Progettazione dell'obiettivo F-θ per macchine per marcatura laser a CO₂ di grande formato

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Panoramica e Applicazioni della Tecnologia di Marcatura Laser

Ha sostanzialmente sostituito i tradizionali metodi di marcatura come la marcatura pneumatica. La marcatura laser è ampiamente utilizzata in numerosi settori, tra cui l'industria microelettronica, la produzione automobilistica, l'aerospaziale, il tessile e l'arte. Utilizza un fascio laser ad alta densità di energia che agisce sul bersaglio, provocando cambiamenti fisici o chimici nel materiale, creando così pattern e testi arbitrari con un'ottima uniformità sulla superficie del pezzo lavorato: questo è ciò che si intende per marcatura laser.

Importanza delle lenti f-theta e limiti dei prodotti esistenti

L'obiettivo f-theta è un componente fondamentale delle macchine per la marcatura laser e le sue prestazioni influenzano direttamente la qualità del processo di marcatura. Attualmente, numerose aziende in patria e all'estero sono impegnate nella ricerca e sviluppo di obiettivi f-theta. Ad esempio, la tedesca Rodenstock GmbH, Linos GmbH, la Singapore Wavelength Pte. Ltd. di Singapore e il Dipartimento di Elaborazione Ottica dell'Istituto di Ottica ed Elettronica, Accademia Cinese di Scienze (CASIOE), hanno tutti sviluppato le proprie serie di prodotti. Tuttavia, quando l'area di lavoro dei loro obiettivi f-theta raggiunge i 300 mm × 300 mm, la struttura tende ad essere relativamente complessa o l'obiettivo stesso diventa piuttosto spesso. Dal momento che Laser CO₂ emettono luce infrarossa con una lunghezza d'onda di 10,6 μm e i materiali infrarossi sono relativamente costosi, è necessario progettare nuovamente un obiettivo f-theta con struttura semplice e ampia area di lavoro.

Principio di funzionamento delle macchine per la marcatura laser

Il principio di funzionamento di una macchina per marcatura laser è il seguente: il laser incidente passa prima attraverso un sistema di scansione, e il fascio in uscita dal sistema di scansione viene focalizzato sul piano focale attraverso un sistema ottico, realizzando così la marcatura laser.

Schema di progettazione e prestazioni dell'obiettivo f-theta a due lenti

È stato progettato un obiettivo f-theta a due lenti. A parità di massima semplicità strutturale e sottigliezza dell'obiettivo, è stata aumentata l'area di scansione. La dimensione media dei punti luminosi del sistema a campo visivo zero, a 0,7 di campo visivo e a campo visivo pieno rientra tutti nei corrispondenti dischi di Airy. La curva MTF (Modulation Transfer Function) del sistema è vicina al limite di diffrazione, soddisfacendo così i requisiti di Macchine per marcatura laser a CO₂ per ottiche f-theta. I risultati di progettazione mostrano che, pur semplificando la struttura e riducendo i costi, questo sistema ottico f-theta raggiunge un'ampia area operativa, insieme a eccellenti prestazioni di campo piatto caratterizzate da una buona capacità di messa a fuoco e bassa distorsione.

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