Без оптики не существует ни одной лазерной системы! То, что может показаться удивительным для неспециалиста, является само собой разумеющимся для эксперта. Эксперт знает, что излучение лазерного источника само по себе неспособно инициировать технологический процесс.

Диодные лазеры и их применение — часть 7: Формирование луча

То, что испускает источник, — это концентрированная энергия, которую необходимо направить в нужное русло. Ключевое слово здесь — формирование луча, и без оптики здесь не обойтись. Диодные лазеры не исключение. Они не могут быть направлены прямо на изделие без использования оптики, даже если речь идет о волоконных системах. Волокно лишь доставляет луч к изделию, но, как правило, не формирует его, если только не используются специальные волоконные оптические элементы. Однако это уже совсем другая тема.

В коммерческих диодных лазерных системах формирование луча осуществляется с помощью оптической системы, состоящей из линз и зеркал — так называемой технологической оптики. Как следует из названия, эти оптические элементы придают лучу форму, подходящую для запланированной обработки материала. Иными словами, они превращают поток энергии, исходящий из источника, в луч, с которым пользователь может реально работать. Здесь важны два момента. Во-первых, луч должен быть подходящим для сварки, пайки, упрочнения или нанесения покрытия. Во-вторых, его параметры должны соответствовать особенностям обрабатываемой детали.

Классический пример

Рассмотрим классический пример. Луч, предназначенный для упрочнения, должен быть особенно однородным. Поэтому оптика должна обеспечивать максимально равномерное распределение энергии. Для этого существуют специальные гомогенизирующие оптические элементы, которые дополнительно оптимизируют и без того однородный диодный лазерный луч. Кроме того, необходимо правильно подобрать размер пятна. Например, если упрочняется кулачок, размер пятна не должен превышать ширину самой детали, иначе обработка окажется неэффективной. За это также отвечает оптика. Она регулирует размер пятна, а при необходимости делает это и в процессе работы. Компания Laserline предлагает моторизованные зум-оптики, которые позволяют изменять размер пятна непосредственно в ходе обработки, обеспечивая идеальное соответствие.

Геометрия

Важна не только величина, но и геометрия пятна. Возникает вопрос: должно ли пятно быть прямоугольным, круглым или линейным? Значение этой характеристики проявляется, например, при нанесении покрытий. Здесь часто применяются широкие прямоугольные пятна, обеспечивающие эффективную обработку с высокой производительностью. Однако при обработке тонких и остро заточенных деталей, как, например, машинных ножей, широкое пятно может передавать слишком много энергии, из-за чего самозакаливание становится невозможным, а режущая кромка может оплавиться. Те, кто используют узкие, сфокусированные круглые пятна и только на мощные поверхности направляют широкий луч, получают явное преимущество. Кроме того, важно иметь возможность гибко переключаться между двумя формами пятна. Высококачественная оптика, как у Laserline, позволяет реализовать такую гибкость.

Разделение луча с помощью многоточечной оптики

Есть и особые случаи, когда одного хорошо сформированного луча оказывается недостаточно. Например, при пайке горячекатаных оцинкованных листов процессы с обычным пятном настолько нестабильны, что приходится снижать скорость работы, чтобы уменьшить количество брызг до приемлемого уровня. Решением стала отмеченная наградами инновация Laserline: разделение луча с помощью многоточечной оптики. Такая система превращает классический круглый или широкий луч в основной пятно с двумя предваряющими пятнами, которые удаляют цинковое покрытие в зоне шва, стабилизируя процесс.

Список примеров можно было бы продолжить, но уже сейчас очевидно, почему мы утверждаем: без оптики не существует лазерных систем! Без нее просто невозможно обойтись, поскольку спектр применений слишком сложен и разнообразен. И разве не жаль было бы не воспользоваться всеми возможностями? Конечно, теоретически можно просто зафиксировать волокно рядом с деталью, немного подкрутить ручку на источнике излучения, и что-то произойдет. Но, как говорили древние: «Quidquid agis, prudenter agas et respice finem» — что бы ни делал, делай с умом и думай о результате.