เลเซอร์แบบบังคับลำแสง

เลเซอร์แบบบังคับลำแสง

ประเด็นสำคัญ

• กระจกเป็นส่วนที่เคลื่อนที่ ไม่ใช่เลเซอร์หรือชิ้นงาน ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้การมาร์กความเร็วสูงเป็นไปได้
• กัลวาโนมิเตอร์สองตัว ตัวละหนึ่งแกน ทำให้ลำแสงเคลื่อนที่ภายในพื้นที่มาร์กได้
• เลนส์ระนาบโฟกัสแบนรวมลำแสงเพื่อให้ได้ความหนาแน่นกำลังสูงตลอดทั้งพื้นที่
• ความเร็วในการสแกน มุมมองของพื้นที่ และคุณภาพลำแสง เป็นข้อจำกัดสามประการที่กำหนดขีดความสามารถของสแกนเฮด

เลเซอร์แบบบังคับลำแสง

ระบบมาร์กด้วยเลเซอร์แบบบังคับลำแสงเคลื่อนจุดเลเซอร์ที่โฟกัสแล้วผ่านชิ้นงานที่อยู่นิ่ง โดยใช้กระจกควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ที่เคลื่อนที่รวดเร็ว แทนการเคลื่อนชิ้นงานหรือตัวเลเซอร์เอง กระจกน้ำหนักเบาสองบานที่ติดตั้งบนมอเตอร์กัลวาโนมิเตอร์เบี่ยงลำแสงในแนวแกน X และ Y ส่วนเลนส์ระนาบโฟกัสแบนช่วยให้ลำแสงโฟกัสได้ตลอดพื้นที่มาร์ก ชิ้นงานอยู่นิ่ง มีเพียงลำแสงที่เคลื่อนที่

นี่คือสถาปัตยกรรมเบื้องหลังระบบมาร์กอุตสาหกรรมสมัยใหม่เกือบทั้งหมด และเป็นเหตุผลที่การมาร์กด้วยเลเซอร์ใช้งานได้จริงในการผลิตความเร็วสูงตั้งแต่แรก

หลักการทำงานของชุดแสง

• ตัวขยายลำแสง (Beam expander) ขยายลำแสงดิบเพื่อให้เลนส์โฟกัสสร้างจุดที่เล็กลงได้ เพราะลำแสงที่ใหญ่กว่าเมื่อถึงเลนส์จะโฟกัสได้แหลมคมกว่า
• กระจกกัลวาโนมิเตอร์แกน X และ Y เป็นกระจกที่มีความเฉื่อยต่ำมาก ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์กัลโวแบบวงปิด สามารถเปลี่ยนตำแหน่งได้ในเวลาเสี้ยวมิลลิวินาที
• เลนส์ F-theta เป็นชิ้นส่วนสำคัญที่สุด เลนส์ทั่วไปโฟกัสลงบนพื้นผิวโค้ง ทำให้รอยมาร์กเบลอเมื่ออยู่ห่างจากศูนย์กลาง เลนส์ F-theta ได้รับการแก้ไขให้ระนาบโฟกัสแบน และให้ระยะเคลื่อนที่แปรผันเชิงเส้นตามมุมสแกน จึงรักษารูปทรงไม่ให้บิดเบี้ยว

ขนาดพื้นที่ ขนาดจุด และการแลกเปลี่ยนระหว่างกัน

ความยาวโฟกัสของเลนส์ F-theta เป็นตัวกำหนดพื้นที่มาร์ก และไม่สามารถเลือกได้โดยปราศจากผลกระทบ

พื้นที่ที่ใหญ่ขึ้นต้องแลกกับความละเอียดและความหนาแน่นกำลังเสมอ เนื่องจากความเข้มรังสีคือกำลังหารด้วยพื้นที่จุด จุดที่ใหญ่ขึ้นจึงกระจายกำลังวัตต์เท่าเดิมให้บางลง ซึ่งสำหรับพอลิเมอร์ที่ดูดกลืนพลังงานได้เพียงเล็กน้อยอาจเป็นความต่างระหว่างการเกิดรอยมาร์กกับไม่เกิดรอยเลย การกำหนดพื้นที่ใหญ่เกินจำเป็น "เพื่อความยืดหยุ่น" เป็นความผิดพลาดที่พบบ่อยและสิ้นเปลือง

แกนที่สามและการโฟกัสแบบไดนามิก

ระบบสองแกนมาตรฐานมาร์กบนระนาบเรียบ การเพิ่มโมดูลโฟกัสแบบมีมอเตอร์ก่อนถึงกัลโว ซึ่งเป็นแกนที่สาม ทำให้ปรับความสูงโฟกัสได้ขณะทำงาน จึงมาร์กชิ้นงานพลาสติกที่มีรูปทรงโค้ง เป็นขั้น และทรงกระบอกให้โฟกัสคมชัดตลอดได้ สำหรับชิ้นส่วนขึ้นรูปที่มีมุมเอียงหรือความโค้งมาก สิ่งนี้มักจำเป็นอย่างยิ่งมากกว่าเป็นทางเลือก

พารามิเตอร์ที่ผู้ปฏิบัติงานควบคุม

• ความเร็วมาร์ก คืออัตราการเคลื่อนของกระจก ซึ่งร่วมกับกำลังและอัตราการเกิดซ้ำ กำหนดพลังงานที่ส่งต่อหน่วยความยาว
• ความเร็วการกระโดดและค่าหน่วงเวลา คือความเร็วที่ลำแสงเปลี่ยนตำแหน่งระหว่างส่วนที่มาร์ก ค่าหน่วงการกระโดด การมาร์ก และโพลีกอนที่ไม่ถูกต้องทำให้เกิดข้อบกพร่องคลาสสิก ได้แก่ มุมไหม้ จุดเริ่มต้นและปลายเส้นที่โค้งมน
• รูปแบบแฮตช์และระยะห่างเส้น สำหรับพื้นที่แบบเติมเต็ม ควบคุมทั้งลักษณะที่ปรากฏและความร้อนสะสม
• ค่าเยื้องโฟกัส การทำให้ลำแสงเบลอโดยตั้งใจบางครั้งใช้เพื่อขยายจุดและทำให้รอยมาร์กนุ่มนวลขึ้น

สำหรับพลาสติก พารามิเตอร์เวลาเหล่านี้สำคัญกว่าในโลหะ เพราะพอลิเมอร์ทนต่อการสะสมความร้อนเฉพาะจุดที่เกิดจากการตั้งค่าหน่วงเวลาไม่เหมาะสมได้น้อยกว่ามาก แนวทางแก้ปัญหารวบรวมไว้ในการแก้ปัญหาที่พบบ่อยในการแกะสลักพลาสติกด้วยเลเซอร์

ค่าหน่วงเวลาและสาเหตุที่รอยมาร์กบิดเบี้ยว

กระจกกัลวาโนมิเตอร์มีมวล จึงตอบสนองช้ากว่าสัญญาณคำสั่ง สแกนเฮดทุกตัวจึงมีชุดพารามิเตอร์หน่วงเวลาเพื่อประสานการยิงเลเซอร์กับการเคลื่อนของกระจก การตั้งค่าเหล่านี้เป็นสาเหตุของข้อบกพร่องด้านรูปทรงส่วนใหญ่ของรอยมาร์ก และมักถูกปล่อยไว้ที่ค่าเริ่มต้นจากโรงงาน

ค่าเหล่านี้สัมพันธ์กับความเร็วมาร์ก สูตรที่ปรับไว้ที่ความเร็วหนึ่งจะเกิดข้อบกพร่องที่มุมและปลายเส้นเมื่อความเร็วเปลี่ยน ควรปรับค่าหน่วงเวลาใหม่ทุกครั้งที่ความเร็วมาร์กเปลี่ยนอย่างมีนัยสำคัญ ไม่ควรถือเป็นค่าคงที่ของเครื่อง

การสอบเทียบพื้นที่และการแก้ไขความเพี้ยน

เลนส์ F-theta แปลงมุมเบี่ยงของกระจกให้เป็นระนาบโฟกัสแบน แต่การแปลงนี้ไม่เคยสมบูรณ์แบบ และแย่ลงเมื่อเข้าใกล้ขอบพื้นที่

• ไฟล์แก้ไขเฉพาะกับเลนส์แต่ละตัว สแกนเฮดใช้ตารางแก้ไขความเพี้ยนที่ตรงกับเลนส์ที่ติดตั้ง การเปลี่ยนความยาวโฟกัสโดยไม่โหลดไฟล์ที่ตรงกันทำให้รอยมาร์กมีขนาดผิดที่ขอบพื้นที่ ทั้งที่ดูถูกต้องตรงกลาง
• ความเพี้ยนแบบบาร์เรลและพินคูชชันปรากฏเป็นเส้นตรงโค้งงอใกล้ขอบพื้นที่ ซึ่งเป็นปัญหาการสอบเทียบ ไม่ใช่ปัญหาเชิงกล
• ตรวจสอบด้วยตารางกริด ไม่ใช่ชิ้นงาน การมาร์กตารางกริดเต็มพื้นที่แล้ววัดจะเผยความคลาดเคลื่อนของสเกล การเอียง และความเพี้ยน ซึ่งรอยมาร์กเล็กๆ ตรงกลางไม่มีทางแสดงให้เห็น
• ให้พื้นที่ทำงานอยู่ภายในพื้นที่ตามพิกัด ความแม่นยำ ขนาดจุด และโฟกัสล้วนแย่ลงเมื่อเข้าใกล้ขอบ ชิ้นงานที่วางไว้ที่ขอบสุดของพื้นที่จึงมาร์กได้แย่กว่าชิ้นงานเดียวกันที่วางตรงกลาง
• สอบเทียบใหม่หลังการเปลี่ยนแปลงชุดแสงใดๆ การเปลี่ยนเลนส์ หน้าต่างป้องกัน หรือหัวสแกน ล้วนควรตรวจสอบด้วยตารางกริดใหม่

การแก้ปัญหาความบกพร่องของสแกนเฮด

ศัพท์และเอกสารที่เกี่ยวข้อง

• โซลูชันการมาร์กพลาสติกด้วยเลเซอร์
• ความเข้มรังสีเลเซอร์
• วิธีมาร์กพลาสติกด้วยเลเซอร์
• การมาร์กด้วยเลเซอร์และรหัสระบบตรวจสอบด้วยภาพอัตโนมัติเพื่อการตรวจสอบย้อนกลับ

การประยุกต์ใช้ในการผลิต

The Sabreen Group ให้การสนับสนุนด้านวิศวกรรมอย่างเป็นอิสระสำหรับการกำหนดข้อกำหนดของระบบมาร์กกัลวาโนมิเตอร์ การเลือกขนาดพื้นที่ และการพัฒนาพารามิเตอร์ ไม่ว่าจะเป็นการกำหนดกระบวนการ การรับรองวัสดุ หรือการแก้ปัญหาในสายการผลิต ทีมบริการด้านวิศวกรรมพร้อมให้ความช่วยเหลือ ติดต่อเราเพื่อหารือเกี่ยวกับการใช้งาน

คำถามที่พบบ่อย

เลเซอร์แบบบังคับลำแสงคืออะไร

ระบบเลเซอร์ที่ใช้ชิ้นส่วนแสงแบบไดนามิก เช่น กระจกกัลวาโนมิเตอร์หรือสแกนเนอร์ MEMS เพื่อนำและควบคุมตำแหน่งลำแสงอย่างรวดเร็ว โดยไม่ต้องเคลื่อนต้นกำเนิดเลเซอร์หรือชิ้นงาน เป็นสถาปัตยกรรมมาตรฐานของการมาร์กในอุตสาหกรรม

การบังคับลำแสงทำงานอย่างไร

กระจกที่ปรับได้จะเอียงหรือหมุนเพื่อเปลี่ยนทิศทางลำแสง โดยกัลวาโนมิเตอร์ตัวหนึ่งควบคุมแกน X และอีกตัวควบคุมแกน Y เพื่อให้เกิดการเคลื่อนที่ภายในพื้นที่มาร์ก จากนั้นชุดเลนส์ระนาบโฟกัสแบนจะรวมแสงเพื่อให้ได้ความหนาแน่นกำลังสูงที่พื้นผิว

เหตุใดการบังคับลำแสงจึงเร็วกว่าการเคลื่อนชิ้นงาน

เพราะกระจกมีมวลน้อยกว่าชิ้นงานหรือหัวเลเซอร์มาก การเคลื่อนลำแสงอย่างรวดเร็วทำให้ได้อัตราการประมวลผลสูงในงานแกะสลัก มาร์ก ตัด และการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ ซึ่งระบบเคลื่อนที่เชิงกลไม่อาจเทียบได้

อะไรเป็นข้อจำกัดของสมรรถนะสแกนเฮด

ขีดจำกัดด้านความเร็วสแกนและความเร่งของการเคลื่อนกระจกหรือสแกนเนอร์เป็นตัวกำหนดความเร็วในการประมวลผล มุมมองของพื้นที่ถูกกำหนดโดยช่วงมุมของกระจกและการจัดชุดแสง และการรักษาโฟกัสของลำแสงตลอดพื้นที่ทั้งหมดเป็นตัวจำกัดคุณภาพที่ทำได้

เลนส์ระนาบโฟกัสแบนมีไว้เพื่ออะไร

ทำให้เลเซอร์โฟกัสรักษาความหนาแน่นกำลังสูงตลอดพื้นที่มาร์กทั้งหมด โดยชดเชยข้อเท็จจริงที่ว่าลำแสงที่ถูกบังคับจะเดินทางเป็นระยะทางต่างกันไปยังแต่ละจุด ซึ่งมิฉะนั้นจะทำให้โฟกัสเบลอเมื่อเข้าใกล้ขอบพื้นที่

เหตุใดตัวอักษรจึงเกิดเป็นก้อนที่ปลายเส้น

ค่าหน่วงเวลาเปิดและปิดเลเซอร์ที่ปรับไม่เหมาะสม กระจกกัลวาโนมิเตอร์มีมวลและตอบสนองช้ากว่าสัญญาณคำสั่ง หัวสแกนจึงต้องมีพารามิเตอร์หน่วงเวลาเพื่อประสานลำแสงกับการเคลื่อนของกระจก การเกิดก้อนหมายความว่าลำแสงยิงขณะที่กระจกเกือบหยุดนิ่ง นี่เป็นความผิดพลาดด้านจังหวะเวลา การลดกำลังจึงเพียงทำให้รอยมาร์กทั้งหมดบางลงโดยไม่ได้แก้ปัญหา

ต้องปรับค่าหน่วงเวลาของสแกนเฮดใหม่เมื่อความเร็วมาร์กเปลี่ยนหรือไม่

ต้องปรับ เมื่อการเปลี่ยนแปลงนั้นมีนัยสำคัญ ค่าหน่วงเวลาชดเชยการเข้าที่ของกระจก และเวลาที่ต้องใช้ในการเข้าที่เพิ่มขึ้นตามความเร็วในการขับกระจก สูตรที่ปรับไว้ที่ความเร็วหนึ่งจะเกิดมุมโค้งมนและข้อบกพร่องที่ปลายเส้นที่ความเร็วอื่น จึงเป็นเหตุผลที่ค่าหน่วงเวลาเริ่มต้นจากโรงงานมักให้รอยมาร์กที่ยอมรับได้ในงานหนึ่งแต่ไม่ดีในงานถัดไป

เหตุใดรอยมาร์กจึงมีขนาดถูกต้องตรงกลางพื้นที่ แต่ผิดที่ขอบ

เกือบทุกครั้งเกิดจากไฟล์แก้ไขเลนส์ที่ไม่ตรงกับเลนส์ที่ติดตั้ง สแกนเฮดใช้ตารางแก้ไขความเพี้ยนเฉพาะกับความยาวโฟกัสที่ติดตั้ง การเปลี่ยนเลนส์โดยไม่โหลดไฟล์ที่ตรงกันทำให้ตรงกลางแม่นยำ แต่ขอบโค้งและเลื่อน ควรตรวจสอบด้วยตารางกริดเต็มพื้นที่ ไม่ใช่รอยมาร์กเดี่ยวตรงกลางซึ่งไม่มีทางเผยความผิดพลาดนี้

---