Optiken / Strahlführung

Grundlegende Verfahren der Strahlführung

folgende Verfahren find bei den meisetn Lasern Anwendung

Es gibt zwei grundlegend verschiedene Verfahren den Laserstrahl umzulenken. Die "fliegende Optik" sowie die Ablenkung mit Galvanometer - auch Scanner genannt.

Fliegende Optik

Unsere CO2 Flachbettlaseranlagen ILS 2, V2000, V3000, ILS 3 NM, iLaser3000, iLaser4000 verfügen über diese fliegende Optik.

Bei diesem Lasersystemen wird der Laserstrahl über ein Spiegelsystem zum Laserinnenraum gelenkt. Im Laserinnenraum befindet sich ein Führungssystem mit 2 linearen Achsen, X und Y die im 90Grad Winkel zueinander angeordnet sind (Plottersystem). Der Laserstrahl ist so ausgereichtet, dass dieser genau parrallel zu den Führungen verläuft. Am Laserkopf selbst wird der Laserstrahl mit einem Spiegel in 45Grad Anordnung durch eine Fokuslinse senkrecht auf den Maschinentisch umgelenkt. Auf diese Weise kann der Laserstrahl auf jeden Punkt des Arbeitstisches gelenkt werden, wobei der Laserstrahl senkrecht auf die Werkstückoberfläche auftrifft.

Wichtig bei diesen Systemen ist eine gute Strahlführung mit Strahlaufbereitung die dafür sorgt, das die Laserpunktgröße im Brennpunkt der Fokuslinse nicht zu stark variiert. Dies würde zu unterschiedlichen Laserergebnissen führen, je nachdem in welchem Bereich des Arbeitsfelds man gerade arbeitet. (Nähreres dazu im Bereich Beamexpander).

Die große Anzahl von Spiegeln (mindestens 3 - in der Regel 5) erfordert eine Auswahl von qualitativ hochwertigen Spiegel mit sehr hoher Reflexionsrate.

Mit unterschiedlichen Fokuslinsen (wir bieten 1.5", 2.0", 2.5", 3.0", 4.0" an) kann die Brennweite (Arbeitsdistanz) variiert werden. Die Wahl der Fokuslinse entscheidet darüber wie groß der Laserpunkt im Brennpunkt ist und wie groß die Tiefenschärfe (max. Abweichung von Höhenunterschieden der Werkstückoberfläche) des Arbeitsstrahls ist. Generell gilt - je länger die Fokuslänge desto größer der Laserpunkt im Brennpunkt und desto größer die Tiefenschärfe. Der Strahldurchmesser am Fokuslinseneingang hat zusätzlich sehr großen Einfluss auf die Laserpunktgröße (siehe Beamexpander), weshalb grosse Aperturen verwendet werden sollten.

Die sphärische Abweichung der Fokuslinse spielt natürlich eine enorm wichtige Rolle. Billiglinsen sehen auf den ersten groben Blick nicht viel anders aus als teure Linsen. Jedoch ist die Genauigkeit des Schliffs schon ein grosser Unterschied. Die Linsen sollten auch mit einer Antireflexschicht für 10,6 µm Wellenlänge beschichtet sein

Eigenschaften dieser Systeme

• sehr großes Arbeitsfeld möglich
• sekrecht ausgerichteter Laserstrahl zum schneiden
• relativ günstige Fokuslinsen (Austausch sehr einfach)
• geringere Verfahrgeschwindigkeit als Galvo-System

Zu beachten ist: Ausserhalb dieses Brennpunktbereiches, der je nach verwendeter Optik verschieden groß sein kann, weitet sich der Strahl wieder aus und enthält ab einem bestimmten Punkt nicht mehr genug Energie um das Material abzutragen oder zu verdampfen und ist somit unbrauchbar. Die Länge des Fokusbereiches (Tiefenschärfe) ist nicht wie oft angenommen beliebig groß. Auch ist der Laserstrahl kein Strahl der entlang der ganzen Bearbeitungsfläche parallel mit kleinstem Durchmesser geführt wird. Je nach verwendeter Optik kann die Tiefenschärfe sehr stark variieren. Bei den meist verwendeten Systemen kann dieser Bereich zwischen 0,5 mm bis zu 10mm liegen. Hier ist zu beachten, dass es sehr viele Anwendungen gibt wo eine große Tiefenschärfe unabdingbar ist; wenn z. Bsp. die Werkstückoberflächen die zu bearbeiten sind nicht exakt gerade ausgerichtet werden können oder die Oberflächen uneben sind (Glasgravuren, Rundgravuren, gebogene Oberflächen u.s.w.). Hier führt eine zu kleine Tiefenschärfe oft dazu, dass die Gravur nicht gleichmäßig ist oder gar an den Grenzwerten unbrauchbar ist.

Scannerkopf / Galvanometer

Unsere verfügbaren Laser mit Galvokopf: VIS, ALPHA, Opera, Regina, Omega, Superior

           

Der Scannerkopf (Galvanometer) lenkt den Laserstrahl über zwei in 90 Grad angeordnete Spiegel ab.. Durch kippen der Spiegel kann der Strahl so über eine Planfeldlinse an jede Position innerhalb des Arbeitsfelds gebracht werden. Die geringe Masse der Spiegel ermöglichen eine extrem schnelle Bearbeitungsgeschwindigkeit. (Beispiel: 900 Zeichen je Sekunde bei 1mm hoher einkonturigen Vektor) Aufgrund dieser extrem schnellen Positionierungsmöglichkeit werden hier meisten Vektoren gefahren. Bei der fliegenden Optik ist dies aufgrund der relativ großen Masse des Laserkopfes sehr ungünstig.

Diese Systeme werden vorzugsweise bei YAG Lasern eingesetzt. Das Arbeitsfeld ist hier typischerweise zwischen 60x60 und 210x210mm. Größere Bearbeitungsbereiche sind durch Einsatz optionaler Zubehörteile (Kreuztisch u.s.w.) möglich.

         

Die Positionierauflösung auf dem kleinen Arbeitsfeld ist extrem hoch und eignet sich daher auch für extrem kleine und präzise Beschriftungen/Markierungen. Der Scannerkopf kann mit verscheidenen Wellenlängen eingesetzt werden. CO2, YAG, Green Light und UV Laser.Aufgrund der kurzen Wellenlänge werden für YAG Laser fast nur mit Galvoeinheiten eingesetzt. Es gibt zwar Systeme die mit dem Prinzip der fliegenden Optik und Faserlaser arbeiten. Jedoch ist aufgrund des 10mal kleinere Laserpunktes als bei CO2 und der daraus resultierenen erforderliche hohen Auflösung (Überlappung der Bahnen)davon abzuraten, da die Bearbeitungszeit zu lang wird.

Eigenschaften dieser Systeme

• extrem hohe Geschwindigkeit
• extrem genaue Positionierung
• kleinste Schriftgrößen möglich
• kompakte Baugröße (VIS 8Kg als Komplettgerät)
• Möglichkeiten zur Prozessintegration
• kleineres Arbeitsfeld
• kein senkrechter Starhlaustritt (nur mit telezentrsicher Linse möglich)