Полное руководство по выбору лазерных линз F-Theta: от расчётов до практики
1. Ключевые параметры лазерной фокусировки
При работе с оптоволоконными лазерами два основных параметра определяют качество обработки:
-
Размер фокального пятна (dreal) - минимальный диаметр луча (мкм) с учётом M²
-
Длина Рэлея (zR) - это "зона резкости" лазерного луча. Луч почти не «размазывается» (как «почти параллельный»), после — начинает быстро расширяться.
2. Расчёт фокального пятна для линзы F100
d = 1,22 × M² × λ × f / D
Длина волны (λ)
1064 нм = 1,064 мкм
Фокусное расстояние (f)
100 мм
Диаметр пучка (D)
7 мм
Качество пучка (M²)
1,4
Пошаговый расчёт:
-
Подстановка значений:
d = 1,22 × 1,4 × 1,064 × 100 / 7 -
Вычисление числителя:
1,22 × 1,4 × 1,064 × 100 = 181,7312 -
Финальный расчёт:
181,7312 / 7 ≈ 25,9 мкм
Расчёт длины Рэлея для линзы F100
zR = (π × d²) / (4 × λ × M²)
1. Возведение в квадрат: 25,9² = 670,81 мкм²
2. Числитель: π × 670,81 ≈ 2107,27
3. Знаменатель: 4 × 1,064 × 1,4 ≈ 5,9584
4. Итоговый расчёт: 2107,27 / 5,9584 ≈ 0,35 мм
Физический смысл: полученная длина Рэлея 0,35 мм означает, что при удалении от фокуса на это расстояние размер пятна увеличится в √2 раз (~1.41 раза).
3. Сравнительная таблица лазерных линз
Расчет ведется для параметров лазерного пучка: M² = 1,4. Для других значений используйте формулы выше.
|
Модель линзы |
Фокус (мм) |
Рабочее поле |
Размер пятна |
Длина Рэлея |
|---|---|---|---|---|
|
100 |
70×70 мм |
25,9 мкм |
0,35 мм |
|
|
163 |
112×112 мм |
42,3 мкм |
0,94 мм |
|
|
210 |
150×150 мм |
54,5 мкм |
1,57 мм |
|
|
210 |
160×160 мм |
54,5 мкм |
1,57 мм |
|
|
250 |
175×175 мм |
64,9 мкм |
2,23 мм |
|
|
290 |
200×200 мм |
75,3 мкм |
3,00 мм |
|
|
330 |
220×220 мм |
85,5 мкм |
3,87 мм |
|
|
420 |
300×300 мм |
108,9 мкм |
6,27 мм |
Совет: Для расчета с другими значениями M² используйте те же формулы, подставляя нужный параметр качества пучка (например, M² = 1,5 или 1,6).
4. Практические рекомендации
-
Для максимальной точности (12-25 мкм):
-
Линза F100
-
Лазеры с M² < 1,3
-
-
Для универсальных задач:
-
Линза F163
-
Допустим M² до 1,5
-
-
Для глубокой гравировки:
-
Линза F330
-
Приемлем M² до 1,7
-
Итог: Длина Рэлея (zR) - ключевой параметр для оценки рабочей зоны. Если вы работаете с лазером, старайтесь, чтобы материал находился в пределах zR для максимальной чёткости! Для прецизионных работ используйте линзу F100 с лазерами M²→1, для универсальных задач - F163-F210, для глубокой обработки - F250-F330.
Влияние M² на выбор линзы
Чем выше M² (качество пучка хуже), тем больше пятно и короче глубина резкости. Например:
-
Для M²=1,5 можно использовать F160, но пятно будет на 15–20% больше, чем при M²=1,2.
-
При M²=1,7 лучше взять F210–F250, чтобы компенсировать расфокусировку.
2. Чистота оптики
Загрязнения на линзе снижают КПД на 30–40%. Регулярно проверяйте и очищайте оптику специальными средствами.
3. Запас по мощности
Если лазер работает на пределе мощности, выбирайте линзу с меньшим фокусным расстоянием (например, F160 вместо F210), чтобы увеличить плотность энергии.
Вывод
-
Прецизионные работы → F100–F120 (M² ≤1,2)
-
Универсальные задачи → F160–F210 (M² ≤1,5)
-
Глубокая обработка → F250–F330 (M² ≤1,7)
Правильный выбор линзы не только улучшает качество обработки, но и продлевает срок службы оборудования. Если сомневаетесь — протестируйте разные варианты на образцах.
Используйте это руководство как базис для:
-
Подбора оборудования под конкретные задачи
-
Обучения персонала
-
Оптимизации параметров обработки
-
Сравнения различных конфигураций
Если у вас другие параметры линз, воспользуйтесь нашим онлайн- калькулятором.
