现在，市chang上常见的激光加工 Z 坐标控制要领是使用机械平移。然而，这种要领的主要局限是速率慢、Z 偏移规模小。细密运动部件的使用寿命有限，而且需要大量空间才气集成到现有系统中。EL-10-42-OF 镜头重量轻、结构紧凑、响应速率快、使用寿命长。因此，它是战胜机械解决方案弱点
 的理想选择。

在本应用说明中，不朽qing缘mg提供了将 EL-10-42-OF 可调谐透镜与数字控制板相结适用于快速 3D激光加工应用的一ban指导原则。不朽qing缘mg先容了怎样将 EL-10-42-OF 镜头DSD 控制板集成到激光加工系统中。

通过特殊而简朴的光学设计，使用 EL-10-42-OF 镜头的三维激光加工系统可以在整个扫描规模内实现相同的光斑尺寸。EL-10-42-OF 镜头专为脉冲激光器设计，有两种波长可供选择：950nm至 1100nm的近红外波长和 532nm的可见光波长。这为 EL-10-42-OF 镜头用于种种激光加工应用提供了可能性，如下图所示。

系统集成

使用DSD 控制板控制 EL-10-42-OF 液态镜头

DSD 是一块基于 FPGA 的数字控制板，用于控制 EL-10-42-OF 液态镜头。当 EL-10-42-OF 液态镜头在 z（垂直）偏向移动激光光斑时，振镜会在 x-y（水平）平面偏转激光光斑。

这种要领在附录 3 和附录 4 所示的紧凑型激光打标机中得以实现，其示意图如图 1 左侧面板所示。在扩展的 XY2-100 协议中，除了控制振镜的 X 轴和 Y 轴之外，还提供用于控制 Z 轴的信号。从控制卡输出的 Z轴数字信号可直接发送到DSD 板，如图 1 左侧面板所示。

图 1 右侧显示了另一种可能的集成方式，纵然用 SCAPS 的控制器板。然后，就可以应用双向 XY-SCAPS 通讯协议。

这两种qing况都可以实现快速三维激光加工，而且不需要 f-theta 镜头。经证实，在不使用 f-theta 镜头的qing况下，对 45° 倾斜物体的加工速率为 6 m/s，在二维平面上的加工速率为 15 m/s，其事情距离与使用160mm f-theta 镜头和用于 Z 轴的 EL-10-42-OF 的装置相当。

图 1：在提供 x、y 和 z 信号的数字协议中集成 EL-10-42-OF 液态镜头。控制卡输出的 Z 轴信号可直接输入DSD板，用于控制 EL-10-42-OF 液态镜头。

注：DSD 板专为控制 EL-10-42-OF 液态镜头而开发。在激光加工应用中，需要使用脉冲和高功聅hiす馐，这对光学反馈 (OF) 控制的精度提出了相当大的挑战。微量的杂散光仍然会对光学反馈控制发生偏移，从而使现实设定值发生偏移。虽然剩余的偏移可以通过电子方式消除，但为了实现高效的光学反馈控制，建议激光重复频率 >= 20 kHz。

与 f-theta 镜头集成

一种可能的集成要领是将 EL-10-42-OF 液态镜头和数字控制器与 f-theta 镜头设置在一起。图 2 显示了与差异f-theta镜头组合后的 Z 调整规模。在这种特殊qing况下，输出激光束的直径约为 6mm。EL-10-42-OF 液态镜头位于从激光输出到振镜扫描器的光束路径上。光束随后被振镜反射，振镜允许光束在目的上沿 X 和 Y 偏向偏转。模拟中显示的光chang巨细是镜面偏转角度 +/- 10° 的效果。激光光斑的 Z 位置可通过调整 EL-10-42-OF液态镜头的焦距来控制。对于焦距较长的 f-theta 透镜，所发生的 z 值调整规模和扫描区域尺寸都市zeng大。在每种设置中，EL-10-42-OF 的焦距都在最大规模内举行调整（从 -2 屈光度到 +2 屈光度）。chang平展化和最终聚焦随处置赏罚平面由 f-theta 镜头完成。由于 EL-10-42-OF 集成在激光器和扫描头之间，无需特另外光学器件，因此这种设置的实验很是简朴。

图 2：带有 EL-10-42-OF、振镜和差异 fθ 镜头 f = 100、160 和 254mm的激光扫描系统。玄色箭头体现响应的 Z 扫描规模和事情距离 (WD) 的转变。红色体现差异qing况下的扫描量。

注：由于 f-theta 光学镜片的不完善，仍会存在chang失真。这些影响 在使用 EL-10-42-OF 操作 f-theta 镜头时，由于进入 f-theta 镜头的输入光束会聚或发散，这些影响会略微zeng强。为了获得最佳的处置赏罚质量，必须在软件方面思量到这一点。为了获得最佳的处置赏罚质量，必须在软件方面思量到这一点，例如引入校正网格。

不使用 f-theta 镜头的整合

在不使用 f-theta 镜头的qing况下，EL-10-42-OF 液态镜头可实现 Z 偏向上的扫描chang平展化和调整。不使用f-theta镜头的系统的主要优点是扫描区域更大，z 规模更广，整个扫描区域的光斑尺寸转变最小，甚至没有转变。在没有 f-theta 透镜的qing况下，激光器和扫描头之间需要特另外光学器件来聚焦激光束。凭证这些透镜的位置和焦距，可实现差异的事情距离规模和扫描区域巨细。请联系不朽qing缘mg，不朽qing缘mg将为您提供所需的设置支持。

不朽qing缘mg设计并测试了一个 3D 演示？椋ㄍ 3），除 EL-10-42-OF 外，还安装了多个牢靠镜头（图4）。可以使用尺度的 1 英寸球面定焦镜头。

图 3：三维？樯杓其秩就

图 4：带有 5 个牢靠镜头位置的3D ？槭疽馔

3D ？槲挥诩す馄骱蜕柰分，如图 5 所示。凭证所使用的定焦镜头，可以实现差异的设置，如图 6所示。不朽qing缘mg提供gai？榈 STEP 文件，襶uan阌谥圃旎蚱局つ奶囟ü庋Ы峁菇徊蕉ㄖ。

图 5：在三维激光加工装置中集成三维模块

图 6：使用3D ？槭迪值睦慰烤低飞柚煤拖煊庋阅

作为较量，图 7 显示了使用 EL-10-42、DSD 数字控制器和 160mm f-theta 镜头（无附加光学器件）的系统性能。

图 7：配备 160mm f-theta 镜头的典型二维激光加工装置的光学性能

Z轴校准

DSD 板控制透镜的光学功率，因此可以在 Z 偏向移动激光光斑（见图 8）。由于施加的电压与光功率之间存在非线性特征，因此有须要在控制信号与激光光斑以毫米为单元的 Z 轴物理位置之间举行校准。校准后，设定信号直接体现 z 偏向上 zmin 和 zmax 之间的调谐规模，如图 8 右面板所示。现实的 z 调谐规模取决于 EL-10-42-OF 液态镜头集成的光学结构。校准历程只需举行一ci，数据通？梢源娲⒃诩す饧庸と砑的查找表中。建议至少丈量十个校准点。丈量点越多，控制精度越高。

图 8：左图显示通过调治 EL-10-42-OF 怎样改变激光光斑的 Z 轴位置。右图是控制信号与 Z 轴焦点位置的校准曲线。浅绿色的点代表提高校准精度所需的更多点。

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附录

使用 f-theta 透镜的集成示例

图 11 显示了紧凑型激光打标系统的集成示例。EL-10-42-OF 是一种很是紧凑的透镜，可以很容易地安装在激光输出和振镜头之间的逍遥中（见图 12）。EL-10-42-OF 液态镜头的机械支架的设计确保了光束、EL-10-42-OF 液态镜头和振镜头的光圈同轴。

图 11：激光打标系统使用电动聚焦可调透镜 EL-10-42-OF，用于快速 Z 轴聚焦。

图 12：激光打标演示装置的 3D 模子。电动聚焦可调谐透镜 EL-10-42-OF 位于激秃顶和振镜之间。

典型的激光打标效果如图 13 所示。右侧的标尺是水平偏向的，说明晰实地平展化能力。左侧显示的标尺倾斜 45°，代表需要举行全 3D 打标的极端qing况。最高 Z 位置的最大区域尺寸为 110 x 110mm。在二维平面上，最大打标速率可达 15m/s。在倾斜 45° 的外貌上打标，速率可达 6m/s。

图 13：3D 标志功效的真实示例。右图是一把水平标尺，用于说明实地平整功效。左图是在 45° 倾斜外貌上标志的标尺。

不使用 f-theta 透镜的集成示例

不朽qing缘mg还在不使用 f-theta 透镜的qing况下使用 EL-10-42-OF 实现了激光打标。如图 14 所示，在没有 f-theta透镜的qing况下，必须使用尺度的 1 英寸光学器件。 建议在 EL-10-42-OF 和牢靠板之间使用白色特氟龙垫圈，以实现优异的热隔离。

图 14：激光打标系统的光学装置示例，不带 f-theta 透镜，置于激光器和扫描头之间。

响应的光学结构如图 15 所示。EL-10-42-OF 镜头将光束从 -2 dpt 调谐到 +2 dpt，而接下来的两个镜头（f= -50 mm 和 f = 75 mm）组成了一个光束扩展器，用于扩大光束尺寸。最后，使用 f = 300 mm透镜将光束聚焦到事情平面上。要到达与 f-theta 系统（f = 160 mm）相当的光斑尺寸和打标质量，光束扩展是必
要的。

图 15：不带 f-theta 透镜的激光打标系统的光学结构。EL-10-42-OF 调整光束发散，f = -50 mm透镜进一步发散光束，使光束扩约莫 1.5 倍。f = 75 mm透镜对光束举行准直，然后由 f = 300 mm透镜将光束聚焦到事情平面上。