Qu’est-ce que Z-Dynamic et comment fonctionne-t-il ?
L’un des aspects cruciaux de la manipulation d’un faisceau laser est le contrôle du point de focalisation. Ce contrôle peut être réalisé grâce à l’utilisation de différentes lentilles optiques, ce qui permet d’adapter le faisceau aux exigences spécifiques de leurs applications.
Les lentilles optiques sont essentielles à la manipulation d’un faisceau laser. Elles peuvent faire converger ou diverger le faisceau, influençant directement son point de focalisation.
L’une des techniques les plus efficaces pour faire varier le point de focalisation d’un faisceau laser est la combinaison de différentes lentilles, telles que les lentilles concaves ou convexes.
Les lentilles convexes sont conçues pour faire converger le faisceau, tandis que les lentilles concaves ont l’effet inverse, en défocalisant le faisceau.
La loi fondamentale de la réfraction loi fondamentale de la réfractionénoncée par Snell, décrit le comportement de la lumière lorsqu’elle traverse un milieu dont l’indice de réfraction est différent.
Cette loi est essentielle pour comprendre comment les lentilles optiques peuvent focaliser ou défocaliser un faisceau laser.
Lorsque la lumière traverse une lentille convergente, les rayons convergent vers un point focal. Inversement, une lentille divergente fera diverger les rayons, simulant l’origine à partir d’un point focal virtuel.
La relation mathématique associée à la formation d’une image à travers une lentille met en évidence la relation entre la loi de Snell et les propriétés optiques des lentilles :
La combinaison de ces lentilles offre une synthèse de la puissance focale, permettant des points de mise au point précis et réglables.
Lorsque trois lentilles sont montées en série, la longueur focale totale du système de lentilles peut être calculée à l’aide de la formule de la somme réciproque des longueurs focales.
Cette formule est donnée par :
Dans les applications plus complexes, les lentilles peuvent être combinées de manière pratique pour permettre des variations de mise au point, même sur de longues distances.
Des paramètres tels que la qualité, la forme, leM2 et la MTF du spot sont tous cruciaux pour évaluer l’efficacité et la fiabilité d’un système optique conçu. L’optimisation de ces aspects est cruciale pour garantir des résultats de haute précision et cohérents dans les applications laser avancées.
- Une excellente qualité du spot se caractérise par un profil d’intensité régulier et concentré.
- La forme du spot désigne la géométrie de la zone éclairée par le faisceau laser. Dans de nombreuses applications, on s’efforce d’obtenir un spot aussi symétrique et uniforme que possible pour garantir des résultats précis.
- Dans le vaste monde de l’optique et de la physique des particules, la forme des taches laser joue un rôle crucial dans les applications pratiques, de l’industrie à la recherche scientifique. Ces taches sont souvent décrites par des distributions gaussiennes.
La fonction gaussienne, exprimée mathématiquement comme suit :
où A est l’amplitude maximale, μ la valeur moyenne et σ l’écart-type, décrit précisément la forme de l’énergie distribuée dans l’espace.
L’équation de la forme de l’histogramme gaussien permet de calculer la valeur de f(x) en tout point de l’espace, fournissant ainsi une description mathématique complète du spot laser. L’intégration de l’équation sur l’ensemble de l’espace fournit l’énergie totale.
La popularité de la courbe de Gauss sont :
- Symétrie : La gaussienne est symétrique par rapport à sa valeur moyenne μ, ce qui implique que la distribution est égale à droite et à gauche du pic.
- Surface sous la courbe : La surface sous la courbe gaussienne est proportionnelle à l’énergie totale du spot.
- Le paramètre M²ou facteur de qualité du faisceau, est un indicateur de la qualité d’un faisceau laser. Il mesure l’écart entre le profil du faisceau et celui d’un faisceau gaussien idéal. Une valeur M² de 1 indique un faisceau parfaitement gaussien. Des valeurs plus élevées indiquent un écart par rapport au modèle idéal. Le facteur M² est particulièrement important lorsque l’on considère les performances de propagation du faisceau sur de longues distances ou lorsqu’une collimation précise est cruciale.
- La fonction de transfert modulée (MTF) est un indicateur de la capacité d’un système optique à reproduire les détails de l’image.
Limites et solutions des marquages/gravures en 3D
Les marquages laser sur des solides tridimensionnels peuvent être réalisés dans deux limites :
La première limitation est physique et est donnée par l’inclinaison du faisceau laser.
En effet, à la perpendicularité, le faisceau laser est caractérisé par un spot de taille circulaire ayant la quantité maximale d’énergie et par conséquent l’incisivité maximale sur le matériau ; en s’éloignant de ces conditions de perpendicularité, le spot laser devient progressivement de taille de plus en plus elliptique, réduisant la densité d’énergie et par conséquent l’incisivité sur le matériau.
La deuxième limite est mécanique et est donnée par la course maximale possible du Z-Dynamic.
Cette course dépend de la conception optique utilisée et prend généralement des valeurs de 35/40mm.
Selon le cas, ces limitations peuvent parfois être contournées en utilisant, par exemple, une broche de marquage/gravure sur des surfaces cylindriques entières :
Enroulement et projection et exemple de marquage 3D
Nous avons développé des technologies qui nous permettent de marquer ou de graver sur des surfaces complexes avec une très grande précision géométrique.
En effet, outre la simple projection plane, nous sommes en mesure d’envelopper n’importe quel graphique plat sur n’importe quel solide tridimensionnel, obtenant ainsi des résultats géométriques extrêmement fidèles à ce qui a été envisagé lors de la phase de conception, réalisant ainsi des marquages/gravures dans lesquels les distorsions géométriques sont absentes.
Ce type de marquage/gravure complexe est rendu possible par la coexistence de deux technologies différentes :
- Emballage 3D à Permet de marquer des dessins tridimensionnels géométriquement parfaits.
- Z-Dynamic à Qui permet de maintenir le focus sur tous les points de la surface examinée.
Vous trouverez ci-dessous quelques exemples de marquage 3D :
Exemples comparatifs de projection et d’enveloppement d’une grille sur une surface tronconique :
Exemple de marquage sur une surface hémisphérique
Exemple de dépeçage 3D sur une jante de voiture
Exemple de gravure en 3D de textures et de lettres à l’intérieur d’un moule de bouteille
Tête 3 axes pour le marquage 3D : quand l’utiliser ?
Étant donné que le coût d’une tête de lecture à trois axes est beaucoup plus élevé que celui d’un système traditionnel à deux axes, il est bon de savoir quand nous en avons réellement besoin et quand elle ne nous est proposée que pour des raisons économiques.
Comme indiqué précédemment, la différence substantielle entre les deux systèmes concerne la tolérance focale différente, c’est-à-dire la possibilité de marquer une pièce qui, en raison de ses caractéristiques géométriques, ne se trouve pas toujours à la même distance focale de la tête du laser.
Si l’on considère une zone de marquage de 100×100 mm, une tête à trois axes a généralement une tolérance de mise au point d’environ 40 mm, alors qu’une tête conventionnelle est limitée à une tolérance d’environ 2 mm. Il convient de noter que des zones de marquage plus grandes permettent une plus grande tolérance de mise au point.
