Фокусное расстояние и линзы.

[PavelK 1 525]

Зачем вообще она нужна?

Её задача - фокусировать луч лазерной трубки, отражённый от зеркал, на поверхность материала. 

Что такое фокусное расстояние?

Фокусное расстояния линзы определяет диаметр пятна и глубину фокуса - расстояние, в пределах которого достигается максимальное качество резки и гравировки.

Если проще: глубина фокуса - максимальная толщина материала, при которой рез будет качественным (Замечали бочкообразность на срезе при резке толстых материалов?).

Чем меньше диаметр фокусируемого лазерного луча, тем меньше фокусное расстояние.

КЭП подсказывает, что фокусное расстояние зависит от линзы: от радиуса кривизны, преломления и толщины.

Обычно фокусное расстояние у линз сразу указывается продавцом (например f=50мм).

 

Пояснение:

• D - диаметр лазерного луча
• f - фокусное расстояние
• d - диаметр фокусного пятна (ширина реза) .
• 2z - оптимальная глубина фокуса (максимальная толщина материала, по другому - длина Рэлэя, вроде бы).

Короче, что бы был качественным рез,  фокусное расстояние должно быть равным высоте от середины материала до середины линзы.

Как узнать, какой будет глубина фокуса (максимальная толщина материала) ?

Расчёты в миллиметрах:

2z= 2.5 * W * (f/D)^2.  

На словах  - 2.5 умножить на длину волны, умножить на  фокусное расстояние, разделённое на диаметр лазерного пучка и частное возведём в квадрат.

W - длина волны лазера, в мм, примерно 0.01. Кто забыл, 1 микрон = 1 * 10-3 миллиметров.

D  - диаметр лазерного луча, обычно где-то 6 мм.

Получаем формулу:

2z =  0.027 * (f / 6) ^2

Для примера: 

Пусть у линзы фокусное расстояние 1.5 дюйма. Кто забыл, 1 дюйм = 25.4 мм, получаем фокусное расстояние f= 38.1 мм.

2z= 0.027 * ( 38.1 / 6) ^2;   2z=  0.027 * (6.35) ^2;     2z= 0.027 * 40,3225;   2z=1.088.

Тоесть  фанеру, толщиной 3 мм такой линзой резать не желательно. Прорезать то вы прорежете, только толщина реза будет слишком большой и потребуется больше мощности.

А вот шпон, толщиной 1 мм прорежется идеально тонко.

Вроде-бы так. 

Какой идеальный диаметр фокусного пятна (ширина реза) ?

Диаметр фокусного пятна, не сделать меньше, чем длина волны лазера  - законы физики.

Длина волны лазера 10 микрон, поэтому в идеале d  = 0.01 мм, но суровые российско-китайские отношения, а так же не идеальность линз, показывают, что если d= 0.1 мм это уже хорошо. 

Как узнать, каким будет диаметр фокусного пятна (ширина реза) ? 

 

d = 1.27 * f * W * (1 / D)

Например: (значения из примера выше)

d= 1.27 * 38.1 * 0.01 * 1/6;  d= 0.08

Короче, чем меньше фокусное расстояние, тем чётче получится гравировка но тем тоньше вы сможете прорезать материал и наоборот.

Отсюда и следует плясать при выборе линзы.

Кстати, слишком часто стал мелькать вопрос:

"трубка 100 Ватт, по формуле диаметр пятна должен быть например 0.05? почему в реале 0.5?"

На это влияет мода луча, а так же из-за мощности трубки плотность потока энергии луча в точке фокусировки слишком большая и прожигает так же всё вокруг себя (например если сделать импульс в фанеру и в лист акрила, диаметр пятна будет разный). 

 

Скачать:

Материалы линз и из чего лучше?

Вообще существует куча материалов, но основные следующие:

Арсенид Галия (GaAs)

Более долговечна, больше поглощение.

Селенид цинка (ZnSe)

Меньше поглощение, менее долговечна. 

У меня линза  ZnSe прожила 3 года при работе 10 часов 7 дней в неделю, потом на ней выгорело просветление и сама стала исцарапанной от ухода.

Так что берите лучше ZnSe.

А ещё они бывают с просветлением и без.

Просветление - покрытие, позволяет уменьшить отражение и пропускать больший световой поток.  Ссылка на Википедию.

Так что лучше, чтоб оно было. Обычно все линзы для CO2 идут с ним.

А еще два типа - плосковыпуклые (мы все используем) и менисковые (хер найдёшь).

У менисковых фокусное пятно практически идеально и почти совпадает с расчётным.

 

Как устанавливать линзу?

Хотя физика подсказывает, что без разницы, но на одной из сторон может быть нанесено просветленеи, а на другой нет.

Поэтому соответственно ставить просветлением вверх. Обычно просветление наносят на выпуклую сторону, поэтому рекомендую ставить выпуклой вверх (ну или на глаз определять где оно - увидите)

Могут быть неточности, исправления приветствуются.

 

18.11.2013. PavelK.

[alexander-1 2 480]

Если не знаешь какая линза у тебя то берём шпон или бумагу (шпон лучше) ложим под углом на рабочем столе чтоб один край был выше предпологаемого расстояния а другой ниже. рисуем линию и режим сверху вниз или наоборот. Потом не снимая шпон смотрим где получился самый тонкий рез. Замеряем расстояние, вырезаем для себя прямоугольник с этим расстоянием и каждый раз подставляем его и меряем. Не знаю на понятном ли языке написал. Снял бы видео но станки все продал. Новые только к Новому году будут.

[existerr 17]

Если не знаешь какая линза у тебя то берём шпон или бумагу (шпон лучше) ложим под углом на рабочем столе чтоб один край был выше предпологаемого расстояния а другой ниже. рисуем линию и режим сверху вниз или наоборот. Потом не снимая шпон смотрим где получился самый тонкий рез. Замеряем расстояние, вырезаем для себя прямоугольник с этим расстоянием и каждый раз подставляем его и меряем. Не знаю на понятном ли языке написал. Снял бы видео но станки все продал. Новые только к Новому году будут.

отличный метод, кстати

сам так делал в итоге получается значение конкретно для своего станка.

А вместо прямоугольника - разово выставил линейку вертикальную, вдоль стола (ось Z). Под две линзы две линейки 

[Александ86 0]

видео конечно не помешало бы! а так спасибо

[Александ86 0]

кто нибудь может поможете балбесу)))) выложите видео или картинки по настройке фокуса, у меня лазер лк - 4015 мощность 2,2 квт 127мм линза т.е. 5 дюймов, хоетлось бы всё увидеть, формулы конечно хорошо но это не то

расскажите подробнее про свои методы, пришлите видео или изображение

[PavelK 1 525]

Фокусное расстояние вы знаете, про то откуда и до куда оно должно быть написано. В чем проблема?

[Александ86 0]

В принципе всё понятно, я же писал, мне нужны именно видео файлы или изображения настройки, если такие имеются, мне нужно увидеть как это делается на практике и какие методы существуют, их же несколько, например на станках АМАДА порезают много линий и смотрят какая из них, меньше 0,5 мм это ибудет самое лучшее значение фокуса, плю стрелют по оргстеклу и смотрят самое маленькое и узкое углубление и ещё один способ, выстовляют железную пластну под 30 градусов и наносят гравировочную линию и смотрят самый узкий участок линии с небольшим усилением, вот об этом методе хотелось бы узнать подробне, а если вы поможете конкретно с моим станком то это вообще замечательно, напоминаю станок ЛК - 4015 мощность 2,2 квт, летающая оптика, стол 4 метра, линза 5 дюймов (127,5 мм), которая вставляется в тубус, который в свою очередь вставляется в режущую голову, голова снабжена регулировочной гайкой(регулирует фокус, на фотке всё показано, формулы это хорошо, но мне нужно именно визуально посмотреть, тогда проблема исчезнет

А так огромное спасибо за информацию, очень многое узнал

работаю кстати 5 лет на этом станке, просто интересно узнать о новых методах

[PavelK 1 525]

К сожалению, видео и картинок у меня нет, так как проблем с фокусом никогда не возникало.

[Александ86 0]

ясно, ну если кто может помочь с этим вопросом, буду рад, только пишите всё подробнее пожалуйста и лучше с изображениями, мне для работы нужно, будет как обучающее пособие для персонала, и кстати как часто вы меняете фокусирующие линзы, чем промываете, я кстати особо чистым ацетоном и такой вот интересный вопрос - признаки того что линза и уже садится (конечно же кроме ухудшения реза)?А и тут была недавно проблема, резал 6 мм и в конце примерно на расстоянии 3 метра резал деталь и при первом врезе и последующем резе конткра край детали начало жечь, остановил рез и запустил с тойже точки, рез продолжился в нормальном режиме, подскажите с чем это связано, у меня предположение, что просто не успевает прошиваться лист и резко начинает из за этого кромки детали, что ёщё может быть, может привода?

[Александ86 0]

конткра - контура ошибка если что

[WillForce 35]

Ребят, такая история. Была линза селенид цинка, поставил арсенид галия. (а может это просто стекло?) 

 

Получил вот такие пятна. 

 

 

Пробовал разные фокусные расстояния. Не собирает чего то эта линза луч в пучек, или я может чего не так делаю...

[alexander-1 2 480]

Я вроде вижу на фото зеркало а не линзу.

[WillForce 35]

Это линза ZnSe

[alexander-1 2 480]

А когда брал, какое фокусное расстояние заказывал?

[WillForce 35]

Не заказывал я, китайцы вроде 40 мм прислали. 

[existerr 17]

фигаська дырка!

линза выпуклой стороной вверх установлена?

[alexander-1 2 480]

фокусные расстояния: 38.1 мм (1,5 дюйма), 50.8 мм (2 дюйма), 63.5 мм (2,5 дюйма), 76.2 мм (3 дюйма), 101.6 мм (4 дюйма).

[WillForce 35]

у меня линза 18 мм в диаметре. 

Ланзу ставил и выпуклой вверх и впуклой вверх, разницы нет.

Такое чувство, что вообще не фокусирует луч в точку

[alexander-1 2 480]

Пробуй выше или ниже на малой мощности

выше я писал как найти фокус. Во втором посте

[alexander-1 2 480]

Ну как?

[WillForce 35]

Спасибо, нашел. Стандартное сопло пришлось поменять. 

До этого похоже линза на 2 дюйма стояла. А эта на 1,5

[alexander-1 2 480]

Ну и молодец

[existerr 17]

это да... я короткофокусную когда заказывал - сразу со своим соплом.

[Константин 67]

Объясните пожалуйста, зачем менять сопло? Не пойму принцип, зеркала отражают, а в конце собирающая линза 1 штука. Какая разница на каком она расстоянии от последнего зеркала? Ну то есть расстояние между зеркалами 1 и 2 и 3 меняется в процессе работы, пучок в нижнем правом положении каретки самый широкий должен быть, и все равно его линза собирает. Что там в сОпле для линзы на 100мм отличное от сопла на 38 мм?

[PavelK 1 525]

Что там в сОпле для линзы на 100мм отличное от сопла на 38 мм?

Как ни странно, длина самого сопла. Если для длиннофокусной линзы короткое сопло подойдёт, то наоборот нет, так как фокус будет внутри сопла.