Optische Konfiguration

Welches Scan-System sich für eine bestimmte Anwendung eignet, hängt in erster Linie von den folgenden optischen Parametern ab:

Dieser Zusammenhang wird im Folgenden etwas näher erläutert.

Wellenlänge, Laserleistung, Pulslänge

Die Größe der Ablenkspiegel ist entscheidend für die Größe und die dynamischen Eigenschaften des Scan-Systems. Im Allgemeinen gilt: je höher die Laserleistung, desto größere Ablenkspiegel (bzw. Aperturen) werden benötigt. Allerdings können höchste Geschwindigkeiten nur mit kleinen Aperturen erreicht werden.

SCANLAB bietet Scan-Systeme mit Aperturen zwischen 6 mm und 70 mm und für Laserleistungen bis über 8 kW an (siehe auch interner VerweisApplikationsmatrix). Für Anwendungen mit extremen Anforderungen an die maximale Laserleistung bietet SCANLAB Scan-Systeme mit luftgekühlten Spiegeln an.

Passend zur Wellenlänge, Leistung und Pulslänge des Lasers wird jedes Scan-System mit entsprechend beschichteten Ablenkspiegeln und geeigneten Objektiven oder interner VerweisvarioSCAN Fokussiereinheiten ausgestattet. SCANLAB bietet optische Komponenten für alle in der Lasermaterialbearbeitung gängigen Lasertypen im Wellenlängenbereich zwischen 193 nm und 10,6 µm an.

Spotgröße (Fokusdurchmesser)

Der Fokusdurchmesser des Laserspots hängt von der Laserwellenlänge, der Apertur des Scan-Systems, der Brennweite der zugehörigen Fokussieroptik und von der Strahlqualität des eingekoppelten Laserstrahls ab. Der Fokusdurchmesser (1/) kann nach der folgenden Faustformel abgeschätzt werden:

Fokusdurchmesser (1/) = λ f K
d
λ Wellenlänge (typisch 193 nm – 10,6 µm)
f Brennweite (typisch 30 mm – 2.000 mm)
Strahlqualität (abhängig vom Laser)
k Korrekturfaktor (ideal 1,27 / real meist 1,5 - 2,0)
d

Strahldurchmesser vor Fokussierung (typisch 6 mm – 70 mm)

Arbeitsabstand und Bildfeldgröße bzw. Arbeitsvolumen

ArbeitsabstandDer freie Arbeitsabstand zwischen Scan-System und Werkstück hängt im Wesentlichen von Brennweite und Design der Fokussieroptik ab. Die Größe des Bildfeldes ist abhängig vom Scan-Winkel des Scan-Systems sowie von Brennweite und Design des Objektivs.

Für SCANLAB Scan-Systeme mit einem
F-Theta-Objektiv gilt typischerweise:

Bildfeldseitenlänge = 0,5 … 0,8 f
f

Objektivbrennweite

Soll der Laserfokus nicht nur in einer Ebene, sondern in einem Arbeitsvolumen (3D) positioniert werden, muss die Brennweite dynamisch veränderbar sein. SCANLAB bietet dafür die interner VerweisvarioSCAN Fokussiereinheiten und für fasergekoppelte Hochleistungslaser den varioSCAN FC an.

Bearbeitungsgeschwindigkeit und Positioniergenauigkeit

Die Anforderungen an Präzision und Geschwindigkeit sind je nach Anwendung unterschiedlich. Um das System optimal auf die jeweilige Anwendung abzustimmen, kann bei der Auslegung auf eine Vielzahl unterschiedlicher Galvanometer-Scanner, Regelelektroniken, Spiegel und Objektive zurückgegriffen werden. So unterscheiden sich z.B. interner VerweisintelliSCAN®, interner VerweishurrySCAN® II, hurrySCAN®, interner VerweisSCANcube® und interner VerweisSCANgine® bei gleicher Apertur u.a. in ihrem dynamischen Verhalten und den Möglichkeiten zur Systemüberwachung.

Für Anwendungen mit extremen Geschwindigkeits- oder Genauigkeitsanforderungen bietet SCANLAB Scan-Systeme mit Wasserkühlung an.

Die dynamische Feineinstellung (das Tuning) wird in der Regel für Vektoren optimiert. Auf Anfrage sind aber auch andere Tunings erhältlich, beispielsweise für Sprünge oder Mikrobearbeitung. Die interner VerweisiDRIVE®-Technologie ermöglicht es, zwischen unterschiedlichen Tunings umzuschalten.

Schwankungen der Umgebungsbedingungen beeinflussen die Langzeitstabilität des Scan-Systems. Um diesen Effekt zu minimieren, sind viele Scan-Systeme mit einer Temperatur-Stabilisierung ausgestattet. Für Anwendungen mit höchsten Anforderungen an die Langzeitstabilität können Scan-Systeme mit Sensoren zur automatischen Selbstkalibrierung ausgestattet werden.

Um eine gleichbleibend hohe Qualität zu garantieren, wird jedes SCANLAB Scan-System vor der Auslieferung umfassend getestet. Dafür steht das SCANcheck Qualitätssiegel.