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MOPA激光器不锈钢打彩系列故事

在讲第二篇文章前,先回顾一下MOP激光器不锈钢打彩系列故事(1)所讲的内容。故事(1)里讲述了不锈钢显色的原理以及在不锈钢颜色上的差异,主要是受激光本身单脉冲能量及它在钢片上的光斑重叠率的影响,反应到不锈钢的显色方式里不能呈现机理出规律性变化。

  小编在系列故事(1)采用的是在不变的场镜下调节功率和频率使颜色在规律中变化。如果在变化的场镜下,又会有哪些奇特的现象发生呢?

  变化不同焦距的场镜带来最直接的影响就是改变激光功率密度。小焦距场镜的功率密度高,大焦距场镜的功率密度低,是因为焦距越小的场镜,其聚焦能力越好,聚焦后的激光光点越小,相对的激光功率密度也就越高。在光学领域,结合下图来说,就是指聚焦光斑(focal point)大小与场镜(F-Theta)的焦距呈正相关的关系。这点的理解跟物理学中的压强相像,压强的概念是物体所受的压力与受力面积之比,也就是说当受力面积越小时候,压强越大。在激光作用上来讲,这就使得同一激光参数在不同场镜下作用在材料表面的激光能量密度是不一样的。换句话来说,改变场镜后要保证原始的能量密度不做改变,最直接改变的参数就是激光功率值了。以提高功率值的方式来维持能量和场镜之间的一种基本比例不变,达到打出相同颜色的目的。

  激光聚焦模拟图

  然而更改输出功率值后,是不是直接就可以达成目的呢?这还只对了一半,从故事(1)中我们就推导过,在大焦距镜头中,功率值的增加,维持了激光功率密度的稳定,但若再以此频率下的激光脉冲作用到材料表面,那则会使脉冲重叠率变大,这其实会变相的改变了材料单位面积内所受的激光能量。因此,在光斑扩大情况下,必须降低频率以维持原来的光斑重叠率,这样色彩的一致性会更高。如果功率值减小,情况反之。理论分析了这么多,实践才是检验真理的唯一标准。实际情况到底如何呢?

  小编选择四种不同焦距的场镜进行验证,分别是F=163mm,F=220mm,F=254mm ,F=330mm,激光器选用JPT-YDFLP-20W-M6+型。填充间距设为0.001,0°弓形填充。在不锈钢板上,选择脉宽2ns,45ns和80ns各自调出独特的色彩:

  图1:@2ns在不同场镜下保持蓝色的一致性

  图2:@45ns在不同场镜下保持棕色的一致性

  图3:@80ns在不同场镜下保持绿色的一致性

  上述三例分别在不同脉宽下实现了不同场镜下保持色彩的一致性问题,从而也验证了小编的推论。

  至此,在两篇文章里已分别讲述了频率、功率、不同焦距场镜等因素对不锈钢色彩的影响,从中就能发现,在不锈钢打彩的激光工艺应用,MOP激光器拥有着明显的优势:MOP激光器宽广的脉冲宽度及脉冲频率调节范围,精确的激光控制以及快速的响应速度,在实际调试使用中能起到事半功倍的效果。

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