Юстування лазерного верстата CO2: як налаштувати дзеркала покроково

Промінь CO2-лазера проходить від трубки до матеріалу через три дзеркала і фокусувальну лінзу. Трубка і перше дзеркало стоять нерухомо, друге дзеркало їде разом із порталом по осі Y, третє разом із головкою по осі X. Якщо промінь іде не паралельно осям, точка його влучання в головку зміщується при кожному переміщенні: в одному куті столу верстат ріже, в іншому не прорізає. Юстування виставляє промінь так, щоб у будь-якій точці робочого поля він приходив в одне й те саме місце головки і виходив строго вниз через центр лінзи та сопла.

Шлях променя: трубка, три дзеркала, лінза

У верстатах із нерухомою трубкою вона стоїть у задньому відсіку. Промінь виходить із неї і потрапляє на перше дзеркало, яке повертає його на 90° до передньої частини верстата. Друге дзеркало закріплене на порталі і переміщується разом із ним вперед і назад. Воно повертає промінь ще на 90° вздовж порталу. Третє дзеркало стоїть у лазерній головці і спрямовує промінь вниз, у лінзу із селеніду цинку (ZnSe). Лінза збирає промінь у точку, і він виходить на матеріал через сопло.

CO2-оптика працює на довжині хвилі 10,6 мкм, це інфрачервоне випромінювання, і оком промінь не видно. Червона точка на столі це окремий діодний вказівник, він показує, куди спрямована головка, але не показує, де насправді йде робочий промінь. Перевіряють промінь тільки за пропалом.

У перших двох дзеркал головне повторюваність: промінь має влучати в одну й ту саму точку при будь-якому положенні порталу і головки. Саме це означає, що ділянка променя паралельна осі. Точне влучання в центр обов’язкове на третьому дзеркалі, бо від нього промінь іде в лінзу і сопло. На першому і другому дзеркалі слід тримають із запасом від краю оправи: на малій потужності відбиток на скотчі менший, ніж пляма променя на повній потужності, і промінь, що прийшов біля краю, під час роботи почне зачіпати оправу, втрачати потужність і гріти тримач.

Коли потрібне юстування

Юстування перевіряють після перевезення верстата, після удару по корпусу чи порталу, після заміни трубки, дзеркала або головки і при перших ознаках проблеми:

• верстат добре ріже біля першого дзеркала і гірше в дальньому куті столу;
• на тих самих режимах різ у різних частинах поля різний;
• кромка різу йде під кутом, а не вертикально;
• на матеріалі залишається не кругла точка, а розмита пляма, півмісяць або дві точки;
• гріється сопло або лазерна головка.

Інтервали профілактичної перевірки виробники верстатів задають різні: від короткої перевірки пропалом щодня перед роботою до перевірки раз на місяць.

Спочатку виключіть прості причини

Збитий фокус і брудна оптика дають ті самі симптоми, що й збите юстування. Перш ніж крутити гвинти, виставте фокусну відстань під матеріал, почистіть лінзу і дзеркало в головці, огляньте лінзу та всі дзеркала. Сколи, подряпини, потемніле чи відшароване покриття юстуванням не виправити, таку оптику міняють. Якщо після фокусування і чищення потужність повернулася, юстування не потрібне.

Підготовка і безпека

Що знадобиться

• паперовий малярний скотч: його клеять у 2-4 шари, щоб імпульс залишав слід, а не пропалював стрічку наскрізь;
• прозорий скотч для перевірки на соплі;
• монета, якщо в тримача дзеркала немає рамки або шторки: скотч не можна клеїти прямо на відбивну поверхню;
• шестигранники і ключ під контргайки юстувальних гвинтів;
• обрізок фанери для перевірки вертикальності променя;
• ацетон або ізопропіловий спирт і серветки для оптики.

Працювати зручніше вдвох: один натискає кнопку імпульсу на пульті, другий дивиться на мішень і крутить гвинти.

Налаштування імпульсу

Потужність на контролері знижують до 10-20%. У контролерах із ручним режимом імпульсу задають його тривалість, у посібниках з юстування використовують значення 20-60 мс. Мета: чіткий маленький слід на скотчі без пропалу і без займання. Якщо сліду немає, потужність піднімають на 1%: у кожної трубки є поріг, нижче якого вона не запалюється. Перед першим імпульсом вмикають охолодження трубки.

Безпека

• Захисні окуляри мають бути розраховані на довжину хвилі 10,6 мкм.
• Каблучки і годинник знімають: промінь, відбитий від металу, йде в непередбачуваному напрямку.
• Під час імпульсу руки й обличчя тримають поза шляхом променя. Якщо промінь схибив повз мішень, він іде далі всередину верстата або назовні.
• Скотч на великій потужності спалахує, тому потужність піднімають поступово.
• Трубка живиться напругою в десятки кіловольт. Її положення змінюють тільки при вимкненому верстаті.

Тримач дзеркала і три юстувальні гвинти

Тримач дзеркала складається з двох пластин. На одній закріплене дзеркало, друга пов’язана з кронштейном. Пружини стягують пластини, а три латунні гвинти з контргайками впираються в пластину з дзеркалом і задають її нахил. Окремі шестигранні гвинти регулюють натяг пружин. Між пластиною і кронштейном потрібен зазор 1-2 мм: якщо пластина притиснута впритул, нахил гвинтами не змінюється і точного юстування не вийде.

Гвинти стоять літерою L. Один із крайніх гвинтів нахиляє дзеркало по вертикалі, другий по горизонталі, кутовий рухає промінь по діагоналі. Який гвинт за що відповідає на вашому верстаті, залежить від того, як повернутий тримач, тому перед налаштуванням кожен гвинт перевіряють пробним поворотом на 1/8 оберту і записують, куди змістився слід. Основну роботу роблять вертикальним і горизонтальним гвинтом, кутовий задіюють, коли їхнього ходу не вистачає. Якщо повернути всі три гвинти на однаковий кут, дзеркало зсунеться паралельно самому собі і відбитий промінь зміститься без зміни напрямку.

Перед регулюванням контргайки послаблюють. Гвинт повертають не більше ніж на 1/8 оберту за раз і після кожного повороту роблять новий імпульс. На великому полі малий кут дає велике зміщення: при повороті дзеркала на кут α відбитий промінь повертається на 2α. Якщо на ході порталу 600 мм ближній і дальній сліди розійшлися на 1 мм, промінь іде до осі під кутом 1,67 мрад (0,095°), і перше дзеркало треба довернути лише на 0,83 мрад.

Юстування покроково

Головне правило: гвинтами регулюють те дзеркало, від якого промінь іде, а не те, на якому стоїть мішень. Мішень на другому дзеркалі показує, як виставлене перше, мішень на третьому показує, як виставлене друге. Порядок суворий: трубка, перше дзеркало, друге, третє, лінза. Зміна на будь-якому кроці зсуває промінь на всіх наступних.

Крок 1. Трубка і перше дзеркало

Наклейте скотч на рамку перед першим дзеркалом і розгладьте його пальцем, щоб проступив контур отвору. Зробіть імпульс. Слід має лягти в центральну частину отвору. Трубка і перше дзеркало одне відносно одного не переміщуються, тому тут важливо, щоб увесь промінь потрапляв на дзеркало, не зачіпаючи оправу. Якщо слід біля краю або його немає, вимкніть верстат і переставте трубку в її кронштейнах: підніміть, опустіть або зсуньте вбік. Гвинтами першого дзеркала цю ділянку не виправляють, вони впливають тільки на промінь після дзеркала.

Нахил трубки на 2-4 градуси не помилка: при охолодженні помпою він допомагає бульбашкам повітря виходити з водяної сорочки. Після налаштування затягніть кріплення трубки.

Крок 2. Перше дзеркало на друге: вісь Y

Наклейте скотч на рамку другого дзеркала. Перемістіть портал у ближнє до першого дзеркала положення і зробіть імпульс. Потім відведіть портал у найдальше положення, наклейте зверху один свіжий шар і зробіть другий імпульс. Порівняйте два сліди.

Якщо сліди розійшлися, перше дзеркало спрямовує промінь не паралельно осі Y. Залиште портал у дальньому положенні і гвинтами першого дзеркала зведіть дальній слід із ближнім. Після цього обов’язково поверніться в ближнє положення і повторіть імпульс: регулювання зсуває обидва сліди, і за один прохід збігу не досягти. Цикл повторюють доти, доки ближній і дальній імпульси не ляжуть в одну точку без повороту гвинтів. Якщо в дальньому положенні промінь іде повз скотч, наклейте більшу мішень або зробіть проміжний імпульс посередині ходу, щоб побачити напрямок відхилення.

Крок 3. Друге дзеркало на третє: вісь X

Зніміть скотч із другого дзеркала і наклейте мішень на вхідний отвір головки. Портал поставте біля першого дзеркала, головку зсуньте впритул до другого дзеркала і зробіть імпульс. Потім відведіть головку в дальній кінець порталу і зробіть другий імпульс. Розбіжність слідів виправляють гвинтами другого дзеркала за тим самим циклом: дальній слід на ближній, потім контроль у ближньому положенні.

Коли сліди збіглися, переставте портал у протилежний кінець осі Y і повторіть пару імпульсів «головка біля другого дзеркала» і «головка в дальньому кінці». Якщо сліди тепер розійшлися, неточно виставлене перше дзеркало, і треба повернутися до кроку 2. Якщо крок 2 виконано правильно, а сліди все одно не сходяться, причину шукають у механіці: перекіс порталу, вигнуті напрямні, рама, яку повело на нерівній підлозі.

Крок 4. Виведення променя в центр третього дзеркала

Після кроків 2 і 3 промінь приходить в одну точку головки по всьому полю, але ця точка може бути не в центрі отвору. Юстувальні гвинти виставляють тільки напрямок променя, тому зміщення виправляють переміщенням вузлів:

• слід вище або нижче центру: підніміть або опустіть трубку, причому обидва кронштейни на одну й ту саму величину, щоб не змінити нахил;
• слід лівіше або правіше центру: зсуньте кронштейн другого дзеркала вздовж осі Y, не перекошуючи його, або змістіть трубку вбік, якщо її кріплення це дозволяє.

Саме для цього потрібен запас від краю на перших двох дзеркалах: при зсуві трубки промінь зміщується по них і не повинен вийти за оправу. Після переміщення вузлів повторіть перевірки кроків 2 і 3.

Крок 5. Перевірка по п’яти точках поля

Наклейте свіжу мішень на головку і зробіть по одному імпульсу в чотирьох кутах робочого поля і в центрі. Усі п’ять слідів мають лягти в одну точку в центрі отвору. Це контроль усього ланцюжка від трубки до третього дзеркала.

Крок 6. Третє дзеркало, лінза і сопло

Третє дзеркало спрямовує промінь вниз, і кут між падаючим і відбитим променем має бути рівно 90°. Інакше промінь проходить лінзу похило, кромка різу виходить скошеною, а сфокусований конус зачіпає стінку сопла.

1. Відкрутіть сопло і вийміть лінзу. Наклейте кілька шарів скотчу на нижній зріз тубуса і встановіть тубус на місце.
2. Зробіть імпульс, зніміть скотч, не втрачаючи його орієнтації. Слід має бути в центрі кола.
3. Зміщення виправляють гвинтами третього дзеркала. Дзеркало в головці розвернуте інакше, ніж перші два, тому напрямок дії гвинтів знову перевіряють пробним поворотом.
4. Встановіть лінзу опуклою стороною вгору, до дзеркала, і закрутіть сопло.
5. Наклейте прозорий скотч на кінчик сопла, знизьте потужність до 8-10% і зробіть імпульс. На скотчі залишаться відбиток сопла і слід променя. Слід має бути круглим і стояти точно в центрі отвору. За потреби доведіть його гвинтами третього дзеркала.

Вертикальність променя додатково перевіряють по фанері: підніміть стіл з обрізком так, щоб сопло стояло над ним впритул, але не торкалося, і зробіть імпульс. Потім опустіть стіл не менше ніж на 25 мм і зробіть імпульс ще раз, потім опустіть ще на 25 мм і повторіть. Усі три точки мають збігтися. Якщо точки розходяться, промінь іде похило, і регулюють третє дзеркало. Півмісяць або подвійна точка на матеріалі означають, що промінь зачіпає сопло зсередини. Якщо при знятому соплі промінь проходить, а із соплом сліду немає, третє дзеркало збите сильно, і його спочатку виставляють по тубусу без сопла.

Якщо промінь приходить у центр, а пляма на виході все одно неправильної форми, перевірте лінзу: чи не перевернута вона, чи немає пошкоджень і чи підходить її фокусна відстань до головки. При невідповідній фокусній відстані конус променя зачіпає сопло або фокус опиняється всередині головки.

Крок 7. Фіксація і контрольний різ

Затягніть контргайки на всіх гвинтах, притримуючи сам гвинт ключем, щоб він не провернувся. Після затягування повторіть перевірку по п’яти точках. Якщо на верстаті є червоний вказівник, виставте його точку на слід пропалу. Наприкінці почистіть лінзу, виставте фокус і зробіть тестовий різ у кутах і в центрі столу на робочих режимах.

Ознаки збитого юстування: причини і що робити

Поширені помилки

• Регулюють дзеркало, на якому стоїть мішень, а не попереднє.
• Починають із головки або пропускають кроки. Зміна на будь-якому кроці збиває все, що налаштовано після нього.
• Повертають гвинт одразу на пів оберту і більше, слід виходить за мішень.
• Зводять дальній слід із ближнім і не перевіряють ближній повторно.
• Намагаються вивести промінь у центр третього дзеркала гвинтами замість переміщення трубки або кронштейна.
• Клеять скотч прямо на дзеркало або ставлять велику потужність: клей і нагар залишаються на покритті, скотч спалахує.
• Затягують контргайки, не притримуючи гвинт, і збивають готове юстування.
• Не залишають зазору між пластиною тримача і кронштейном.
• Орієнтуються на червоний вказівник, а не на пропал.
• Роблять імпульси без увімкненого охолодження трубки.

Чищення і заміна дзеркал: кремній (Si) і молібден (Mo)

Для CO2-верстатів випускають дзеркала на кремнієвій підкладці з відбивним покриттям і дзеркала з цільного полірованого молібдену. У специфікаціях виробників оптики кремнієві дзеркала з покриттям відбивають не менше 99,5% випромінювання 10,6 мкм при куті падіння 45°. Молібденові дзеркала працюють без покриття, відбивають понад 98,1%, а їхня тверда поверхня витримує часте чищення в брудних умовах.

Різниця накопичується на трьох дзеркалах. При потужності трубки 100 Вт через три кремнієві дзеркала до лінзи доходить 100 × 0,995³ = 98,5 Вт, через три молібденові 100 × 0,981³ = 94,4 Вт. Втрачена потужність поглинається і розсіюється дзеркалами. Кремнієве дзеркало вигідніше за потужністю там, де оптику тримають чистою. Молібденове обирають, коли верстат багато ріже матеріали, що димлять, і дзеркала доводиться часто чистити.

Дзеркало в головці і лінза стоять найближче до диму і забруднюються швидше за інші. Чистять оптику ацетоном або ізопропіловим спиртом: серветку для оптики кладуть на поверхню, змочують кількома краплями розчинника і повільно протягують, не притискаючи, так щоб розчинник випаровувався одразу за серветкою і не залишав розводів. Терти з натиском не можна, особливо дзеркала з покриттям.

Дзеркало міняють, якщо покриття змінило колір, потемніло або відшарувалося, на поверхні є сколи, подряпини, раковини або бризки металу. Зміна кольору означає, що покриття стерте, і чищенням його не повернути. Нове дзеркало беруть того самого діаметра (20, 25 або 30 мм) і тієї самої товщини, що стоїть у тримачі. Після заміни дзеркала, лінзи або трубки юстування перевіряють заново, а після кожного юстування ще раз чистять лінзу.