить модель короткофокусную, либо перенастроить рабочие характеристики станка (понизить ускорение торможения/разгона, скорость перемещения головки излучателя, иное).
Основной недостаток использования линзы длиннофокусной, в необходимости практически вдвое увеличивать потребную для работы мощность обработки.
Когда речь идет о гравировке (мощности станка используются в подобных режимах до 30% от допустимого номинала) это приемлемо.
А вот при резе, особенно сквозном, даже 100% имеющейся мощности может не хватить.
Зона каустики
Этот показатель указывает на max возможную толщину заготовки, которая может быть разрезана, фактическую длину имеющейся зоны фокусировки.
Самым оптимальным показателем для оптики считается стремление данного показателя к нулю.
Фактически рассматриваемый участок (альтернативное наименование, зона протяжки) возрастает благодаря непараллельности создаваемого потока излучения. Этому способствует формы зеркал, которая не может быть идеальной в принципе (дефекты производства).
Концентрация энергии здесь (в рассматриваемой зоне) достигает своего максимума. Если толщина заготовки не превышает величины зоны каустики, то рез можно выполнять за 1 проход.
Диаметр линзы
Станки, укомплектованные лазерами СО2, оборудуют линзами с диапазоном диаметров (12-30) миллиметров, включительно. Конкретная модель подбирается с учетом мощности установленной лазерной трубки, габаритов станка. Это обусловлено тем, что лазерный луч имеет конусную форму: расширяется в зависимости от пройденного пути. Подбор нужного диаметра позволяет компенсировать его рассеивание, конструктивные погрешности зеркал.
Для станков с маленькими рабочими столами рекомендуются линзы, диаметр которых не превышает 20 мм.
Для устройств со значительной площадью рабочей зоны, у которых этот путь может превышать 1800 мм, ставится линза, имеющая диаметр, превышающий 20 мм.
Материал линзы
Практически все современные лазерные станки с лазерами газового типа (СО2) комплектуются линзами двух основных типов, различающихся материалом напыления:
Самые популярные модели лазерных станков
Главной отличительной особенностью всего лазерного оборудования, представленного на рынке, является тип излучателя. Они могут быть газовыми (СО2) либо твёрдотельными (эта группа подразделяется на модели дисковые, волоконные, YAG). У каждой версии есть свои преимущества и недостатки.
Принципиальное различие между 2 основными группами заключается в длине рабочей волны, что сказывается на возможности работы с тем, либо иным материалом.
Для газовых её значение составляет 10,6 мкм. Это позволяет использовать подобные станки для обработки широкого круга материалов (пластика, акрила, дерева, кожи, многих иных), однако делает устройства практически бесполезными при металлообработке. Так как для волны с такой длиной металлы являются «прозрачными».
Лазеры твердотельные генерируют волну 1,06 мкм, что позволяет гравировать металлы. Резать их, кроить и сваривать.
Среди оборудования первой группы рекомендуемо обратить внимание на лазерные СО2 станки линейки WATTSAN, которые пользуются заслуженной популярностью на российском рынке, в силу оптимального соотношения стоимости, универсальности, качества выполняемых работ.
Более развернутую информацию о станках данного бренда можно получить у нас на сайте или у менеджера отдела сбыта. Удачного выбора!
Линза для любого газового лазера, включая модели с СО2, которыми комплектуются станки с ЧПУ, по праву считается его базовым компонентом. Именно она, во многом, определяет технические возможности оборудования, качество выполняемых работ, их совокупную стоимость.
Именно этим объясняется частая потребность в дополнительном приобретении к штатной универсальной линзе, установленной на станке при заводском изготовлении, дополнительной оптики с нужными характеристиками.
