یادداشت کاربردی دربارهٔ لنز همگراساز (focus lens) لیزرهای CO2

لنز چیست؟

لنز همگراکننده، که از این به بعد به آن به اختصار لنز می‌گوییم، یک قطعهٔ اپتیکی است که دسته پرتو ورودی را در یک نقطه همگرا می‌کند. این محدوده جایی است که بیش‌ترین چگالی انرژی لیزر در آن متمرکز است. یک لنز با پنج مشخصهٔ اصلی زیر شناخته می‌شود.

فاصلهٔ کانونی (EFL)، فاصلهٔ نقطهٔ همگرایی از محور اپتیکی لنز
هندسه (GEOMETRY)، که بسته به انحنای دو سطح لنز تعیین می‌شود و عمدتاْ در دو نوع تخت-کوژ (PLANO-CONVEX) و هلالی مثبت (POSITIVE MENISCUS) تراشیده می‌شود؛ بنگرید شکل ۱ را.

شکل۱- شکل دو نوع لنز مرسوم در ماشین‌آلات لیزر دی اکسید کربن برش فلزات

لایه‌نشانی (COATING)، به منظور کاهش جذب پرتو لیزر در لنز مواد فلزی یا دی‌الکتریک خاصی روی سطح لنز لایه‌گذاری می‌شود.
قطر (DIA)، بنگرید شکل ۲ را.
ضخامت لبه (ET)، بنگرید شکل ۲ را.

شکل۲- مشخصات اصلی یک لنز

نحوهٔ سفارش‌گذاری

فاصلهٔ کانونی (EFL)، لنزهای لیزرهای دی اکسیدکربن برش فلزات با فواصل کانونی ۲.۵، ۳.۷۵، ۵، ۷.۵ و ۱۰ اینچ مورد استفاده هستند. بیش‌تر لیزرهای صنعتی هد برش خود را طوری طراحی می‌کنند که دست‌کم امکان استفاده از لنزهای ۵ و ۷.۵ اینچ فراهم باشد و جداول برش متناسب با این دو نوع لنز تنظیم می‌شوند. استفاده از لنز با فواصل کانونی بلند برای برش ورق‌های ضخیم ارجحیت دارد و فواصل کانونی کوتاه برای برش ورق‌های نازک. معمولاْ با افزایش فاصله کانونی یک لنز طول عمر آن لنز به علت در امان ماندن از پاشش مواد مذاب و گازهای برخاسته از منطقهٔ برش افزایش می‌یابد.
هندسه (GEOMETRY)، به طور کلی لنزهای هلالی (MENISCUS) قطر لکهٔ کوچک‌تر (چگالی انرژی بیش‌تر) و در نتیجه پهنای برش کم‌تری ایجاد می‌کنند. در نتیجه در برش ورق‌های نازک کیفیت و سرعت برش بیش‌تری با لنزهای هلالی نسبت به لنزهای تخت-کوژ به دست می‌آید. لنز تخت-کوژ قطر لکهٔ بزرگ‌تری ایجاد می‌کند که سبب افزایش پهنای برش و در نتیجه افزایش عمق نفوذ گاز کمکی در منطقهٔ برش می‌شود و این در مواردی کیفیت برش بهتری را نتیجه می‌دهد، اما از آن‌جا که خطاهای اپتیکی (ABERRATION) لنز هلالی نسبت به لنز تخت-کوژ کم‌تر است در برش مواد ضخیم ترجیح در استفاده از لنز هلالی با فاصلهٔ کانونی بالاتر است که هم قطر لکهٔ بزرگ‌تری را سبب می‌شود و هم خطای کم‌تری در هندسه لکه وجود پدید می‌آورد.
لایه‌نشانی ((COATING، بسته به طول موج لیزری که قرار است پرتو آن بر لنز بتابد لنزها باید لایه‌نشانی شوند. طول موج لیزرهای دی‌اکسید کربن ۱۰.۶ میکرون است. لنزهای مناسب این طول موج استیکر coated @ 10.6 را بر روی خود دارند. بسته به تکنیک به‌کارگیری شده و نوع ماده مورد استفاده در فرآیند لایه‌نشانی میزان جذب پرتو لیزر در لنزها متفاوت است. لنزهایی که کارخانجات معتبر می‌سازند معمولاْ جذبی حدود ۰.۱-۰.۲ درصد دارند. در لیزرهای CO2 با توان ۴ کیلووات و بیش‌تر ارجحیت آن است که لنزهای بسیار کم جذب، حدود ۰.۱ درصد، استفاده شود که نسبت به لنزهای استاندارد حدود ۵۰٪ گران‌ترند، اما طول عمر طولانی‌تر و عملکرد پایدارتری دارند.
قطر (DIA)، بسته به قطر پرتو ورودی و اختلاف راه نوری که خود تابعی از ابعاد دستگاه و مکانیزم تصحیح آن است تعیین می‌شود. ۱.۱، ۱.۵، ۱.۷۵ و ۲ اینچ رایج‌ترین قطرهای موجود است که در این میان قطر۱.۵ اینچ خود رایج‌ترین قطر مورد استفاده در ماشین‌های لیزر برش فلزات است.
ضخامت لبه (ET)، میزان فشار گاز کمکی برش به ضخامت لبه لنز بستگی دارد. اگر قصد دارید از لنزی با ضخامت لبه متفاوت در دستگاه لیزر خود استفاده کنید دو ملاحظه وجود دارد: فشار گاز و جاگذاری. غالب هولدرهای لنزها میزان رواداری مشخصی برای استفاده از ضخامت لبه‌های مختلف درنظر می‌گیرند. اما هولدرهایی با قرارگاه سخت این اجازه را به شما نمی‌دهند.

در صورت نیاز به استفاده از لنزی با ضخامت مختلف لنز اصلی دستگاه خود با لیزرمیزر مشورت کنید.