Kimla.pl Kimla.pl Kimla.pl
>>start /Głowice światłowodowe

Głowice światłowodowe

Historia
Pierwsze głowice tnące do laserów światłowodowych powstały poprzez zmodyfikowanie głowic do laserów CO2 przez dodanie do nich soczewki kolimatora. W laserach CO2  do głowicy dochodzi wiązka równoległa o średnicy ok 10mm. Należy ją tylko skupić do czego wystarcza jedna soczewka skupiająca. Lasery światłowodowe na wyjściu światłowodu emitują wiązkę rozbieżną, dlatego potrzebny jest dodatkowo kolimator, który zamienia wiązkę rozbieżną na równoległą.
Dopiero za kolimatorem można umieścić soczewkę skupiającą promień lasera na powierzchni materiału.
Były to głowice o ograniczonym zakresie regulacji ogniskowej ponieważ do jej ustawiania używano soczewki skupiającej, tak jak to miało miejsce w laserach CO2. Dopiero kolejne konstrukcje głowic miały możliwość regulacji ogniskowej za pomocą kolimatora co znacznie rozszerzyło zakres regulacji umożliwiając cięcie grubszych materiałów.
Głowica lasera światłowodowego inaczej niż przy laserach CO2 ma dodatkowe okno pomiędzy soczewką skupiającą i dyszą co pomaga w zabezpieczeniu soczewki przez zanieczyszczeniami i odpryskami stopionego materiału, które mogły by dostać się poprzez dyszę do głowicy.

Soczewki
Soczewki w głowicach laserów wykonane są ze szkła kwarcowego o bardzo wysokiej czystości. Większość soczewek optycznych to soczewki sferyczne stosunkowo łatwe w produkcji ale posiadające aberacje sferyczne, które wymagają skompensowania. Dlatego zarówno soczewka skupiająca jak i soczewka kolimatora jest w rzeczywistości często zespołem soczewek a nie pojedynczą soczewką. Zamiast zespołów soczewek sferycznych można stosować pojedyncze soczewki asferyczne, jednak są one trudniejsze do wykonania i droższe.
Promieniowanie świetlne padające na powierzchnię soczewki częściowo się od niej odbija co powoduje straty mocy. Od każdej powierzchni szklanej odbija się ok 4% mocy. W głowicach laserów światłowodowych jest od 6 do 14 powierzchni szklanych przez które musi przejść światło dlatego w normalnych warunkach w głowicy mogła by być tracona nawet połowa mocy. Rozwiązaniem tego problemu są specjalne pokrycia antyodblaskowe, które redukują odbicie od pojedynczej powierzchni nawet do 0.1%. W związku z tym bardzo ważne jest aby stosować soczewki tylko najwyższej jakości z wysokosprawnymi powłokami antyrefleksyjnymi.

Czujniki

Elementy eksploatacyjne
Głowice laserów są precyzyjnymi i delikatnymi przyrządami optycznymi, które wymagają utrzymywania ich we właściwej kondycji. Najczęściej wymieniane elementy eksploatacyjne to dysza, izolator ceramiczny oraz okno zabezpieczające. Są to podzespoły, które wymieniane są w przypadku zużycia przez operatora. Żywotność soczewek w pewnym stopniu zależy od mocy lasera, ale istotny wpływ ma również czystość przy wymianie okna zabezpieczającego. W przypadku konieczności wymiany soczewek należy skorzystać z serwisu dostawcy, jednak istnieje możliwość przygotowania użytkownika do samodzielnej ich wymiany.
Ogniskowe
Głowice mogą być wyposażone w soczewki skupiające o różnych długościach ogniskowych w zależności od potrzeb użytkownika. Przy cienkich materiałach i niewielkich mocach stosuje się ogniskową 125mm. Pozwala one na cięcie w zależności od mocy materiałów do 15mm. Dłuższa ogniskowa 150mm jest najbardziej uniwersalnym wyborem i jest stosowana przy cięciu materiałów do 20mm. Ogniskowe 175 i 200mm są stosowane wyłącznie przy dużych mocach i cięciu materiałów powyżej 20mm. Należy jednak pamiętać, że przy zwiększaniu długości ogniskowej w związku z większą średnicą skupionego promienia spada nieco wydajność cięcia materiałów cienkich. Dostępne są również głowice ze zmienną długością ogniskowej, jednak są to głowice droższe w zakupie i w eksploatacji ze względu na znacznie bardziej rozbudowaną konstrukcją i większą ilość soczewek.

Złącza
Złącza światłowodowe używane w głowicach laserowych powinny być wykonane w taki sposób aby zapewnić stabilne połączenie mechaniczne, pyłoszczelność, oraz skuteczne rozpraszania światła odbitego. Dobre złącze światłowodowe jest wyposażone w chłodzenie cieczą i może rozproszyć nawet do 6kW mocy odbitej. Umożliwia to cięcie materiałów silnie refleksyjnych takich jak miedź czy mosiądz.

HSU
Aby proces cięcia mógł przebiegać poprawnie, punkt skupienia wiązki musi znajdować się w konkretnej odległości od powierzchni materiału. Nawet niewielkie zmiany odległości dyszy od materiału mogą spowodować pogorszenie jakości cięcia. Dlatego bardzo ważne jest odpowiednie sterowanie wysokością głowicy aby odległość dyszy od materiału była zawsze taka sama niezależnie od fałd czy nierówności na jego powierzchni. Najpowszechniej używany jest pojemnościowy pomiar odległości. Pojemność pomiędzy dyszą a materiałem przeliczana jest na odległość i  na podstawie tej wartości korygowana jest pozycja głowicy. Niezwykle istotna jest szybkość działania tego układu ponieważ przy zbyt wolnej regulacji głowica przy szybkich ruchach może nie nadążać za krzywizną materiału.

Zabezpieczenia
Dla utrzymania głowicy w optymalnym stanie należy na bieżąco ją monitorować. Jest to istotne szczególnie przy większych mocach lasera, gdzie niewykrycie na czas drobnego uszkodzenia może spowodować większa awarię. W nowoczesnych głowicach służą do tego czujniki kontrolujące istotne parametry pracy. Czujniki temperatury mierzą niezależnie temperatury soczewek, okna ochronnego czy dyszy, a okno ochronne jest monitorowane pod kątem obecności i poziomu zanieczyszczeń. Ponadto monitorowany jest stan uszczelnienia okna ponieważ w przypadku przecieków gazu tnącego do wnętrza głowicy mogłoby dojść do uszkodzenia optyki. Przydatne jest również monitorowanie ilości światła odbitego co pomaga w wykrywaniu zakończenia procesu przebijania. Tak duża ilość monitorowanych parametrów może wydawać się przesadą, ale jest to niezbędne dla zapewnienia stabilnej i długotrwałej pracy głowicy.