Design von F-θ-Linsen für Großformat-CO₂-Laserbeschriftungsmaschinen

​

Überblick und Anwendungen der Lasermarkierungstechnologie

Es hat im Grunde die traditionellen Kennzeichnungsmethoden wie die pneumatische Kennzeichnung ersetzt. Die Laserbeschriftung wird in zahlreichen Bereichen eingesetzt, darunter die Mikroelektronikindustrie, die Automobilfertigung, Luft- und Raumfahrt, Textilien und Kunst. Dabei wird ein Laserstrahl mit hoher Energiedichte auf das Zielobjekt gerichtet, wodurch physikalische oder chemische Veränderungen im Material verursacht werden. Auf diese Weise lassen sich beliebige Muster und Texte mit hervorragender Konsistenz auf der Oberfläche des Werkstücks erzeugen – dies ist das, was als Laserbeschriftung bekannt ist.

Bedeutung von f-theta Linsen und Grenzen bestehender Produkte

Das f-theta-Objektiv ist ein zentrales Bauteil von Laserbeschriftungsmaschinen, und seine Leistungsfähigkeit beeinflusst direkt die Qualität des Beschriftungsprozesses. Derzeit gibt es zahlreiche Unternehmen im In- und Ausland, die sich mit der Forschung und Entwicklung von f-theta-Objektiven beschäftigen. Beispielsweise haben Rodenstock GmbH und Linos GmbH aus Deutschland, die Singapore Wavelength Pte. Ltd. aus Singapur sowie die Abteilung für Optische Bearbeitung am Institut für Optik und Elektronik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CASIOE) jeweils eigene Produktserien entwickelt. Allerdings wird bei den f-theta-Objektiven, sobald der Arbeitsbereich 300 mm × 300 mm erreicht, die Struktur vergleichsweise komplex oder die Objektive selbst werden recht dick. Da CO₂-Laser infrarotes Licht mit einer wellenlänge von 10,6 μm aussenden, und infrarotmaterialien vergleichsweise teuer sind, ist es notwendig, ein f-theta-objektiv mit einfacher struktur und großem arbeitsbereich neu zu konzipieren.

Arbeitsprinzip der Lasermarkierungsmaschinen

Das Arbeitsprinzip einer Lasermarkiermaschine ist wie folgt: Der einfallende Laser durchläuft zunächst ein Scansystem, und der aus dem Scansystem austretende Strahl wird durch ein optisches System auf der Fokusebene fokussiert, wodurch die Lasermarkierung realisiert wird.

Konzept und Leistungsmerkmale der Zweilinsen-f-theta-Linse

Eine Zweilinsen-f-theta-Linse wurde konzipiert. Unter den Bedingungen einer maximalen strukturellen Einfachheit und einer dünnen Linse wurde die Scanfläche vergrößert. Die durchschnittlichen Lichtflecken des Systems bei Null Gesichtsfeld, 0,7 Gesichtsfeld und vollem Gesichtsfeld liegen jeweils innerhalb der entsprechenden Airy-Scheiben. Die MTF-Kurve (Modulation Transfer Function) des Systems liegt nahe am Beugungsgrenzwert und erfüllt damit die Anforderungen. CO₂-Lasermarkiermaschinen für f-theta-Linsen. Die Designergebnisse zeigen, dass dieses f-theta-Linsensystem bei vereinfachter Struktur und reduzierten Kosten einen großen Arbeitsbereich sowie hervorragende Flachfeld-Eigenschaften erreicht, gekennzeichnet durch gute Fokussierfähigkeit und geringe Verzerrung.

​