Wat veroorzaakt een slechte straalqualiteit van een lasersbron?

Kernmetrieken voor straalkwaliteit: van BPP tot M²

Laten we beginnen met de basis. Als u dagelijks met lasers werkt, heeft u waarschijnlijk wel eens gehoord dat mensen zeggen: "mijn straalkwaliteit is slecht", maar wat betekent dat eigenlijk? In eenvoudige bewoordingen geeft straalkwaliteit aan hoe strak en gefocust de laserenergie blijft tijdens het reizen. Twee cijfers zijn de industrienorm voor het meten hiervan: BPP (Beam Parameter Product) en M² (ook wel de straalkwaliteitsfactor genoemd) . Hoe kleiner deze getallen, des te beter de straal.

Als u bijvoorbeeld dun metaal met hoge precisie snijdt, wilt u een vezellaserbron met een lage BPP. Raysoar biedt opties zoals de Raycus RFL C6000S met een BPP tussen 2,7 en 3,1, of de Raycus RFL C2000S met een M² van minder dan 1,5. Op de Maximaal aan de zijkant geeft de MFSC 1500C u een BPP ≤ 1,5 met een 50 micron vezel. Die zijn uitstekend geschikt voor fijn werk. Als u echter dikke platen bij zeer hoog vermogen moet snijden, accepteert u een iets hogere BPP. De Raycus RFL C40000M heeft een BPP ≤ 4,3 en de RFL C60000M heeft een BPP ≤ 6,5. Dat is nog steeds zeer bruikbaar, maar verschilt van de single-mode-bronnen. Dus wanneer uw straalgekwaliteit afneemt, stijgen deze waarden, en zult u bredere sneden, ruwere randen of onstabiele lasverbindingen zien.

De zes belangrijkste oorzaken van verslechtering van de straalgekwaliteit

Laat me u nu vertellen, op basis van reële ervaring op de werkvloer, wat de straalgekwaliteit daadwerkelijk vermindert. Deze zes oorzaken heb ik keer op keer gezien.

• Ten eerste: vervuiling of beschadiging van optische componenten. Stof, rook of zelfs een klein vingerafdruk op de lens of het beschermende venster absorberen energie, worden warm en vervormen de straal. Zodra er een kleine brandvlek op de coating ontstaat, wordt het straalprofiel ongelijkmatig. Dit gebeurt vooral bij het snijden van materialen die veel spatten produceren.

• Ten tweede: overmatig buigen of beschadiging van de afvoerdervezel. De uitgangsvezel is robuust, maar niet onverwoestbaar. Als u deze te scherp buigt, bijvoorbeeld met een straal kleiner dan wat in de specificatie is aangegeven, of als u er met een kar overheen rijdt, wordt de interne structuur van de vezelkern belast. Hogere-orde trillingstoestanden ontstaan en de vlekafmeting neemt toe. Voor elke lasersbron dient u altijd de minimale boogstraal te controleren in de handleiding. Sommige bedrijven markeren zelfs de vloer om te voorkomen dat mensen op de vezel stappen.

• Ten derde: veroudering van de pompbron en temperatuurdrift. Pompdiodes verliezen langzaam vermogen na verloop van tijd. Ook verschuift hun golflengte bij temperatuurveranderingen. Als het koelwater niet stabiel is of de koelmachine onvoldoende capaciteit heeft, wijkt de pomp-golflengte af van de absorptiepiek van de versterkingsvezel. Hierdoor wordt de energieoverdracht minder efficiënt en begint de bundel te wiebelen. Dit is een langzame verslechtering, maar deze hoopt zich op.

• Ten vierde: thermisch lens-effect en slechte warmteafvoer. Wanneer de laser urenlang op hoog vermogen werkt, worden de versterkingsvezel en de optica verwarmd. Warmte verandert de brekingsindex, wat werkt als een extra lens binnen de resonator. De focus verschuift, de modus wordt onregelmatig en u ziet een opgezwollen vlek. Als uw koelinstallatie verstopt is of de debietstroom te laag is, treedt het thermische lens-effect veel sneller op. Daarom herinnert Raysoar klanten altijd aan het wekelijks controleren van hun koelsysteem.

• Vijfde: resonatormisalignering en modusverslechtering. Dit komt vaker voor bij oudere of multimodale lasers. Zelfs een minimale kanteling van een spiegel of een verschuiving van een versterkingsmodule zorgt ervoor dat de lichtbundel buiten de as wordt weerkaatst. De uitvoer neemt dan de vorm aan van een donut of meerdere vlekken in plaats van een scherpe Gaussische piek. Zodra de alignering afwijkt, daalt de bundelkwaliteit snel. Veel moderne lasers zijn goed afgesloten, maar na hevige trillingen of vervoer is een controle nog steeds verstandig.

• Zesde: beschadiging door terugreflectie. Deze oorzaak is sluipend. Wanneer u koper, messing of aluminium snijdt of lasst, wordt een deel van het laserlicht teruggekaatst naar de vezellaserbron. Dat teruggekaatste licht kan de pompdiodes overbelasten of de voorkant van de versterkingsvezel beschadigen. Zelfs een korte uitbarsting van sterke terugkaatsing kan permanente verslechtering veroorzaken. Sommige laserbronnen hebben een sterke weerstand tegen hoge terugkaatsing. Bijvoorbeeld is de Raycus RFL C12000S ontworpen met deze functie. Maar niet elke bron heeft die. Als u vaak met reflecterende metalen werkt, vraag dan aan Raysoar om een bron met ingebouwde bescherming of voeg een externe isolator toe.

Hoe u problemen met de straalqualiteit kunt diagnosticeren

U vermoedt dat uw straal niet meer zo goed is als eerder. Hoe kunt u dat controleren zonder laserfysicus te zijn? Hier zijn vier praktische methoden die elke werkplaats kan toepassen.

• Vermettingsmeting is de makkelijkste start. Gebruik een laservermeters om te zien of het uitgangsvermogen overeenkomt met de ingestelde waarde. Een aanzienlijke daling van het vermogen gaat vaak gepaard met verslechtering van de straal. Wees echter voorzichtig: soms blijft het vermogen gelijk terwijl het straalprofiel lelijk wordt. Vermogen alleen is dus niet voldoende.

• Analyse van het straalprofiel geeft u het werkelijke antwoord. Een camera voor straalprofielanalyse registreert de werkelijke vorm en energieverdeling. U kunt zien of het een mooie, ronde piek is of een vervormde puinhoop met zijlobben. Veel servicetechnici hebben een draagbare profiler bij zich. Als u er geen hebt, kunt u soms brandpapier gebruiken om een ruwe indruk te krijgen, maar dat is niet erg nauwkeurig.

• Inspectie van het vezeluiteinde is essentieel voor elke vezellaser. Verwijder de uitgangsconnector voorzichtig en bekijk de vezeluiteinde met een microscoop. Elk vuil, brandspoor of scheur zal de straalgekwaliteit direct verpesten. Voor een lasersbron herstelt het schoonmaken van het uiteinde met de juiste reinigingsset vaak de prestaties aanzienlijk. Als het uiteinde beschadigd is, moet u mogelijk de vezel opnieuw afsnijden of vervangen.

• Temperatuurbewaking vertelt een verborgen verhaal. Plaats thermokoppels op de laserkop, het pompgehuis en de inlaat- en uitlaatopening van het koelwater. Als de temperatuur abnormaal stijgt bij constant vermogen, heeft u waarschijnlijk te maken met een thermische lenswerking of een koelprobleem. Houd een logboek bij van de temperaturen over de tijd. Dit helpt u afwijkingen op te sporen voordat ze leiden tot een storing.

Stralenkwaliteit is het resultaat en systeemafstemming is de sleutel

Na al dit alles is één ding duidelijk: de straalgekwaliteit is niet zomaar een getal op een specificatieblad. Het is het resultaat van hoe goed het gehele systeem samenwerkt. Een perfecte vezellaserbron levert nog steeds een slechte straal op als de vezel geknikt is, de lens vuil is of de koeling onvoldoende is. Aan de andere kant kan een bescheiden bron met schone optica, juiste uitlijning en goed thermisch beheer vaak verrassend goede resultaten opleveren.

Kijk daarom niet alleen naar de M²-waarde. Bekijk het volledige beeld. Hoe schoon is uw werkplaats? Hoe vaak inspecteert u het vezeluiteinde? Heeft uw koelunit voldoende capaciteit voor de zomerse dagen? Uw preventie is altijd beter dan reparatie, en het kiezen van het juiste systeem bepaalt uw bovengrens.

Heeft u een procespartner die opneemt wanneer er iets mis lijkt te gaan?

Als u Raycus- of Max-lasers gebruikt, of als u deze overweegt, neem dan contact op met Raysoar. Raysoar begrijpt de technologie, heeft onderdelen op voorraad en biedt echte service. Dat is de manier om uw straalgekwaliteit hoog te houden en uw productie soepel te laten verlopen.