هد لیزر (Laser Head): عملکرد، انواع و راهنمای نگهداری

هد لیزر، نقطه تلاقی نور و ماده

در دنیای فناوری لیزر، هد لیزر (Laser Head) قطعه ای حیاتی است که نقش قلب تپنده دستگاه را ایفا می کند. این بخش، مسئولیت دریافت، تمرکز و هدایت پرتو لیزر به سمت ماده مورد نظر را بر عهده دارد. کیفیت و عملکرد هد لیزر به طور مستقیم بر دقت، سرعت و کیفیت فرآیندهای لیزری (برش، جوشکاری، حکاکی و …) تاثیر می گذارد. در این مقاله، به بررسی جامع عملکرد هد لیزر، انواع آن، اجزای اصلی، تنظیمات، نگهداری و عیب یابی آن می پردازیم. در نظر داشته باشید وب سایت لیزر یدک را جهت خرید دستگاه های لیزر صنعتی خود پیشنهاد میدهیم، که میتوانید از قسمت «فروشگاه» وارد سایت لیزر یدک شوید و خرید خود را انجام دهید.

هد لیزر چیست؟ تعریف و اهمیت

هد لیزر بخشی از دستگاه لیزر است که پرتو لیزر تولید شده توسط منبع لیزر را دریافت کرده و پس از انجام یک سری پردازش ها (مانند متمرکز کردن)، آن را به نقطه کار (محل برش، جوشکاری یا حکاکی) هدایت می کند. این قطعه، واسط بین منبع لیزر و ماده است و نقش مهمی در تعیین کیفیت و دقت فرآیند لیزری دارد.

وظایف اصلی هد لیزر:

• دریافت پرتو لیزر: هد لیزر پرتو لیزر خام را از منبع لیزر (از طریق فیبر نوری یا آینه ها) دریافت می کند.
• متمرکز کردن پرتو لیزر: با استفاده از لنزهای مخصوص، پرتو لیزر را در یک نقطه بسیار کوچک متمرکز می کند تا انرژی آن افزایش یابد.
• هدایت پرتو لیزر: پرتو متمرکز شده را به سمت نقطه مورد نظر روی سطح ماده هدایت می کند.
• انتقال گاز کمکی: در بسیاری از کاربردها، گاز کمکی (مانند اکسیژن، نیتروژن یا هوای فشرده) از طریق نازل هد لیزر به محل برش یا جوشکاری دمیده می شود تا به فرآیند کمک کند.
• حفاظت از اجزای داخلی: هد لیزر از اجزای حساس داخلی (مانند لنزها و آینه ها) در برابر گرد و غبار، دود و ذرات حاصل از فرآیند لیزر محافظت می کند.

اجزای اصلی هد لیزر و عملکرد هر کدام

یک هد لیزر معمولی از اجزای زیر تشکیل شده است:

لنز متمرکز کننده (Focusing Lens):

مهم ترین قطعه در هد لیزر است. این لنز وظیفه دارد پرتو لیزر را در یک نقطه بسیار کوچک متمرکز کند تا انرژی آن افزایش یابد و برای برش، جوشکاری یا حکاکی مناسب شود. کیفیت لنز تاثیر مستقیمی بر دقت و کیفیت فرآیند لیزر دارد. لنزها معمولاً از جنس زینک سلناید (ZnSe) یا گالیوم آرسنید (GaAs) هستند.

نازل (Nozzle):

یک قطعه مخروطی شکل است که در انتهای هد لیزر قرار دارد و پرتو لیزر از مرکز آن خارج می شود. نازل چند وظیفه مهم دارد:

• هدایت پرتو لیزر: به خروج پرتو لیزر به صورت متمرکز و با کیفیت کمک می کند.
• هدایت گاز کمکی: گاز کمکی از طریق نازل به محل برش یا جوشکاری دمیده می شود.
• محافظت از لنز: نازل تا حدودی از لنز در برابر دود، جرقه و ذرات حاصل از فرآیند لیزر محافظت می کند.

سیستم گاز کمکی (Assist Gas System):

در بسیاری از کاربردهای لیزر، از یک گاز کمکی برای بهبود کیفیت برش یا جوشکاری استفاده می شود. این گاز از طریق نازل به محل برش دمیده می شود و می تواند وظایف مختلفی داشته باشد:

• اکسید کردن فلز: در برش فلزات با لیزر CO2، از اکسیژن به عنوان گاز کمکی استفاده می شود تا با ایجاد واکنش شیمیایی با فلز مذاب، به برش کمک کند.
• جلوگیری از اکسید شدن: در برخی موارد، از گازهای خنثی مانند نیتروژن یا آرگون برای جلوگیری از اکسید شدن محل برش یا جوشکاری استفاده می شود.
• خنک کردن ناحیه برش: گاز کمکی می تواند به خنک شدن ناحیه برش و جلوگیری از گرم شدن بیش از حد قطعه کار کمک کند.
• خارج کردن مواد مذاب: فشار گاز کمکی می تواند به خارج کردن مواد مذاب از محل برش کمک کند و باعث ایجاد برشی تمیزتر شود.

سنسورهای ارتفاع (Height Sensors):

برخی از هدهای لیزر مجهز به سنسورهای ارتفاع هستند که فاصله بین نازل و سطح ماده را به طور خودکار تنظیم می کنند. این امر باعث می شود تا پرتو لیزر همیشه در فاصله کانونی مناسب قرار داشته باشد و کیفیت برش یا حکاکی بهینه شود. این سنسورها به ویژه در مواردی که سطح ماده یکنواخت نیست یا در حین کار تغییر شکل می دهد، بسیار مفید هستند.

آینه ها (Mirrors) (در لیزرهای CO2):

در دستگاه های لیزر CO2، هد لیزر معمولاً شامل چندین آینه است که پرتو لیزر را از تیوب لیزر به لنز متمرکز کننده هدایت می کنند. این آینه ها باید بسیار دقیق و با کیفیت باشند تا پرتو لیزر را بدون افت توان و با حداقل پراکندگی منعکس کنند.

انواع هد لیزر بر اساس نوع لیزر

هد لیزر با توجه به نوع لیزر (فایبر، CO2 و …) و کاربرد آن (برش، جوشکاری، حکاکی) می تواند متفاوت باشد.

هد لیزر فایبر:

• ساختار: معمولاً اندازه کوچک تر و ساختار ساده تری نسبت به هد لیزر CO2 دارد.
• اجزا: شامل لنز متمرکز کننده، نازل و سیستم گاز کمکی است. به دلیل استفاده از فیبر نوری برای انتقال پرتو، نیازی به آینه های منعکس کننده ندارد.
• ویژگی ها: دقت بالا، سرعت بالا، مناسب برای برش و جوشکاری فلزات.

هد لیزر CO2:

• ساختار: معمولاً بزرگ تر و پیچیده تر از هد لیزر فایبر است.
• اجزا: شامل چندین آینه برای هدایت پرتو لیزر از تیوب به لنز، لنز متمرکز کننده، نازل و سیستم گاز کمکی است.
• ویژگی ها: مناسب برای برش و حکاکی مواد غیرفلزی، قابلیت برش مواد ضخیم تر نسبت به لیزر فایبر (در توان مشابه).

انواع هد لیزر بر اساس کاربرد

• هد لیزر برش: برای برش مواد مختلف طراحی شده است. معمولاً دارای نازل با قطر کم برای ایجاد برش ظریف و دقیق است.
• هد لیزر جوشکاری: برای جوشکاری مواد مختلف طراحی شده است. ممکن است دارای سیستم های ویژه ای برای کنترل حوضچه مذاب و جلوگیری از اکسید شدن باشد.
• هد لیزر حکاکی: برای ایجاد طرح ها و نقوش ظریف بر روی سطوح مختلف طراحی شده است.

نحوه عملکرد هد لیزر: از پرتو تا برش

1. دریافت پرتو: پرتو لیزر از منبع لیزر (تیوب لیزر در CO2 یا فیبر نوری در لیزر فایبر) به هد لیزر وارد می شود.
2. هدایت پرتو (در لیزر CO2): در لیزرهای CO2، پرتو لیزر توسط آینه هایی که با دقت تنظیم شده اند، به سمت لنز هدایت می شود.
3. تمرکز پرتو: لنز متمرکز کننده، پرتو لیزر را در یک نقطه بسیار کوچک (نقطه کانونی) متمرکز می کند. این کار باعث افزایش شدید انرژی لیزر در آن نقطه می شود.
4. خروج پرتو از نازل: پرتو متمرکز شده از طریق نازل هد لیزر خارج می شود.
5. دمیدن گاز کمکی: گاز کمکی (مانند اکسیژن، نیتروژن یا هوای فشرده) از طریق نازل به محل برش دمیده می شود.
6. ذوب/تبخیر/سوزاندن ماده: انرژی متمرکز شده لیزر باعث ذوب شدن، تبخیر شدن یا سوختن ماده در نقطه تمرکز می شود.
7. حرکت هد لیزر: هد لیزر با توجه به طرح مورد نظر، بر روی سطح ماده حرکت می کند و عملیات برش، جوشکاری یا حکاکی را انجام می دهد.

تنظیمات هد لیزر: پارامترهای کلیدی برای کیفیت بهینه

برای دستیابی به بهترین کیفیت برش، جوشکاری یا حکاکی، باید پارامترهای هد لیزر به درستی تنظیم شوند. برخی از مهم ترین این پارامترها عبارتند از:

فاصله کانونی (Focal Length):

فاصله بین لنز و سطح ماده باید به درستی تنظیم شود تا پرتو لیزر در نقطه مورد نظر متمرکز شود. فاصله کانونی نامناسب می تواند باعث کاهش کیفیت برش، پهن شدن خط برش، عدم برش کامل ماده یا حتی آسیب دیدن لنز شود. برای تنظیم دقیق فاصله کانونی، معمولاً از یک قطعه کالیبراسیون یا روش های آزمایش و خطا استفاده می شود.

فشار گاز کمکی:

فشار گاز کمکی باید با توجه به نوع ماده، ضخامت آن و نوع لیزر تنظیم شود. فشار کم گاز ممکن است باعث اکسید شدن یا سوختن ماده شود، در حالی که فشار زیاد ممکن است باعث پراکنده شدن مواد مذاب و کاهش کیفیت برش شود.

موقعیت نازل (Nozzle Position):

نازل باید به درستی در مرکز هد لیزر قرار گیرد و فاصله آن تا سطح ماده باید به طور دقیق تنظیم شود. عدم تنظیم صحیح نازل می تواند باعث برش ناهموار، ایجاد پلیسه و کاهش کیفیت کار شود.

توان لیزر و سرعت برش/جوشکاری/حکاکی:

این پارامترها نیز باید با توجه به نوع ماده، ضخامت و کیفیت مورد نظر تنظیم شوند.

نگهداری و تمیز کردن هد لیزر: افزایش عمر و بهره وری

هد لیزر یک قطعه حساس و گران قیمت است و نیاز به نگهداری و تمیز کردن منظم دارد. آلودگی لنز و آینه ها (در لیزرهای CO2) می تواند باعث کاهش توان لیزر، کاهش کیفیت برش و حتی آسیب دیدن قطعات شود.

نکات مهم در نگهداری و تمیز کردن:

• از مواد تمیزکننده مخصوص لنز و آینه استفاده کنید. هرگز از مواد شیمیایی قوی یا حلال های نامناسب استفاده نکنید.
• از دستمال های نرم و بدون پرز استفاده کنید. از دستمال های کاغذی معمولی یا پارچه های زبر استفاده نکنید، زیرا می توانند باعث ایجاد خراش بر روی لنز یا آینه شوند.
• قبل از تمیز کردن، دستگاه را خاموش کنید و از برق بکشید.
• با احتیاط و آرامی لنز و آینه ها را تمیز کنید. از اعمال فشار زیاد خودداری کنید.
• به طور منظم (مثلاً روزانه یا هفتگی، بسته به میزان استفاده از دستگاه) لنز و آینه ها را تمیز کنید.
• در صورت مشاهده هرگونه خراش، ترک یا آسیب جدی بر روی لنز یا آینه، حتماً آن را تعویض کنید.

عیب یابی هد لیزر: شناسایی و رفع مشکلات رایج

برخی از مشکلات رایج هد لیزر عبارتند از:

• کاهش کیفیت برش یا حکاکی: ممکن است ناشی از کثیفی لنز، تنظیم نبودن فاصله کانونی، پایین بودن فشار گاز کمکی، خرابی تیوب لیزر یا مشکلات دیگر باشد.

• عدم تمرکز پرتو لیزر: ممکن است به دلیل کثیفی یا خرابی لنز، تنظیم نبودن آینه ها (در لیزرهای CO2)، یا مشکل در منبع لیزر باشد.
• گرم شدن بیش از حد هد لیزر: ممکن است به دلیل کثیفی لنز، مشکل در سیستم خنک کننده، یا استفاده بیش از حد از دستگاه باشد.
• تغییر شکل یا رنگ پرتو لیزر: ممکن است به دلیل خرابی تیوب لیزر، مشکل در آینه ها یا لنز باشد.
• جرقه زدن یا صدای غیرعادی: ممکن است به دلیل کثیفی یا خرابی نازل، مشکل در سیستم گاز کمکی، یا خرابی تیوب لیزر باشد.

در صورت بروز هر یک از این مشکلات، ابتدا دستگاه را خاموش کنید و اتصالات را بررسی کنید. سپس لنز و نازل را تمیز کنید. اگر مشکل برطرف نشد، با یک تکنسین متخصص تماس بگیرید. همچنین میتوانید جهت خرید و مشاوره با کارشناسان سایت لیزر یدک، از قسمت «تماس با ما» آنها جهت راهنمایی و پاسخگویی به سوالات خود استفاده کنید.

انتخاب هد لیزر مناسب برای کاربردهای مختلف

انتخاب هد لیزر مناسب به عوامل زیر بستگی دارد:

• نوع لیزر: هد لیزر باید با نوع لیزر دستگاه شما (فایبر، CO2 و …) سازگار باشد.
• نوع کاربرد: برای برش، جوشکاری و حکاکی، هدهای لیزر متفاوتی طراحی شده اند.
• نوع ماده: برای مواد مختلف، به لنزها و نازل های متفاوتی نیاز دارید.
• ضخامت ماده: برای برش مواد ضخیم تر، به هد لیزر با توان بالاتر و نازل مناسب تر نیاز دارید.
• دقت مورد نیاز: برای کارهای ظریف و دقیق، به هد لیزر با کیفیت بالاتر و لنز با فاصله کانونی کوتاه تر نیاز دارید.

نتیجه گیری: هد لیزر، عنصری کلیدی در کیفیت و دقت فرآیندهای لیزری

هد لیزر به عنوان یکی از اجزای اصلی و حیاتی دستگاه لیزر، نقش مستقیمی در کیفیت، دقت و سرعت فرآیندهای لیزری (برش، جوشکاری، حکاکی و …) دارد. با شناخت انواع هد لیزر، نحوه عملکرد، تنظیمات و نگهداری صحیح آن، می توانید از حداکثر پتانسیل دستگاه لیزر خود بهره مند شوید و به نتایج مطلوب دست یابید. همچنین، انتخاب هد لیزر مناسب با توجه به نوع لیزر، کاربرد مورد نظر و مواد مورد استفاده، از اهمیت بالایی برخوردار است.

 

سوالات متداول:

1. هد لیزر چه وظیفه ای در دستگاه لیزر دارد؟

هد لیزر آخرین قطعه در مسیر پرتو لیزر است و وظیفه دارد پرتو را دریافت کرده، آن را متمرکز کند و به سمت سطح ماده هدایت کند. همچنین ممکن است وظیفه انتقال گاز کمکی به محل برش یا جوشکاری را نیز بر عهده داشته باشد.

2. تفاوت هد لیزر فایبر و CO2 چیست؟

هد لیزر فایبر برای دستگاه های لیزر فایبر طراحی شده است و معمولاً اندازه کوچک تر و ساختار ساده تری نسبت به هد لیزر CO2 دارد. هد لیزر CO2 برای دستگاه های لیزر CO2 طراحی شده و معمولاً شامل چندین آینه برای هدایت پرتو لیزر است. انتخاب نوع هد لیزر به نوع منبع لیزر دستگاه بستگی دارد.

3. آیا می توانم خودم هد لیزر را تمیز یا تعمیر کنم؟

تمیز کردن لنز و نازل هد لیزر می تواند توسط کاربر انجام شود، اما باید با احتیاط فراوان و با استفاده از مواد و روش های مناسب انجام شود. تعمیر یا تعویض قطعات داخلی هد لیزر معمولاً نیاز به تخصص و ابزار خاص دارد و بهتر است توسط تکنسین مجرب انجام شود.

4. علائم خرابی هد لیزر چیست؟

کاهش کیفیت برش یا حکاکی، عدم تمرکز صحیح پرتو لیزر، گرم شدن بیش از حد هد لیزر، تغییر شکل یا رنگ پرتو لیزر، ایجاد جرقه یا صدای غیرعادی در هنگام کار می توانند از علائم خرابی هد لیزر باشند.

5. قیمت هد لیزر چقدر است؟

قیمت هد لیزر به عوامل مختلفی مانند نوع لیزر (فایبر، CO2 و …)، توان لیزر، برند سازنده، کیفیت قطعات و … بستگی دارد. به طور کلی، هد لیزر یک قطعه نسبتاً گران قیمت در دستگاه لیزر محسوب می شود و قیمت آن می تواند از چند صد دلار تا چندین هزار دلار متغیر باشد.