โซลูชันระบบออปติกสำหรับการประมวลผลด้วยเลเซอร์

โซลูชันระบบออปติกสำหรับการประมวลผลด้วยเลเซอร์
การพิจารณาของการประมวลผลด้วยเลเซอร์โซลูชันระบบออปติคอลขึ้นอยู่กับสถานการณ์การใช้งานเฉพาะ สถานการณ์ที่แตกต่างกันนำไปสู่โซลูชันที่แตกต่างกันสำหรับระบบออปติคอล จำเป็นต้องมีการวิเคราะห์เฉพาะสำหรับแต่ละการใช้งาน ระบบออปติคอลแสดงอยู่ในรูปที่ 1:

แนวคิดคือ: กำหนดเป้าหมายกระบวนการที่เป็นรูปธรรม –เลเซอร์คุณลักษณะ – การออกแบบแผนผังระบบออปติคอล – การบรรลุเป้าหมายสุดท้าย ต่อไปนี้เป็นสาขาการประยุกต์ใช้งานที่แตกต่างกันหลายสาขา:
1. สาขาการประมวลผลขนาดเล็กที่มีความแม่นยำสูง (การทำเครื่องหมาย การกัด การเจาะ การตัดที่แม่นยำ ฯลฯ) กระบวนการทั่วไปในสาขาการประมวลผลขนาดเล็กที่มีความแม่นยำสูง ได้แก่ การประมวลผลขนาดเล็กมากบนวัสดุต่างๆ เช่น โลหะ เซรามิก และแก้ว เช่น การทำเครื่องหมายโลโก้สำหรับโทรศัพท์มือถือ อุปกรณ์ทางการแพทย์ รูขนาดเล็กสำหรับหัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิง ฯลฯ ข้อกำหนดหลักในกระบวนการประมวลผลคือ: ประการแรก ต้องมีจุดแสงที่โฟกัสขนาดเล็กมาก ความหนาแน่นของพลังงานสูงมาก และบริเวณที่มีอิทธิพลจากความร้อนน้อยที่สุด ฯลฯ สำหรับการใช้งานและข้อกำหนดข้างต้น การเลือกและการออกแบบของแหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์และมีการดำเนินการส่วนประกอบอื่นๆ เพิ่มเติม
ก. การเลือกใช้เลเซอร์: เลเซอร์โซลิดอัลตราไวโอเลต/สีเขียว (นาโนวินาที) หรือเลเซอร์อัลตร้าฟาสต์ (พิโควินาที, เฟมโตวินาที) ที่นิยมใช้กันนั้น ส่วนใหญ่มาจากสองเหตุผลหลัก ประการแรกคือ ความยาวคลื่นเป็นสัดส่วนกับจุดโฟกัสของแสง และโดยทั่วไปจะเลือกใช้ความยาวคลื่นสั้น ประการที่สองคือ พัลส์พิโควินาที/เฟมโตวินาทีมีคุณสมบัติ "การประมวลผลแบบเย็น" กล่าวคือ พลังงานจะถูกประมวลผลเสร็จสิ้นก่อนการแพร่กระจายความร้อน ทำให้เกิดการประมวลผลแบบเย็น โดยทั่วไปจะเลือกแหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์ที่มีเอาต์พุตแสงเชิงพื้นที่ โดยมีค่าคุณภาพลำแสง M2 โดยทั่วไปน้อยกว่า 1.1 ซึ่งถือว่ามีคุณภาพลำแสงที่ดีเยี่ยม
b. ระบบขยายลำแสงและระบบปรับแนวลำแสงมักใช้เลนส์ขยายลำแสงแบบปรับกำลังขยายได้ (2X – 5X) โดยพยายามเพิ่มขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของลำแสงให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของลำแสงแปรผกผันกับจุดโฟกัส และโดยทั่วไปจะใช้สถาปัตยกรรมขยายลำแสงแบบกาลิเลียน
ค. ระบบโฟกัสโดยทั่วไปจะใช้เลนส์ F-Theta ประสิทธิภาพสูง (สำหรับการสแกน) หรือเลนส์โฟกัสแบบเทเลเซนทริก ระยะโฟกัสเป็นสัดส่วนกับจุดแสงที่โฟกัส และโดยทั่วไปจะใช้เลนส์ที่มีระยะโฟกัสสั้น (เช่น f = 50 มม., 100 มม.) ดังแสดงในรูปที่ 1: โดยทั่วไป เลนส์สนามจะใช้กลุ่มเลนส์หลายชิ้น (จำนวนเลนส์ ≥ 3) ซึ่งสามารถให้มุมมองภาพกว้าง รูรับแสงขนาดใหญ่ และค่าความคลาดเคลื่อนต่ำ เลนส์ออปติคอลทั้งหมดในที่นี้จำเป็นต้องคำนึงถึงขีดจำกัดความเสียหายของเลเซอร์ด้วย
d. ระบบออปติคอลสำหรับการตรวจสอบแบบโคแอกเซียล: ในระบบออปติคอลนั้น โดยทั่วไปจะมีการรวมระบบวิชั่นแบบโคแอกเซียล (CMOS) เข้าไปด้วย เพื่อการกำหนดตำแหน่งที่แม่นยำและการตรวจสอบกระบวนการแบบเรียลไทม์
2. การแปรรูปวัสดุขนาดใหญ่ ตัวอย่างการใช้งานทั่วไปของการแปรรูปวัสดุขนาดใหญ่ ได้แก่ การตัดแผ่นโลหะสำหรับยานยนต์ การเชื่อมแผ่นเหล็กตัวถังเรือ และการเชื่อมเปลือกหุ้มแบตเตอรี่ กระบวนการเหล่านี้ต้องการกำลังสูง ความสามารถในการทะลุทะลวงสูง ประสิทธิภาพสูง และความเสถียรในการประมวลผล
3. การผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุด้วยเลเซอร์ (การพิมพ์ 3 มิติ) และการเคลือบผิว การผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุด้วยเลเซอร์ (การพิมพ์ 3 มิติ) และการเคลือบผิว มักเกี่ยวข้องกับกระบวนการทั่วไปดังต่อไปนี้: การพิมพ์โลหะที่ซับซ้อนสำหรับอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ การซ่อมแซมใบพัดเครื่องยนต์ เป็นต้น
การคัดเลือกส่วนประกอบหลักมีดังต่อไปนี้:
ก. การเลือกใช้เลเซอร์: โดยทั่วไปแล้วเลเซอร์ไฟเบอร์กำลังสูงโดยทั่วไปจะเลือกใช้อุปกรณ์ที่มีกำลังไฟเกิน 500 วัตต์
ข. การปรับรูปร่างลำแสง: ระบบออปติคอลนี้จำเป็นต้องให้แสงที่มีลักษณะแบนราบ ดังนั้นการปรับรูปร่างลำแสงจึงเป็นเทคโนโลยีหลัก และสามารถทำได้โดยใช้ชิ้นส่วนออปติคอลแบบเลี้ยวเบน
ค. ระบบโฟกัส: กระจกและระบบโฟกัสแบบไดนามิกเป็นข้อกำหนดพื้นฐานในด้านการพิมพ์ 3 มิติ ในขณะเดียวกัน เลนส์สแกนต้องใช้การออกแบบแบบเทเลเซนทริกด้านวัตถุเพื่อให้มั่นใจถึงความสม่ำเสมอในการประมวลผลขอบและตรงกลาง