Návrh F-θ objektivu pro CO₂ laserové značící stroje velkého formátu

Přehled a aplikace technologie laserového označování

V podstatě nahradila tradiční způsoby značení, jako je pneumatické značení. Laserové značení se široce používá v mnoha oblastech, včetně mikroelektronického průmyslu, automobilové výroby, leteckého a kosmického průmyslu, textilního průmyslu a výtvarného umění. Využívá laserový paprsek s vysokou hustotou energie, který působí na cíl a způsobuje fyzikální nebo chemické změny materiálu, čímž vznikají libovolné vzory a texty s vynikající shodností na povrchu obrobku – to je známé jako laserové značení.

Význam f-theta objektivů a omezení stávajících produktů

F-theta objektiv je klíčovou součástí laserových gravírovacích strojů a jeho výkon přímo ovlivňuje kvalitu gravírovacího procesu. V současné době existuje mnoho firem doma i v zahraničí, které se zabývají výzkumem a vývojem f-theta objektivů. Například německá firma Rodenstock GmbH, Linos GmbH, společnost Singapore Wavelength Pte. Ltd. ze Singapuru a Oddělení optického zpracování při Ústavu fyziky plazmatu, Čínská akademie věd (CASIOE) všechny vyvinuly své vlastní řady produktů. Nicméně, jakmile dosáhne pracovní plocha jejich f-theta objektivů velikosti 300mm×300mm, bývá jejich konstrukce poměrně složitá nebo samotné objektivy jsou velmi tlusté. Protože CO₂ lasery vydávají infračervené světlo o vlnové délce 10,6μm a infračervené materiály jsou poměrně nákladné, je nutné znovu navrhnout f-theta objektiv s jednoduchou konstrukcí a velkou pracovní plochou.

Pracovní princip laserových značkových strojů

Princip činnosti laserového gravírovacího stroje je následující: dopadající laser nejprve prochází skenovacím systémem a výstupní paprsek ze skenovacího systému je následně pomocí optického systému soustředěn do ohniskové roviny, čímž je dosaženo laserového gravírování.

Návrhové řešení a výkon dvoučočkového f-theta objektivu

Byl navržen dvoučočkový f-theta objektiv. Za podmínek maximálního zjednodušení konstrukce a dosažení co nejmenší tloušťky čoček byla zvětšena skenovací oblast. Průměrné světelné skvrny systému v nulovém zorném poli, v zorném poli 0,7 a v plném zorném poli všechny zůstávají uvnitř odpovídajících Airyho disků. MTF (Modulační přenosová funkce) křivka systému je blízká difrakčnímu limitu, což splňuje požadavky na CO₂ laserové gravírovací stroje pro objektivy f-theta. Výsledky návrhu ukazují, že při zjednodušení konstrukce a snížení nákladů tento objektivový systém f-theta dosahuje velké pracovní plochy, a to spolu s vynikajícími vlastnostmi rovinného pole, které se vyznačují dobrým zaostřováním a nízkou distorzí.